0 引言

       系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus, SLE）是一种慢性结缔组织疾病，有数据显示SLE在中国患病率为30人/10万人^[1]。当SLE累及神经系统时，美国风湿协会（American College of Rheumatology, ACR）^{[2, 3]}将其定义为神经精神狼疮（neuropsychiatric SLE, NPSLE），临床表现包括认知障碍、癫痫、情绪障碍、睡眠障碍及卒中等。NPSLE在SLE中死亡率高达20%^[4]，严重影响SLE患者的生活质量。然而目前关于NPSLE的诊断主要依赖于患者的临床表现，主观性较强，缺少客观、有效的临床诊断标记。

       独立成分分析（independent component analysis, ICA）是近几年新兴的分析脑功能的研究方式，通过数据驱动，将大脑的多个混杂信号分解为独立信号^[5]，根据提取成分的位置和功能不同组成脑网络，探究不同脑网络间的功能连通，目前已成为神经影像研究领域不可或缺的一种成熟手段。TAN等^[6]发现相较于健康对照，non-NPSLE患者的默认模式网络（default mode network, DMN）与额顶网络（frontoparietal network, FPN）间的功能连接（functional connectivity, FC）值降低，且DMN网络内的FC值与狼疮疾病活动度（SLE disease activity index, SLEDAI）呈现负相关，提示可能异常的脑网络FC与non-NPSLE患者脑损伤有关。另一项研究^[7]表明NPSLE患者DMN、执行控制网络（executive control network, ECN）FC发生改变，且多个脑区的FC改变与患者记忆及执行功能改变密切相关，提示狼疮患者脑网络的改变可能是神经精神异常的潜在影像学标记。然而，近几年的研究多数着眼于伴有及不伴有神经精神症状的SLE患者脑网络之间的改变，较少能对脑网络间FC和临床实验室数据之间的相关性做出研究，故本部分重点对NPSLE患者的脑网络功能进行分析，联合其与临床实验室数据及认知功能之间的相关性结果，从大尺度网络角度探讨NPSLE患者脑功能损伤的神经机制，并且为临床早期诊断提供可靠的影像学标记。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究前瞻性纳入2021年9月至2023年12月内蒙古医科大学附属医院风湿免疫科住院部患者。病例组纳入标准包括：（1）符合2019年美国风湿协会^[8]定义的神经精神狼疮；（2）年龄在18~55岁之间；（3）右利手；（4）女性；（5）能配合MRI检查及心理认知评估者；（6）MRI常规检查无阳性表现。在社区招募与病例组性别、年龄、受教育程度相匹配的健康志愿者为健康对照组，对照组纳入标准包括：（1）年龄在18~55岁之间；（2）右利手；（3）女性；（4）能配合MRI检查及心理认知评估者。病例组及对照组排除标准：（1）合并其他风湿系统及中枢神经系统精神、器质性疾病者；（2）吸烟、酗酒者。最终纳入病例组67例及健康对照组33例。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经内蒙古医科大学附属医院伦理委员会批准，所有受试者及其家属均签署知情同意书，批准文号：S.2022047。

1.2 相关临床资料

       收集患者的个人基本信息及实验室资料，包括：年龄、病程、受教育程度，对患者进行SLEDAI评分，收集患者血清数据：血沉（erythrocyte sedimentation rate, ESR）、C反应蛋白（C reaction protein, CRP）、红细胞计数（red blood cell, RBC）、红细胞比容（hematokrit, HCT）、血红蛋白（hemoglobin, HB）、补体C3、补体C4，收集患者狼疮全项，包括：抗-β2GP1抗体（anti-β2 glycoprotein Ⅰ antibody）、抗双链DNA抗体（anti-double stranded DNA antibody）、抗核小体抗体（antinuclear anti body, ANuA）、抗心磷脂抗体（anticardiolipin antibody, ACL）。本次研究纳入的所有实验室结果均来源于医院信息系统，保证数据的准确性和可信度。

1.3 行为认知评估

       在影像学数据采集之前，所有患者及健康对照都需要接受神经心理认知评估，此项过程由2名精神科主治医师共同完成，包括：（1）听觉词语测试（Auditory Verbal Learning Test, AVLT）；（2）连线测试（Trail Making Test, TMT）。

1.4 磁共振扫描参数

       本次研究所用扫描机器为德国Siemens Skyra 3.0 T机器，头颅20通道线圈，扫描序列具体参数如下。（1）T1WI：TR 1600 ms，TE 10 ms，层厚5.5 mm，扫描时间1分46秒。（2）T2WI：TR 5500 ms, TE 117 ms，层厚5.5 ms，扫描时间1分45秒。（3）3D T1 结构像：TR 2300 ms，TE 2.32 ms，翻转角8°，矩阵256×256，FOV 240 mm×240 mm，层厚0.9 mm，体素大小0.9 mm×0.9 mm×0.9 mm，共192层，扫描时间5分21秒。（4）静息态血氧水平依赖（blood oxygen level dependent, BOLD）功能像：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻转角90°，矩阵64×64，FOV 224 mm×224 mm，层厚4.2 mm，层间距为0，体素大小3.5 mm×3.5 mm×4.2 mm，共190个时间点，扫描时间6分28秒。在扫描过程中，告知受试者闭眼、平静呼吸、保持清醒，以海绵垫维持患者头颅稳定，为患者提供耳塞避免噪音。

1.5 数据处理与分析

       基于MATLABR2013b（MATLAB-MathWorks）平台，使用DPABI_V5.1（http://rfmri.org/dpabi）对BOLD功能像及3D T1结构像进行预处理。处理步骤包括：（1）格式转换；（2）去除前10个时间点；（3）层时间校正；（4）头动校正；（5）空间配准；（6）空间标准化；（7）空间平滑；（8）回归协变量；（9）去线性趋势。基于MATLAB平台，使用GIFT工具包对已完成预处理的数据进行组水平独立成分分析（group independent componentanalysis, GICA），自动提取30个独立成分，并且经ICASSO算法重复计算以确保结果稳定性。经Yeo七网络模板严格匹配及有3年以上脑功能处理经验医师视觉分辨确认后，从分离出的30个独立成分中选取匹配度较好的独立成分构建8个脑网络，分别为视觉网络（visual network, VN）、感觉运动网络（sensorimotor network, SMN）、凸显网络（salience network,SN）、左侧额顶网络（left FPN, LFPN）、右侧额顶网络（right FPN, RFPN）、DMN、ECN、听觉网络（auditory network, AN），应用Mancovan模块构建网络间FC，计算8个网络间FC矩阵，计算Pearson相关系数。

1.6 统计分析

       应用SPSS 25.0软件对数据进行统计学分析。对所有计量数据进行正态性检验，当P>0.05时认为符合正态分布，根据计量资料是否符合正态分布分别以均数±标准差或中位数（上、下四分位数）表示，根据数据是否符合正态分布选择独立样本t检验或者Mann-Whitney U秩和检验进行统计分析。采用双样本t检验比较两组间FNC值差异（Bonferroni校正，P<0.05），在SPSS上采用Spearman相关分析将脑网络间的FC值与临床数据及认知评估进行相关性分析，P值<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般人口统计学资料

       结果显示NPSLE组平均年龄为38.96岁，HC组年龄中位数为38.00岁，NPSLE组病程中位数为60个月，NPSLE组受教育年限中位数为12年，HC组受教育年限中位数为12年，见表1。

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表1  两组间一般人口统计学资料
Tab. 1  General demographic data between the two groups

2.2 认知评估

       结果显示两组之间AVL-前3次、AVL-短时、AVL-长时、AVL-再认、TMT得分差异均有统计学意义（P值分别为<0.001、0.026、0.003、0.010、<0.001），见表2及图1、2。

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图1  两组之间一般资料及认知评估对比。NPSLE：神经精神狼疮；HC：健康对照；TMT：连线测试；ns：差异无统计学意义；***：P＜0.001。
Fig. 1  Comparison of the general data and the cognitive assessment between the two groups. NPSLE: neuropsychiatric systemic lupus erythematosus; HC: healthy control; TMT: Trail Making Test; ns: There is no statistically significant difference; ***: P<0.001.

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图2  两组之间认知评估对比。NPSLE：神经精神狼疮；HC：健康对照；AVL：听觉词语学习测试；*：P＜0.05；**：P＜0.005；****：P＜0.0001。
Fig. 2  Cognitive assessment compared between two groups. NPSLE: neuropsychiatric systemic lupus erythematosus; HC: healthy control; AVL: Auditory Verbal Learning Test; *: P<0.05; **: P<0.005; ****: P<0.0001.

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表2  两组间行为认知评估
Tab. 2  Behavioral cognitive assessments between the two groups

2.3 两组间脑网络FC改变

       与HC相比，NPSLE患者LFPN与SMN、DMN间的FC降低，DMN与SMN、ECN间的FC降低，LFPN与VN间的FC升高，SMN与SN、AN及VN间的FC升高，见图3。

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图3  脑网络间功能连接圈图，红色系代表功能连接增强，蓝色系代表功能连接减弱。DMN：默认模式网络；SMN：感觉运动网络；ECN：执行控制网络；LFPN：左侧额顶网络；AN：听觉网络；VN：视觉网络；SN：凸显网络。
Fig. 3  Functional connectivity circle diagram between brain networks. Red lines represent enhanced functional connectivity, and blue lines represent weakened functional connectivity. DMN: default network; SMN: sensorimotor network; ECN: executive control network; LFPN: left frontoparietal network; AN: auditory network; VN: visual network; SN: salience network.W

2.4 与临床资料及认知评估相关性分析结果

       DMN_SMN间的FC值与抗ds DNA呈负相关（P=0.028，r=-0.270），SMN_SN间的FC值与AVL_前3次呈负相关（P=0.006，r=-0.275），DMN_ECN间的FC值与HCT呈正相关（P=0.043，r=0.250）、与AVL_前3次呈负相关（P=0.025，r=-0.224），详见图4。

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图4  不同脑网络间FC值与临床数据及认知评估之间相关散点图。NPSLE：神经精神狼疮；HC：健康对照；DMN：默认模式网络；SMN：感觉运动网络；SN：凸显网络；ECN：执行控制网络；HCT：红细胞压积；AVL：听觉词语学习测试。
Fig. 4  Scatter plot of correlation between FC values and clinical data and cognitive assessment across different brain networks. NPSLE: neuropsychiatric systemic lupus erythematosus; HC: healthy control; DMN: default network; SMN: sensorimotor network; SN: salience network; ECN: executive control network; HCT: hematocrit; AVL: auditory verbal learning test.

3 讨论

       本研究对狼疮脑病患者的大尺度脑网络研究结果表明多个脑网络的连通性出现程度不一的改变，且这种连通性的改变与认知功能，尤其是记忆功能的下降显著相关，提示网络层面的异常可以更好地理解NPSLE患者的认知障碍，也成为解释NPSLE患者认知和神经精神病理表现的客观证据。

3.1 两组之间脑网络FC的改变

       相较于对照组，NPSLE组LFPN_SMN、LFPN_DMN、DMN_SMN、DMN_ECN间的FC减低是可能因为神经元受损导致脑功能的下降，进而影响不同脑网络之间的FC；而LFPN_VN、SMN_SN、AN_VN之间FC的升高猜测可能是因为NPSLE患者的部分脑网络之间出现代偿连接。既往有文献与本文研究结果类似^{[9, 10]}。

3.2 不同脑网络的FC值与临床指标之间相关性分析

       本研究结果显示DMN_SMN间的FC与抗ds DNA水平呈负相关，抗dsDNA抗体是临床诊断狼疮疾病的特异性指标^{[11, 12]}，此类抗体通过受损的血脑屏障渗透入脑脊液内，通过激活内皮细胞、血小板及单核细胞等，在血管内形成免疫复合物，激活自身补体，使机体发生缺血反应，引起炎症和损伤^[13]。DMN_ECN间的FC与HCT水平呈正相关，HCT作为评定贫血的指标之一，在机体中维持酸碱平衡及动态血氧平衡，随着HCT水平的增减，脑网络间的FC与之呈正相关改变。这提示NPSLE患者的贫血表现可能对于大脑存在损伤，对神经元及突触造成损伤，影响多个脑网络之间的FC。NPSLE患者不同脑网络间的FC与实验室指标呈现相关，提示此类指标与FC之间的关系可能影响NPSLE患者的表现，也是从影像学方面对NPSLE患者的临床表现作出的理解。

3.3 DMN_ECN的FC值与认知功能之间相关性分析

       NPSLE患者的DMN与SMN、ECN间的FC显著降低，相关性分析结果显示，DMN_ECN之间的FC与AVL_前3次呈负相关，提示DMN_ECN之间的FC增加表明此部分脑功能活动是NPSLE患者认知障碍的代偿，国内学者也得出类似结果并作出推测^[14]。DMN是最被广泛研究的大尺度脑网络，主要包括角回、海马、内侧前额叶皮质（medial prefrontal cortex, mPFC）、顶下小叶等核心区域^[15]，普遍认为DMN与工作记忆及社会认知等认知功能显著相关^[16]。前额叶皮质（prefrontal cortex, PFC）主要被划分为眶额叶皮质、外侧前额叶皮质、mPFC等^[17]。关于PFC在记忆中的具体作用机制主要包括两种通路，一种相互作用涉及海马体到前额叶皮质的直接投射，还有另一种通过大脑皮质实现双向连接途径^{[18, 19]}，前海马的CA1区与mPFC通过单突触投射连接以及海马体与PFC之间还存在间接连接^{[20, 21]}。多数研究^{[22, 23]}已经证明DMN与记忆功能有着不可忽视的关系，记忆的形成是对外部信息编码、储存及检索的过程^[24]，需要海马体与周围脑区的动态调节，而这一过程正是通过DMN脑区域的连贯激活形成，DMN是重现这种模式的重要基础，能独立触发记忆的级联反应，支持较早记忆的重新激活^[22]。ECN主要包括前扣带回、腹外侧前额叶皮质、背外侧前额叶皮质等^[25]，与适应性认知控制作用相关。本次研究结果表明DMN_ECN间的FC与AVL_前3次显著相关，提示DMN_ECN之间的功能连通性和协调对于记忆功能有影响，也是对NPSLE患者记忆功能障碍的又一印证。一项研究^[26]脑网络的结果表明，被试者固有的DMN_ECN网络耦合着年龄和记忆相关网络功能的关系，其中扣带回和背外侧前额叶皮质耦联是最突出的通路，也侧面说明了DMN_ECN网络间的联系与记忆功能之间的关系。

3.4 SMN_SN的FC值与认知功能之间相关性分析

       NPSLE患者中SMN与SN之间的FC呈现出增强趋势，以往有研究结果与本次结果类似^[9]，本次研究相关性分析结果显示SMN_SN之间的FC与AVL_前3次呈现负相关，说明在狼疮患者中，SMN_SN之间的FC可能是认知功能下降的代偿表现。SMN由双侧感觉运动区、辅助运动区组成^[26]，在认知功能、情感功能的整合中发挥重要作用^[27]。SN包括双侧前岛叶、前扣带回皮质^[28]，SN是由DMN介导的对注意力、记忆力与由FPN维持的定向注意力之间的动态切换^[29]，有效分配、发放信息资源^[30]，参与大脑自下而上的信息处理过程，因其在协调多个网络的功能活动切换中起着至关重要，因此也被称为三重网络（DMN、ECN、SN）的中心^[31]。而多个网络对于大脑自上而下和自下而上的信息整合机制中表现出显著的相互作用和重叠功能，可能正是由于ECN和DMN等脑网络出现程度不一的变化，导致动态切换网络SN调节能力的下降，最终导致了各个网络间的功能协调障碍，影响狼疮患者的记忆力。

3.5 研究局限性

       本次研究存在以下几个局限性：第一，纳入健康对照数量少，与狼疮病例组数量并不匹配，未来会进一步加大入组数量；第二，本次采用横断面研究，在一个时间点上对NPSLE患者的脑功能改变进行研究，而关于其纵向改变还有待进一步深入探讨，未来会对NPSLE患者进行随访，长时间追踪其脑功能的变化。

4 结论

       本研究将NPSLE患者脑区划分为不同脑网络，探讨网络间的FC，结果提示多个脑网络间FC出现程度不一的增高和下降，且与血液学指标及记忆功能下降相关，提示NPSLE患者脑网络的改变可能与认知功能障碍的出现有关。