化疗相关认知功能障碍(CRCI),也称“化疗脑”,是指化疗期间或化疗结束后出现的注意力、记忆力、执行能力、处理速度等认知领域能力下降[1,2],乳腺癌是常用的研究CRCI的模型。目前，CRCI的病理生理机制尚不清楚，越来越成熟的神经影像能发现乳腺癌患者化疗后脑功能和结构的改变，为CRCI的发病机制提供影像学依据。近年来，静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)技术因其具有无创性、高分辨率等优势已广泛用于神经精神疾病的研究中[3,4,5]。既往研究发现乳腺癌患者化疗后出现了脑自发神经元活动[6]、脑白质微结构[7]、脑网络拓扑属性[8]等的改变。Pergolizzi等[9]发现在化疗结束后1个月观察到乳腺癌患者在执行情景记忆编码和识别任务时额叶区域激活增加。Menning等[10]也发现接受全身化疗的乳腺癌患者在进行执行功能任务期间出现顶叶激活增加，提示化疗可能与乳腺癌患者局部大脑神经元异常活动有关。有研究表明化疗会对脑网络连通性产生影响。度中心性(DC)能反映某节点在脑网络中的重要程度。Hu等[11]的研究发现与化疗前相比，接受新辅助化疗的乳腺癌患者在化疗第一周期结束后右侧额中回、左侧中央后回/额中回DC值下降，同时，以右侧额中回、左侧中央后回/额中回为种子点计算功能连接(FC),发现左侧中央后回/额中回与双侧楔前叶连通性减低；神经心理学测试提示患者执行功能正常，但MRI发现与执行功能相关的脑区存在活动异常，笔者认为是化疗急性期内大脑代偿机制维持了相对正常的执行功能或认知量表对细微的认知下降不敏感。以上研究结果表明rs-fMRI能发现乳腺癌患者化疗后脑区异常激活和脑网络连接性改变，MRI能比临床量表更早检测到化疗后大脑细微结构或功能异常，有助于指导临床的下一步诊疗以及提高癌症患者的预后。近年来对化疗脑发生机制的研究越来越深入，但使用独立成分分析方法来探索化疗患者大尺度脑网络间连接的研究相对较少。

独立成分分析方法是一种数据驱动的分析方法，无需先验知识即可分离独立信号源[12],具有较高的可靠性，已广泛应用于fMRI数据分析中。Simó等[13]发现肺癌患者化疗后默认模式网络(DMN)连接性降低，双侧前颞叶网络和小脑网络连接性增加。一项前瞻性研究则发现化疗对乳腺癌患者网络间功能连接呈选择性损害[14]。但化疗药物是如何影响这些大尺度网络间连接仍需进一步研究。

本研究使用独立成分分析方法分离脑网络成分，探讨脑功能网络连通性，试图分析脑功能网络连接性(FNC)改变与CRCI发生机制之间的关系。本研究假设乳腺癌患者化疗后会出现某些大尺度网络间连接异常，且与神经心理学和血液生化指标存在一定的相关性。

1、资料与方法

1.1 一般资料

招募泰州市人民医院门诊及住院部44例化疗后1个月的女性乳腺癌患者及52例年龄及受教育程度相匹配的术后未经放化疗的女性乳腺癌患者，分为化疗组(chemotherapy group, C+组)和对照组(without chemotherapygroup, C-组)。所有的参与者均进行了局部手术治疗。

纳入标准：(1)所有受试者均有术后病理，且病理结果为乳腺癌Ⅰ～Ⅲ期；(2)C+组化疗方案为美国国立综合癌症网络(national comprehensive cancer network, NCCN)指南规定的标准方案及标准剂量；(3)一般认知功能正常[简易精神状态量表(MMSE)得分≥27];(4)所有受试者均未进行任何放射治疗或内分泌治疗；(5)无视觉、听觉、语言等功能障碍。

排除标准：(1)焦虑[焦虑自评量表(SAS)得分≥50],抑郁[抑郁自评量表(SDS)得分≥50],患有其他神经精神疾病，酗酒；(2)正在服用改善认知功能或改变大脑结构的药物，如胆碱酯酶抑制剂；(3)其他部位肿瘤或发生乳腺癌远处转移；(4)恶病质，不能耐受MRI检查；(5)MRI检查禁忌症。所有受试者均为右利手。

所有受试者自愿参加本研究，并签署知情同意书。本研究获得了泰州市人民医院伦理委员会的批准。

1.2 手术及化疗

C-组保乳切除术14例，改良根治术29例，乳腺单纯切除术9例；C+组保乳切除术11例，改良根治术30例，乳腺单纯切除术3例。所有受试者均为乳腺癌Ⅰ～Ⅲ期，其中C-组浸润性乳腺癌44例，非浸润性乳腺癌8例，C+组浸润性乳腺癌42例，非浸润性乳腺癌2例，两组均无远处转移。C+组主要有三种化疗方案：4周期TC(环磷酰胺、多西他赛)方案13例，6周期FEC-T(5-氟尿嘧啶、表柔比星、环磷酰胺、多西他赛)方案6例，8周期EC-T(表柔比星、环磷酰胺、多西他赛)方案25例，共2～6个月。

1.3 神经心理学测试和血液生化检测

由同一名神经科医师对社会人口学及临床资料进行搜集。神经心理学测试包括MMSE、蒙特利尔认知评估(Montreal cognitive assessment, MoCA)北京版、运动和认知功能疲劳量表(the fatigue scale for motor and cognitive functions, FSMC)、数字连接实验A(number connection test-A,NCT-A)、数字符号实验(digital symbol test, DST)、癌症治疗的功能评价-认知功能(the functional assessment of cancer therapy-cognitive, FACT-cog)、SAS、SDS等。其中FSMC量表又分为运动疲劳(FSMC-M)和认知疲劳(FSMC-C)。FACT-cog量表分为感知认知障碍(perceived cognitive impairments, CogPCI)、他人的评价(comments from others on cognitive function, CogOth)、感知认知能力(perceived cognitive abilities, CogPCA)、感知认知障碍对生活质量的影响(impact of perceived cognitive impairment on quality of life, CogQOL)四部分。总测试时间约为40 min。

所有受试者均于早上7:00～9:00采集空腹静脉血进行血液生化指标检测，包括空腹血糖、血红蛋白、胆固醇、甘油三酯等，所有血样均在MRI扫描前采集完毕，常温储存2 h内送检。

1.4 MRI扫描

在同一台磁共振扫描仪、由同一名影像科技师对受试者进行检查。使用Siemens Skyra 3.0 T MR扫描仪，8通道线圈。获取3D-T1加权序列(MPRAGE)来获得高分辨率的脑结构图像，扫描参数：TR 2300 ms, TE 2.98 ms, 翻转角(FA)9°,层数 176,层厚 1 mm, 视野(FOV)256 mm×256 mm, 体素大小 1 mm×1 mm×1 mm, 由两名高年资影像科医师进行诊断，排除有器质性病变的患者。采集平面回波成像(echo planar imaging, EPI)序列数据(扫描参数：TR 2160 ms, TE 30.0 ms, FA 90°,层数 40,层厚 3 mm, FOV 256 mm×256 mm, 体素大小 4 mm×4 mm×3 mm。所有检查均在同一台MR扫描仪上进行，要求受试者在检查时避免头动，保持头脑清晰，不要胡思乱想。

1.5 数据处理

预处理：基于MatlabR2014b平台，使用Gretna软件对图像进行预处理，包括格式转换，去除前10个时间点的图像，时间层校正，头动校正(C-组有2例因头动大于2 mm, 或任意角度旋转>2°被排除),空间标准化将图像归一化到SPM标准蒙特利尔神经科学研究所(montreal neurological institute, MNI)空间，使用3 mm×3 mm×3 mm进行重采样，使用6 mm×6 mm×6 mm平滑核进行空间平滑。

独立成分分析：使用GIFT软件包对预处理数据进行独立成分分析。通过GIFT自带的最小描述长度算法(mimimum description length, MDL)估算出31个独立成分；使用两次主成分分析(principal component analysis, PCA)对数据进行降维；在ICASSO工具箱中采用信息最大化算法(Infomax)对所有受试者预处理图像进行独立成分分离，分解出31个空间独立成分(independent component, IC),运算次数为100次，以保证独立成分的稳定性；最后采用组水平独立成分分析方法(group independent component analysis, GICA)将组水平的IC逆向重组回每个被试并进行z转换，得到每例被试各独立成分的时间序列和空间分布。根据先验知识结合自动模板匹配方法选取感兴趣网络成分，并做去线性趋势、滤波、回归协变量处理。最终选择了11个成分，构成8个静息态网络(resting-state network, RSN):听觉网络(auditory network, AN)、DMN、背侧注意网络(dorsal attention network, DAN)、腹侧注意网络(ventral attention network, VAN)、左侧额顶网络(left frontoparietal network, LFPN)、右侧额顶网络(right frontoparietal network, RFPN)、感觉运动网络(sensori motor network, SMN)、视觉网络(visual network, VN)。

1.6 统计学分析

使用SPSS 26.0软件对两组一般临床资料进行统计学分析。使用Kolmogorov-Smirnov检验进行正态性检验，符合正态分布的数据选择双样本t检验，用均数和标准差表示，不符合正态分布的数据选择Mann-Whitney U检验，采用中位数(四分位数间距)[M (QU～QL)]表示。

网络间功能连接分析：使用GIFT软件的Mancovan模块构建FNC。计算8个RSN的Pearson相关系数，得到网络间功能连接矩阵，用双样本t检验比较两组间功能连接差异(Bonferroni校正，P<0.05)。使用Pearson相关系数或Spearman相关系数将网络间功能连接强度与认知评估及血液生化指标进行相关性分析，并进行错误发现率校正(FDR)。

表1 人口统计学、神经心理学和临床数据

2、结果

2.1 一般临床资料

共有96例受试者被纳入，其中2例受试者因过度头部运动被排除，本研究最终纳入50例化疗前乳腺癌患者和44例化疗后乳腺癌患者。两组在年龄、受教育程度无显著差异。与C-组相比，C+组MoCA、CogPCA评分降低，NCT-A、FSMC-C、FSMC-M、CogPCI评分增高，同时化疗后患者空腹血糖及甘油三酯水平较化疗前患者高，差异有统计学意义(P<0.05)。此外，化疗前患者表现出较高的焦虑、抑郁水平，虽然这些值在正常范围内且差异无统计学意义(表1)。

2.2 网络间功能连接

在大尺度网络水平，与C-组相比，C+组在AN与DAN、AN与SMN、DMN内、DAN与VAN、LFPN与VAN网络间功能连接降低(Bonferroni校正，P<0.05)(图1)。

2.3 相关性分析

相关性分析显示，AN与SMN网络间功能连接强度与MoCA(r=0.379,P=0.026,FDR校正)、 MMSE(r=0.492,P=0.003,FDR校正)、CogPCA(r=0.330,P=0.040,FDR校正)呈正相关(表2,图2)。

表2 相关性分析结果

3、讨论

本研究发现化疗组患者MoCA、CogPCA评分降低，NCT-A、FSMC-C、FSMC-M、CogPCI评分增高，提示患者出现认知能力减退。同时，独立成分分析方法发现乳腺癌患者化疗后一个月出现多个大尺度网络连接性改变，且这种改变与认知评估结果具有相关性。Feng等[14]发现多个大尺度脑网络间连接在化疗后1周内呈降低趋势，与本研究结果具有相似之处，表明化疗对乳腺癌患者大尺度网络连接存在急性影响，独立成分分析方法或能成为早期诊断CRCI的敏感工具。

DMN是大尺度网络研究中备受关注的一个脑网络。DMN由扣带回、楔前叶、顶下小叶、内侧前额叶皮层等核心脑区构成，在工作记忆任务中被反复激活[15]。Chen等[1]发现乳腺癌组化疗前DMN前部区域连接较弱，后部区域连接较强，而化疗后这一模式出现逆转，表现为化疗相关的后-前移位。Kesler等[16]的研究发现与非蒽环类化疗组相比，接受蒽环类药物化疗的乳腺癌患者左侧楔前叶与额叶、海马的连接受到了更大的负面影响，而楔前叶与额叶-海马间联系的中断更易影响记忆功能。本研究的结果与大部分研究一致，这提示DMN对化疗药物具有更高的敏感性，更易受化疗药物的影响。目前，直接神经毒性[17]、直接血脑屏障破坏、海马神经发生减少[18]、特定神经递质水平降低[19]、氧化应激增加[20]是解释CRCI最主要的几种机制，但确切的机制仍不清楚。MoCA能对认知功能异常进行快速筛查，它评定了包括注意力、执行力、语言、记忆等多个认知领域。在研究过程中笔者发现相对多的患者表示在化疗过程中出现了记忆力下降，且在认知评估过程中表现出延迟回忆能力减退，DMN内连接改变可能是其原因。DMN连接性改变可作为CRCI的潜在影像标志物。

图1 A～C两组脑网络间功能连接性变化。两组11个独立成分间连接差异（A）；两组8个大尺度网络间连接差异（B）；两组有组间差异的功能连接圈状图（暖色调代表增强，冷色调代表减弱）(C）  

图2 A～C相关性分析AN与SMN网络间功能连接强度与MoCA呈正相关（A);AN与SMN网络间功能连接强度与MMSE呈正相关（B);AN与SMN网络间功能连接强度与CogPCA呈正相关（C)   

此外，本研究还发现AN、DAN、VAN、SMN、LFPN连接性改变。注意网络分为VAN与DAN,VAN主要参与意外的刺激触发的注意转移，DAN主要负责自上而下的注意定向，但要实现灵活的注意控制需要两个网络的动态交互作用[21]。在本研究中DAN与VAN网络间连接降低，可能会影响这种动态交互作用，从而导致患者注意控制能力减退，最终导致认知评估结果变差。额顶网络在注意力控制方面至关重要，能整合注意力和记忆组件的信息，以支持记忆引导的注意，从而促进记忆和注意机制的整合[22]。SMN和AN与初级信息处理相关，研究发现AN、SMN和DAN完整性高的参与者认知功能也更强[23]。因此可以推断化疗可能破坏了AN与SMN、DAN网络的完整性，导致认知能力减退。本研究还发现乳腺癌患者化疗后出现血糖及甘油三酯水平增高。糖尿病和高血脂已被证实为痴呆和轻度认知障碍的重要危险因素，神经血管解偶联是其潜在机制[24,25]。代谢紊乱可能是导致网络间功能连通性改变的潜在因素。

本研究也有一定的局限性：(1)实验样本量相对较少，不同化疗药物的作用机理不同，可能会对实验结果产生不同的影响。后续将进一步扩大样本量以进行分层分析，探讨不同化疗方案对认知的影响。(2)目前，全球对于CRCI的诊断尚无统一标准。由于患者病情的复杂性，笔者所使用的量表可能存在局限性，不能完全反映患者认知损伤的程度，导致实验结果不具有普遍性。(3)本研究是横断面研究，在手术或化疗前未对患者进行rs-fMRI和认知测试，不能排除手术及肿瘤本身对认知的影响，后续将搜集数据进行纵向研究，以确认是化疗药物而非手术原因导致的认知功能障碍。

本研究发现乳腺癌患者化疗后出现多个大尺度网络间连通性降低，且与认知评估密切相关，独立成分分析方法可为诊断CRCI提供影像学依据，RSN可作为化疗相关脑损伤的潜在生物标志物。

参考文献:

[2]宁龙,刘同辉,冯伟,等.基于静息态fMRI探究蒽环类系统性治疗后乳腺癌幸存者大脑局部一致性异常[J].中国临床医学影像杂志,2021,32:381-384.

[3]曹平,陆加明,陈钱,等.基于静息态功能磁共振成像研究SCD患者脑功能损伤与空间导航障碍的相关性[J].临床放射学杂志,2022,41:1402-1407.

[4]王建伟,贾永锋,张克忠,等.基于静息态功能MRI对震颤型和姿势不稳/步态障碍型帕金森病功能连接改变的研究[J].临床放射学杂志,2020,39:1487-1492.

基金资助:江苏省卫健委科研课题项目(编号:H2018093);江苏省第五期“333工程”科研项目(编号:BRA2017175);泰州市人民医院2020年度院级科研基金项目(编号:ZL202017);

文章来源:周文苏,夏建国,田为中等.基于独立成分分析的乳腺癌化疗患者脑功能网络研究[J].临床放射学杂志,2024,43(02):180-186.