随着精神影像学的发展^[1]，结构和功能MRI已揭示了精神分裂症的大脑异常^{[2, 3, 4]}，但大多集中在首发和短病程的精神分裂症研究^{[5, 6, 7]}，大于5年的慢性精神分裂症研究^{[8, 9, 10, 11]}相对较少。精神分裂症早期阶段主要涉及额叶、额颞叶和额叶边缘叶的白质通路异常^[12]，慢性精神分裂症主要涉及胼胝体和颞叶的白质通路异常^{[13, 14]}。尽管既往研究^{[12, 13, 14]}对精神分裂症患者脑白质异常的研究结果因不同病程阶段而存在差异，但目前仍不清楚这种差异是由于疾病本身的神经病理学机制还是不同病程阶段的特征表现所致。因此，从处于特定病程阶段的精神分裂症中识别出稳定、可靠的神经影像标志物或特定脑结构变化有助于了解精神分裂症的病理生理机制，对后续开展精神分裂症的诊断和治疗至关重要。

       既往研究^{[2,12, 13]}发现抗精神病药物对精神分裂症脑白质结构产生影响，但它们相对较短和差异化的随访间隔使得关于长期抗精神病药物治疗影响的问题依然没有得到回答。一项关于长期使用抗精神病药物的横断面^[8]研究显示，长期抗精神病药物治疗的慢性精神分裂症患者在左侧丘脑前辐射、左侧扣带-海马通路、胼胝体压部和膝部以及左侧上纵束的各向异性分数（fractional anisotropy, FA）降低幅度小于未治疗的患者，而右侧钩状束的FA降低更大。与其他典型的抗精神病药物相比，接受氯氮平长期治疗比接受典型抗精神病药物治疗的慢性精神分裂症患者的左额叶皮质和前额叶下皮质FA升高^[15]。此外，本团队既往研究^[10]发现与未治疗的慢性精神分裂症患者相比，利培酮和氯氮平治疗组的慢性患者表现出更加广泛的灰质减少，且氯氮平治疗组较利培酮治疗组灰质下降更严重。这些不一致的研究发现可能与不同类型的抗精神病药物有关，但目前尚不清楚慢性稳定期精神分裂症患者长期服用氯氮平和利培酮后的脑白质是否存在差异。另一方面，鉴于理想情况下，大多数患者从确诊之日起就服用抗精神病药物，因此很难区分病程和药物治疗对大脑结构的不同影响。由于长期抗精神病药物治疗对慢性精神分裂症患者脑白质影响的随机对照和纵向随访研究可能受到研究方案或伦理上的限制，因此通过直接比较病程相匹配的未治疗和抗精神病药物治疗的慢性精神分裂症脑白质改变的横断面研究可能是研究长病程慢性精神分裂症和长期抗精神病药物对大脑白质结构影响唯一可行的方案。因此，本研究通过对相似病程的长期未治疗和长期治疗的精神分裂症患者的弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）进行直接比较，探索长期未治疗、利培酮和氯氮平长期单药治疗病程相似的慢性精神分裂症患者的脑白质纤维是否存在差异的特征性改变，及其与临床症状、病程和药物剂量的关系，有助于明确长期不同抗精神病药物治疗对精神分裂症脑白质的疗效影响，帮助精神科医生为精神分裂症患者选择合适的抗精神病治疗药物。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，并经四川大学华西医院伦理委员会批准[批准文号：2017年审（136）号]，所有受试者或其监护人在研究实施之前均签署知情同意书。

       精神分裂症患者纳入标准：（1）采用美国精神障碍诊断与统计手册第4版（DSM-Ⅳ）精神分裂症的诊断标准来确定；并随访超过1年来证实。（2）精神分裂症的发病时间由患者、家庭成员和其他来源提供，并采用诺丁汉发病时间表进行评估。（3）慢性稳定期精神分裂症患者是确诊精神分裂症5年以上，症状严重程度至少6个月不变，同一时间阶段用药不变的患者。（4）精神分裂症药物治疗组要求患者规律用药且坚持单一利培酮或氯氮平用药5年以上，排除混合两种及以上抗精神病药物或药物滥用者。（5）长期未治疗的精神分裂症组是指从未接受任何抗精神病药物治疗的病程超过5年的患者，是从社区精神卫生筛查计划中筛查出来的，旨在识别并为患有严重但未治疗的精神疾病的个人提供精神护理。从未接受过任何抗精神病药物治疗的原因主要有：经济条件较差，家属对患精神病的耻辱感而害怕就医，对精神疾病缺乏科学的认识或理解，患者本人因与医生发生冲突而拒绝治疗等。但所有患者自发病以来都得到了家人的良好照顾并在家中避难，因此他们的疾病没有得到应有的治疗。（6）所有患者均为右利手。

       正常对照组是通过海报方式从当地招募的与精神分裂症患者的性别、年龄、教育年限相匹配的右利手正常健康人群，本人及其一级亲属均无精神疾病病史。

       精神分裂症患者和正常对照组排除标准：（1）MRI检查禁忌证；（2）酒精或药物滥用者；（3）严重的系统性疾病，如肝硬化或心血管疾病等；（4）脑器质性病变或头部外伤史；（5）DTI图像分割不满足质量控制要求或扫描范围未包含整个大脑；（6）脑白质纤维束的FA和平均弥散系数（mean diffusivity, MD）存在离群值。

       本研究自2010年1月至2018年8月前瞻性纳入31例长期未治疗精神分裂症、20例利培酮单一治疗5年以上、18例氯氮平单一治疗5年以上的慢性稳定期精神分裂症和27例正常对照者参与研究，其中3例未治疗患者和3例正常对照者DTI图像分割效果不满足图像质量要求，1例未治疗患者和1例氯氮平治疗的患者DTI参数存在离群值，最终共有8例受试者被排除。因此，本研究最终纳入27例长期未治疗[病程（18.19±11.69）年]的慢性精神分裂症患者，其中男15例，女12例，年龄23～71（45.41±13.28）岁，20例病程匹配[病程（16.84±8.30）年]的利培酮单一治疗的精神分裂症患者，其中男17例，女3例，年龄30～54（45.20±7.48）岁，17例病程匹配[病程(19.74±9.47）年]的氯氮平单一治疗的精神分裂症患者，其中男8例，女9例，年龄35～60（50.59±4.98）岁和24例健康对照者，其中男16例，女8例，年龄35～56（48.75±6.32）岁（表1）。采用阳性和阴性症状量表（Positive and Negative Syndrome Scale, PANSS）进行临床症状严重程度的评估，利培酮治疗组和氯氮平治疗组的氯丙嗪等效剂量分别为（427.50±131.26）mg/d和（338.60±149.19）mg/d。

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表1  4组受试者的人口学和临床特征
Tab. 1  Demographical and clinical characteristics of the participants

1.2 数据采集

       所有MRI数据均在3.0 T GE Signa Excite MR仪（General Electric Medical Systems, Milwaukee, Wisconsin）采集，采用8通道相控阵磁头线圈。DTI图像采用弥散加权自旋回波平面回波序列，扫描参数如下：重复时间10000 ms，回波时间70 ms，视野240 mm×240 mm，翻转角度90°，矩阵128×128，层厚3 mm，层间距0 mm，轴位扫描42层。15个弥散敏感梯度方向，弥散加权系数分别为b=0 s/mm²和b=1000 s/mm²。高分辨率T1加权（3D T1）图像通过三维扰相梯度回波序列采集，扫描参数如下：重复时间8.5 ms，回波时间3.4 ms，翻转角度12°，体素大小0.47 mm×0.47 mm×1 mm，视野240 mm×240 mm，矩阵512×512，轴位扫描156层，层厚1 mm，层间距0 mm。

1.3 图像处理

       DTI数据通过FSL（https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/）的FDT工具箱进行预处理，包括头动及涡流校正，剔除脑组织以外的结构^[16]。基于3D T1图像对DTI数据进行标准化和分割，将所有个体的图像配准到MNI152标准空间，并对标准化及分割后的FA和MD图像质量进行检查和评价，排除分割效果较差的图像。然后对个体的FA和MD进行平均，生成组平均FA和MD图，投射在骨架上，得到每个被试者的FA和MD骨架图像。使用FSL自带的约翰霍普金斯大学白质纤维束标记图谱在4组内分别提取各受试者的FA和MD值。该图谱包括20条纤维束，双侧丘脑前辐射、皮质脊髓束、扣带回-扣带回通路、扣带回-海马通路、下额枕束、下纵束、上纵束、钩状束和弓状束，以及胼胝体膝部的压部和膝部。

1.4 统计学分析

       采用Shapiro-Wilk检验对人口学特征、临床特征、FA和MD值进行数据正态性检验，非正态分布的连续变量进行正态分布转换。分类变量采用卡方检验，连续变量通过单因素方差分析，采用最小显著差异进行验后两两比较。对4组间的FA和MD值采用一般线性模型进行ANCOVA分析，然后在控制年龄和性别后对有差异的指标进行验后两两比较。对20条纤维束的FA和MD值的组间比较采用FDR多重比较。采用Pearson相关性分析患者组有显著差异的纤维束FA值、MD值与临床症状评分、药物剂量和病程之间的关系。所有统计分析均使用SPSS 22.0进行，P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 人口学和临床特征比较

       所有受试者人口学特征和临床特征见表1。年龄、性别比和教育年限在4组中差异无统计学意义（P＞0.05）。未治疗组、利培酮治疗组和氯氮平治疗组的病程和发病年龄差异均无统计学意义（P＞0.05）。与未治疗组相比，利培酮治疗组和氯氮平治疗组患者PANSS总分、阳性症状评分、阴性症状评分和一般症状评分均降低（P＜0.01）。利培酮治疗组和氯氮平治疗组的PANSS总分、阳性症状、阴性症状和一般症状评分及每日抗精神病药物剂量差异均无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 4组间FA值的ANCOVA分析结果

       FA值经FDR多重比较后的ANCOVA分析结果显示：20条纤维束在4组之间有显著的主效应差异（P＜0.05，ɳ²＞0.284，FDR校正）。

       与正常对照组相比，未治疗组和氯氮平治疗组的20条纤维束FA值均显著降低（P＜0.05）；利培酮治疗组在双侧丘脑前辐射、皮质脊髓束、扣带回-扣带回通路、扣带回-海马通路、下额枕束、下纵束、上纵束、右侧钩状束、胼胝体膝部的压部和膝部的FA值均显著降低（P＜0.05）。

       与未治疗组相比，利培酮治疗组的右上纵束、左弓状束FA值无显著差异（P＞0.05），其余18条纤维束的FA值均显著升高（P＜0.05），而氯氮平治疗组20条纤维束的FA值均无显著差异（P＞0.05）。

       与氯氮平治疗组相比，利培酮治疗组的双侧丘脑前辐射、下额枕束、下纵束、左侧皮质脊髓束、左侧钩状束、右侧弓状束、右侧扣带回-海马通路、胼胝体膝部的压部和膝部的FA值均显著升高（P＜0.05；图1）。

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图1  利培酮治疗组和氯氮平治疗组各向异性分数的比较.
Fig. 1  Comparison of fractional anisotropy between risperidone-treated and clozapine-treated patients with chronic schizophrenia.

2.3 4组间MD值的ANCOVA分析结果

       MD值经FDR多重比较后的ANCOVA分析结果显示：20条纤维束在4组之间有显著的主效应差异（P＜0.05，ɳ²＞0.173，FDR校正）。

       与正常对照组相比，氯氮平治疗组20条纤维束MD值均显著增加（P＜0.05）；未治疗组除左弓状束MD值无显著差异（P＞0.05），其余19条纤维束MD值均显著增加（P＜0.05）；利培酮治疗组的20条纤维束MD值均没有显著差异（P＞0.05）。

       与未治疗组相比，利培酮治疗组的双侧皮质脊髓束、双侧扣带回-海马通路、双侧下额枕束、左侧丘脑前辐射、左扣带回-扣带回通路、左下纵束、左上纵束、右钩状束、胼胝体膝部的压部和膝部的MD值均显著降低（P＜0.05），而氯氮平治疗组的MD值没有显著差异（P＞0.05）。

       与氯氮平治疗组相比，利培酮治疗组的双侧下额枕束、双侧钩状束、左下纵束、右侧扣带回-海马通路的MD值均显著降低（P＜0.05；图2）。

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图2  利培酮治疗组和氯氮平治疗组平均弥散系数的比较。
Fig. 2  Comparison of mean diffusivity between risperidone-treated and clozapine-treated patients with chronic schizophrenia.

2.4 慢性精神分裂症患者FA、MD值与药物剂量、病程和症状的关系

       在慢性精神分裂症患者组中，症状严重程度评分（总分、阳性症状评分、阴性症状评分或一般症状评分）与双侧丘脑前辐射、双侧皮质脊髓束、双侧扣带-扣带通路、双侧扣带-海马通路、双侧下额枕束、胼胝体压部、胼胝体膝部、双侧侧下纵束、左侧上纵束、左侧钩束的FA值呈负相关，MD值呈正相关（P＜0.05；表2）。右侧钩束FA值与病程呈负相关（r=-0.269,P=0.031），慢性精神分裂症患者的MD值与病程没有显著相关性（P＞0.05）。利培酮和氯氮平患者组中的白质纤维束FA值、MD值与药物剂量均无显著相关性（P＞0.05）。

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表2  慢性精神分裂症患者各向异性分数、平均弥散系数与症状的相关性
Tab. 2  Correlation between fractional anisotropy, mean diffusivity and symptoms in patients with chronic schizophrenia

3 讨论

       本研究首次比较了长期利培酮、氯氮平单药治疗及未治疗的慢性精神分裂症患者和正常对照组之间白质微结构完整性的差异，及其与症状、药物剂量和病程等相关性分析。本研究结果显示：与正常对照组相比，未治疗组、氯氮平治疗组、利培酮治疗组的FA值显著降低，未治疗组和氯氮平治疗组MD值显著增加。与未治疗组相比，利培酮治疗组的FA值显著升高，MD值显著降低；而氯氮平治疗组的FA值和MD值均没有显著差异。与氯氮平治疗组相比，利培酮治疗组双侧丘脑前辐射、双下额枕束、双下纵束、左皮质脊髓束、左钩状束、右弓状束、右扣带回-海马通路、胼胝体压部和膝部的FA值显著升高；双下额枕束、双钩状束、左下纵束、右扣带回-海马通路的MD值显著降低。临床症状严重程度与FA值呈负相关，与MD值呈正相关。这些结果提示长期利培酮和氯氮平治疗的精神分裂症患者存在不同的脑白质微结构改变，氯氮平较利培酮治疗的慢性精神分裂症患者脑白质微结构损伤更严重。

3.1 慢性精神分裂症患者与正常对照的白质微结构完整性参数差异

       本研究发现与正常对照组相比，未治疗组和氯氮平治疗组的FA值显著降低，MD值显著增加；利培酮治疗组除左钩状束、双弓状束之外，其余17条纤维束的FA值显著降低，MD值没有显著差异，这与既往研究结果^{[8,13, 14]}基本相符。Xiao等^[8]发现，服用和未服用抗精神病药物的慢性精神分裂症患者比正常对照组的胼胝体膝部、双侧下额枕束、右侧上纵束、双侧钩状束的FA值降低。FA是DTI分析脑白质微结构完整性最常用的指标，FA的降低反映了白质髓鞘化和髓鞘形成过程的异常，或纤维束的密度/直径降低^[13,17]。MD只表示弥散的大小或水分子弥散得快慢，而与弥散的方向无关，MD值越大反映了脱髓鞘化、轴突减少或水肿，因此MD反映白质损伤的敏感程度不及FA。本研究结果显示利培酮治疗组和正常对照MD值没有显著差异，未治疗组和氯氮平治疗组MD值显著增加，提示利培酮治疗组比未治疗和氯氮平治疗组的患者脑白质结构损伤程度更小，或脱髓鞘化和水肿程度更轻。另一项研究^[18]发现，与氯氮平治疗和从未治疗的患者相比，利培酮治疗患者的白质网络结点度和连接特征的改变相对较轻。随着时间的推移，精神分裂症患者大脑主以灰质丢失为主，而白质损伤相对稳定，甚至可能在疾病发展过程中得到改善^[19]，这可能与抗精神病药物治疗的类型有关。因此，长期不同抗精神病药物治疗的慢性精神分裂症患者脑白质改变可能存在微妙的差异。

3.2 未治疗组与治疗组慢性精神分裂症患者白质微结构完整性参数差异

       本研究发现与未治疗组相比，利培酮治疗组存在普遍的FA值升高、MD值降低，而氯氮平治疗组与未治疗组的FA和MD值均没有显著差异，提示利培酮治疗比未治疗的精神分裂症患者的白质纤维束损伤程度更小或有一定保护作用。本研究结果与既往研究结果^{[8, 18]}相符，与氯氮平治疗和未治疗的患者相比，利培酮治疗患者的白质网络结点度和连接特征的改变相对较轻，提示利培酮可能对白质结构网络有神经保护作用。动物研究^[20]表明抗精神病药物可以促进损伤后的少突胶质细胞再生和髓鞘修复。而另一些动物研究报告称^{[21, 22]}在长期慢性抗精神病药物使用后，形成髓鞘的少突胶质细胞减少，药物高暴露剂量与脑体积和胶质细胞数量减少有关，提示了抗精神病药物的不利影响。值得注意的是，抗精神病药物治疗的不同选择可能会导致这些有争议的发现。因此，长期利培酮和氯氮平治疗对精神分裂症患者脑白质有不同的影响。

3.3 利培酮治疗组与氯氮平治疗组白质微结构完整性参数差异

       本研究结果显示长期使用氯氮平治疗比利培酮治疗的患者表现出更严重、更广泛的白质微结构的损伤。这种对脑白质结构产生差异的原因可能是这两种药物的药理机制和适应证不同。氯氮平对M1-5受体有很高的亲和力，并且主要作为M1和M4受体的拮抗剂，氯氮平显示出比其他抗精神病药物更强的固有抗胆碱能特性^[23]。而利培酮对D2受体和5-HT2A受体的亲和力均比氯氮平强，5-HT2A拮抗作用明显强于D2拮抗作用，促进多巴胺释放^[23]。氯氮平是唯一被证明针对难治性精神分裂症有效的抗精神病药物^[24]，这些患者的初始症状更为严重，通常是服用其他抗精神病药物无效后再使用氯氮平治疗。难治性精神分裂症患者对多巴胺受体阻滞剂无效，但多巴胺能神经元可以促进预后好患者白质髓鞘的形成^[24]，从而表现出FA值的升高。另一个可能的原因是长期服用氯氮平对脑结构的影响有限，这一发现与以前的研究报告^{[18,25, 26, 27]}一致，氯氮平治疗6～9个月后精神分裂症患者的全球脑容量持续减少，这间接解释了本研究结果。因此，本研究结果可能提示长期服用利培酮和氯氮平对精神分裂症患者脑白质微结构存在不同的影响，利培酮对脑白质损伤可能有更好的保护作用。

3.4 慢性精神分裂症患者白质微结构改变与药物剂量、病程和症状的关系

       本研究发现慢性精神分裂症患者的症状严重程度与大部分白质纤维束的FA值呈负相关，与MD值呈正相关，这与既往研究结果相符^[28]。说明FA值越低，MD值越高，患者的症状越严重。在精神分裂症中检测到的FA的变化反映了精神分裂症患者广泛的白质微结构的缺陷，如细胞膜、纤维密度和髓鞘的改变，这些改变可能与精神病症状的发生有关^{[29, 30]}。既往研究^[31]发现精神分裂症患者胼胝体压部的白质损伤与前额叶-丘脑环路存在显著相关性，并与多项临床症状相关。丘脑前辐射是连接额叶与丘脑之间的纤维通路，功能研究发现丘脑-额叶低连接与阳性症状严重程度相关，包括妄想、幻觉和猜疑^[5,32]。本研究发现丘脑前辐射的白质微结构损伤与症状严重程度相关，也进一步支持了丘脑前额叶环路的紊乱是精神分裂症认知功能障碍的基础这一假说^{[33, 34]}。本研究发现只有右侧钩状束FA与患者病程呈负相关，白质纤维束FA、MD与药物剂量没有显著相关性。钩状束在情景记忆、语言和社会情绪处理中起关键作用，且精神分裂症的钩状束FA显著降低^[31,35]。随着病程的进展，精神分裂症患者的钩状束白质完整性破坏更严重，主要表现为认知功能的降低。因此，症状严重程度和病程都可能是影响精神分裂症患者白质缺陷的主要因素。

       本研究还存在一定的局限性。首先，本研究样本量较少，由于长期抗精神病药物治疗组和未治疗组之间缺乏随机对照和纵向随访，三个患者组之间的差异及其与药物治疗的关系研究受到了限制。但是，这样的研究方案是不可行的，或在伦理上是不合理的。因此，我们的横断面研究可能是研究精神分裂症的长期病程和长期抗精神病药物对脑白质影响唯一可行的方案。其次，关于长病程未治疗与利培酮和氯氮平治疗的慢性精神分裂症患者组间白质FA和MD差异与他们的初始症状严重程度有关的推论受到对两个治疗组缺乏基线状态时临床症状评估的限制，但我们推论的有效性取决于观察到的组间差异代表的治疗效果。再次，我们在研究中的DTI扫描协议是15个弥散梯度方向，这可能会限制检测白质纤维的微结构完整性变化的敏感度。然而，我们使用的20条白质纤维束的图谱有显著的主效应差异，这足以说明精神分裂症患者大脑存在广泛的白质微结构异常。最后，为了阐明抗精神病药物作用机制，需要通过动物模型研究长期抗精神病药物对白质微结构的作用，进一步通过研究脑功能变化与抗精神病药物的关系来探索神经生物学机制。

       综上所述，慢性精神分裂症患者存在广泛的白质微结构缺陷，长期氯氮平治疗比利培酮治疗的慢性精神分裂症患者表现出更严重、更广泛的白质微结构损伤。研究结果提示接受不同抗精神病药物治疗的慢性精神分裂症患者存在差异性的脑白质特征，这可能成为抗精神病药物治疗慢性精神分裂症的影像生物标志物，为抗精神病药物选择提供依据。