染色體22q11缺失是最常見的微小缺失綜合征。發(fā)病率為1/2000至1/4000。它可引起一系列的臨床障礙。最新的研究表明，染色體22q11缺失患者有精神行為異常者高達60％。從目前已有的研究來看，該疾病的表型異質(zhì)性高，引起的臨床癥狀極為復雜。同時，精神類疾?。ㄈ缇穹至寻Y）的病理學研究仍舊面臨諸多困難，由于病因復雜，難以找到穩(wěn)定的靶向治療標的，同時該類疾病在發(fā)展過程中其對大腦結(jié)構(gòu)或功能的影響或者說該類患病病人的大腦是如何發(fā)生改變的，尤其是在已有研究中被大量關(guān)注的海馬區(qū)域的變化是如何發(fā)生的，我們目前還不清楚。

從22q11缺失綜合征在精神分裂癥患病的高發(fā)風險方面來看，該類病人的精神疾病發(fā)展過程給我們觀察海馬體積在精神病癥狀發(fā)展中的改變提供了一個獨特的窗口。來自日內(nèi)瓦大學醫(yī)學院的研究人員在《Molecular Psychiatry》雜志發(fā)文，對22q11缺失綜合征患者在青春期后期的陽性精神疾病癥狀與海馬體積的不同發(fā)育軌跡之間的關(guān)系進行了探究。

研究者指出，海馬體積過小是一種常見的精神病癥狀。然而，縱向的海馬發(fā)育研究，以及對其與精神病癥狀之間關(guān)系的研究比較缺乏。22q11.2 缺失綜合征（22q11DS）在精神分裂癥高風險個體的前瞻性研究中已經(jīng)被證明是一個顯著的模型。

研究人員對140名22q11DS 患者（其中 53 人患有中度至重度精神病癥狀）和 135 名6至35歲的正常人進行重復的MRI數(shù)據(jù)采集，其中每個被試最多采集5個時間點。使用 FreeSurfer 6和FIRST-FSL軟件進行海馬亞區(qū)分析。并對海馬和亞區(qū)體積進行組間比較。

與對照組相比，研究發(fā)現(xiàn)除 CA2/3以外，22q11DS患者的所有亞區(qū)體積均顯著降低。在患者的海馬發(fā)育過程中沒有發(fā)現(xiàn)異常軌跡。在表現(xiàn)出精神病癥狀的 22q11DS 患者和沒有精神病的患者比較時，發(fā)現(xiàn)在青春期晚期由CA1到其他亞區(qū)的體積減小。

本次研究結(jié)果還表明，22q11DS患者的海馬體積始終比較小。此外，還證明了患有22q11DS并患有精神疾病癥狀的患者，在青少年時期海馬體積將進一步減少。盡管精神疾病癥狀患者的CA2/3區(qū)域會受到影響， 22q11DS 患者（無精神疾病）的CA2/3相對于HC組是唯一沒有減少的區(qū)域；這表明它的體積減小只與陽性精神疾病癥狀的出現(xiàn)有關(guān)。 

 

研究背景：

海馬體在學習、記憶檢索和想象中起著至關(guān)重要的作用。除了與記憶有關(guān)，核磁共振成像(MRI)和尸檢研究表明，精神分裂癥患者的特征是海馬較小。事實上，包括首發(fā)精神病患者(FEP)和精神疾病高/超高風險(UHR) 被試在內(nèi)的所有的精神疾病患者中都發(fā)現(xiàn)了較低的海馬體積。然而，有研究表明，精神疾病高風險患者的整個海馬體積顯著減少并沒有明確的證據(jù)。

到目前為止，許多研究報道了不同的海馬亞區(qū)(CA1、CA2/3、CA4、齒狀回和海馬下托)對臨床高危精神疾病患者的影響。一些研究目的在于解釋精神疾病與海馬體積減少之間的關(guān)系，對海馬的功能解剖給予極大關(guān)注。事實上，每個海馬亞區(qū)都有不同的錐體神經(jīng)元密度、不同的突觸結(jié)構(gòu)和不同的皮質(zhì)區(qū)域連接模式。值得注意的是，齒狀回、CA3和CA1是負責編碼情景記憶的一部分，而海馬下托延長了這種信息傳遞到新皮層的持久性。盡管對于哪個亞區(qū)是造成精神疾病演變的核心還沒有達成共識，但CA3和CA1很可能參與其中。

有一種理論認為，CA3區(qū)過度活動對精神疾病癥狀的發(fā)生起著重要作用。另一方面，CA1是UHR和FEP患者最早受到影響的腦區(qū)。一項研究證明，UHR病人左側(cè) CA1 腦區(qū)的腦血容量（CBV）增加預示著其萎縮和精神疾病的發(fā)展。同樣，在氯胺酮誘導的精神分裂癥小鼠模型中，CA1表現(xiàn)出最高的CBV，同時細胞外液里面的谷氨酸濃度增加。

因此，海馬活動的增強和隨后的興奮性中毒可能在體積萎縮過程中起作用。最后，另一個研究推測 CA1 和 CA3 在精神疾病的發(fā)展中可能扮演不同的角色。總的來說，在臨床有精神疾病風險的患者中，特定亞區(qū)的體積在橫向和縱向上均有下降。如精神疾病患者的兄弟姐妹等有遺傳風險的被試也表現(xiàn)出海馬異常，并且海馬體積被證明是高度可遺傳的。因此，海馬體積較低被認為是一種假定的精神疾病表型。

盡管已有廣泛的對精神疾病的臨床高危期相關(guān)研究，但仍然缺乏對其前期的研究。22q11.2 缺失綜合癥（22q11DS）是由于 22 號染色體長臂大約 1.5-3Mb 堿基片段缺失導致的一種神經(jīng)發(fā)育障礙；被認為極具遺傳風險的一種精神疾病。但是，目前對22q11DS患者在發(fā)育過程中海馬體積與健康被試的差異在哪里（發(fā)生在什么時候）還尚未清楚。Eg：更具體的說，海馬體積已減少的患者，是在兒童時期就已縮小還是在青少年大腦成熟的后期才發(fā)生縮小。

基于以上背景，作者確立了本次研究的目的：

（1）縱向研究 22q11DS 患者在較大的時間跨度內(nèi)的海馬發(fā)育軌跡。

（2）分析海馬發(fā)育與陽性精神疾病癥狀之間的關(guān)系。 

 

研究方法選擇：

     為了研究在基線時海馬體更小或體積進一步減小是否是22q11DS患者出現(xiàn)精神病癥狀所特有的現(xiàn)象而選擇了縱向研究方法。即：使用 FreeSurferv6.0 （皮層厚度分析及海馬亞區(qū)自動分割的必備技能，請點擊：第八屆磁共振腦影像結(jié)構(gòu)班（南京））描繪海馬亞區(qū)的自動分割；FIRST-FSL（FSL軟件中對皮下組織分割的工具，感興趣請點擊：第十屆磁共振彌散張量成像數(shù)據(jù)處理班）對海馬亞區(qū)進行補充分析，得到沿著前后軸的海馬形狀信息。

根據(jù)前人的研究，作者假設了通過這些技術(shù)可以檢測到 22q11DS 患者和健康對照組之間存在差異。根據(jù) UHR 患者報告中的發(fā)現(xiàn)，進一步提出 22q11DS 患者中度到重度精神疾病癥狀時在關(guān)鍵亞區(qū)（如 CA1 和 CA3）的體積會減少。目的在于：了解 22q11DS患者海馬發(fā)育的時間，其意義在于可以在高危人群中輔助預測精神疾病癥狀的出現(xiàn)。 

 

具體研究

（1）被試選擇

本研究招募了 140 名被診斷出 22q11DS 的患者和135個健康對照者（HC）。所有被試的年齡在 6~35 歲之間，并且兩個組別的年齡、性別匹配。每個被試的時間點在 1 個到 5 個不等（詳見表1），以及每個被試平均被評估了 2.14 個時間點。表 2 列出了根據(jù) DSM-IV 標準和 22q11DS患者當前使用精神藥物情況的第一軸向障礙的存在情況。

表一所有被試的采集信息及人口學資料和統(tǒng)計

表二 22q11DS患者的臨床信息

（2）精神疾病評估

22q11ds 患者較一般人群更容易出現(xiàn)閾下精神疾病癥狀；因此，他們是探索潛在神經(jīng)生物學的一個引人注目的模型。

通過對精神疾病風險綜合征結(jié)構(gòu)性訪談（定式訪談，SIPS），在每個時間點評估中度至重度精神病癥狀的存在。22q11ds 患者被劃分為有精神疾病陽性癥狀的患者，其對應的評分等級至少為 3或更高。這一強度閾值已被證明是最敏感的檢測前驅(qū)期風險綜合征。精神病的陰性癥狀（至少一個陰性 SIPS 分量表中得分為 3 分或更高）被單獨考慮，以便澄清陽性和陰性癥狀對海馬發(fā)育的相對貢獻。

因 33 例患者年齡小無法完成SIPS，使得病人組減少到 107 例。其中 72例患者出現(xiàn)陰性癥狀，52 例患者出現(xiàn)陽性癥狀；并且13 例患者被診斷為精神分裂癥和 2 例患者診斷為分裂情感障礙。具體來說，15 名患者在一個或多個時間點的一個或多個陽性分量表得分為 6 。本研究中，將所有有患有中度至重度陽性精神疾病癥狀的患者稱為22q11ds psy+ 患者。

 

（3）MRI 采集

由于時間跨度較大，掃描采用了三種不同的掃描儀: 前 151 次掃描使用 Philips Intera 1.5T 掃描儀，后 294 次掃描使用 Siemens Trio 3T 掃描儀，剩余 138 次掃描使用 Siemens Prisma 3T 掃描儀。并且，在所有的統(tǒng)計分析中將掃描儀模型作為協(xié)變量。T1 加權(quán)圖像是在日內(nèi)瓦的生物醫(yī)學成像中心(CIBM)用常用的3D結(jié)構(gòu)像成像序列獲得的。

1.5 T 掃描儀參數(shù)為：TR = 35 ms、 TE = 6 ms，翻轉(zhuǎn)角= 45°，矩陣大小= 256×192，FOV= 24 cm2，層厚= 1.5 mm, 層數(shù)為 124 。

2 種 3T 掃描儀的參數(shù)為： TR = 2500 ms、TE = 3 ms、翻轉(zhuǎn)角= 8°、采集矩陣大小= 256×256、FOV= 23.5 cm、層厚= 3.2 mm、層數(shù)為192。

 

（4）具體方法與步驟

對 T1 加權(quán)圖像使用 freesurfer 5.3.0 版本進行全自動圖像處理，包括顱骨剝離、歸一化、皮層表面重建和皮層下腦區(qū)分割。

海馬分割：使用 freesurfer 6.0 版本（該版本較之前版本有自動分割方面的更新）的自動分割技術(shù)進行海馬區(qū)分割。該版本與以前的版本相比，提供了更高的分辨率和更多的結(jié)構(gòu)分割，包括海馬區(qū)域（CA1、CA2/3、CA4及其分子層(ML)）、齒狀回顆粒細胞層(GC-DG)、海馬尾部和海馬裂。

基于研究目的，作者分析了整個海馬體積以及CA1、CA2/3、CA4、GC-DG、ML、海馬尾部和下托這7個相關(guān)亞區(qū)。圖 1 是一例患者和健康對照者（HC）的 freesurfer 分割示意圖。

圖1 一例患者和健康對照者（HC）的FreeSurfer 分割示意圖
由于使用 FreeSurfer v5.3 對數(shù)據(jù)進行預處理，使用 v6.0 對海馬亞區(qū)進行分割，所以通過組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分析驗證了 FreeSurfer 不同版本間的使用可靠性(見附錄表5)。

附錄表 5 FreeSurfer 不同版本間的使用可靠性驗證

為了解 22q11DS 患者與 HC 患者之間的差異是否沿前后軸有特定的分布，首先使用 FSL 軟件進行了形態(tài)分析。該技術(shù)基于強度分布和頂點分析建模，在共同的三維空間為每個被試提供一個海馬體的表面網(wǎng)格。然后，為 22q11DS 患者和HC組所有海馬網(wǎng)絡創(chuàng)建一個平均掩模（mask)。

對所有圖像都進行了視覺圖像質(zhì)量檢查，排除掉分割質(zhì)量差的。具體來說就是，仔細檢查每個被試的海馬掩模（mask)是否對齊，海馬體是否有缺失，掩膜的偏移是否超出海馬邊界。然后，根據(jù) ENIGMA 協(xié)議提供的質(zhì)量控制程序證實沒有海馬亞區(qū)和海馬外區(qū)的標記錯誤。

最終，FreeSurfer 分割過程中剔除了 2 次 22q11DS 患者的掃描；FIRST-FSL 分析排除了 5次掃描(3名患者和2名對照組)。 

 

（5）統(tǒng)計分析

考慮到參與者的時間點數(shù)量是可變的，以及時間間隔和年齡分布是不恒定的(補充圖supplementary fig.1)，使用回歸混合模型分析 FreeSurfer 的縱向數(shù)據(jù)。用 MATLAB R2017a的nlmefit 函數(shù)，將人群參數(shù)(年齡和診斷)設為固定效應，將被試因素建模為隨機效應。由于每組數(shù)據(jù)都需要滿足正態(tài)分布，因此統(tǒng)計分析方法對其進行了評估。總顱內(nèi)體積、性別、掃描模型和抗精神病藥物作為協(xié)變量。

補充材料圖1 被試的采集時間間隔和年齡分布

 

考慮到被試內(nèi)和被試間的影響，通過將隨機斜率模型（包括常數(shù)模型、線性模型、二次模型或三次模型，每個模型對應于年齡和海馬體積之間的不同關(guān)系）擬合到數(shù)據(jù)中估計發(fā)育軌跡。然后，利用貝葉斯信息準則選擇最合適的模型階數(shù)，得到完整的二次模型如下:

其中，Y 是海馬體積； i、j是被試和掃描次數(shù)；β是擬合參數(shù)；g是組協(xié)變量；a是協(xié)變量年齡；u 是正態(tài)分布隨機效應ε是正態(tài)分布誤差項。采用全模型與下列簡化模型的對數(shù)似然比檢驗