0 引言

       乳腺癌是全球女性癌症相关死亡的主要原因，我国乳腺癌的患病率呈逐年上升趋势^[1]。随着临床对于乳腺癌的治疗进入综合治疗时代，化疗逐步成为主要的辅助治疗方法之一，因为化疗药可以有效杀灭癌细胞、抑制癌细胞的分裂和增殖，清除微小病灶，减缓肿瘤的生长速度，从而提高手术成功率，并且在降低病灶转移和复发等方面发挥了重要作用，不断提高了乳腺癌患者的生存率^[2]。化疗药物可能通过炎症因子或神经毒性作用对大脑结构及功能产生负面影响，从而导致不同程度、多种多样的认知功能损伤，常表现为感知、注意力、语言、思维、学习、记忆、行动计划、理解、推理和解决问题的能力下降等一系列认知相关症状，被称为化疗相关认知功能损伤（chemotherapy-related cognitive impairment, CRCI）^{[3, 4, 5]}，已经成为越来越多的癌症幸存者经常经历的副作用，对他们的生活质量有重大影响。

       乳腺癌患者的化疗相关认知功能损伤表现多种多样，病理生理学机制非常复杂，检测和评估相当具有挑战性。既往研究多数选取的乳腺癌病理类型多样，化疗方案混杂，致使部分研究结果一致性较差。静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance, rs-fMRI）主要基于血氧水平依赖（blood oxygen level dependent, BOLD）机制，已被广泛用作一种非侵入性的无创在体脑功能研究工具^{[6, 7]}。局部一致性（regional homogeneity, ReHo）可反映大脑局部BOLD信号的一致性，用于识别大脑的局部神经活动^{[8, 9]}。

       本研究应用静息态功能磁共振成像的ReHo算法及神经心理学量表对接受EC-T（E：epirubicin，表柔比星；C：cyclophosphamide，环磷酰胺；T：toxophylline，紫杉醇）方案化疗乳腺癌患者的认知功能损伤及其潜在神经机制进行前瞻性研究，通过观察病理类型、手术方式、化疗方案均相同的乳腺癌患者化疗前、后的认知功能及静息态功能磁共振成像变化，进一步探索两者间的关系，为乳腺癌患者化疗相关认知功能损伤的早期诊疗及日常监测寻求神经影像学证据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       选取陕西省核工业二一五医院肿瘤科2019年2月至2022年6月初次收治的29例乳腺癌患者进行纵向研究，年龄（43.69±7.84）岁，受教育年限（8.92±3.42）年，手术后时间（25.69±5.82）天，术前均未接受化疗，均在本院完成手术，病理结果为浸润性导管癌。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，获得陕西省核工业二一五医院医学伦理委员会批准，批准文号：2019015。研究前详细告知患者及家属，并让患者本人均签署了知情同意书。纳入标准：（1）经病理证实为乳腺浸润性导管癌的女性患者；（2）所有患者术前均未化疗；（3）年龄：18~60岁；（4）均为右利手；（5）受教育年限大于6年；（6）术后完成周期性化疗；（7）未发生颅脑转移。排除标准：（1）发现颅内明显器质性病变；（2）主要感觉器官丧失或功能缺陷；（3）既往曾患精神类疾病、阿尔茨海默病、高血压、糖尿病及其他脑血管疾病；（4）滥用药物及大量酗酒史；（5）不能耐受MRI检查；（6）无法配合完成神经心理学量表测评。

1.2 化疗方案

       所有患者在术后接受了标准的EC-T方案进行序贯化疗，化疗八周期，每周期间隔21天，前四周期使用E+C（E：表柔比星60 mg/m²，C：环磷酰胺600 mg/m²），后四周期使用T（T：紫杉醇100 mg/m²）。

1.2 研究方法

       本团队先后为29名受试者进行两次相同的神经心理学量表测评和磁共振数据采集，第一次在术后化疗前（T0点）进行，第二次在八个化疗周期结束后（T1点）完成。

1.3 神经心理学评估

       本研究的神经心理测试在陕西省核工业二一五医院医学影像科示教室进行，环境安静，无外界因素干扰，由经过统一培训的医学影像科主治医师完成。神经心理学量表包括：（1）听觉词语测试-华山版（Auditory Verbal Learning Test-Huashan version, AVLT-H）是目前最常用来检查情景记忆的量表，主要包括词语学习、短时延迟回忆、长时延迟回忆、词语再认^{[10, 11]}；（2）数字颜色连线测验（Color Trails Test, CTT）包括CTT-1、CTT-2两部分，主要用来评估受试者的处理速度、注意力、推理能力及思维灵活性等相关的执行功能^{[12, 13]}；（3）数字广度测试（Digit Span Test, DST）包括数字顺背及数字倒背任务，被用来测量被试的注意功能和工作记忆^{[14, 15]}。

1.4 MRI数据采集

       本研究使用美国GE公司3.0 T超导型MRI扫描仪（Discovery MR750，GE Healthcare，USA）及其配备的8通道头颈联合阵列线圈。指导受试者自然仰卧于检查床，用海绵垫限制头部活动，闭上眼睛，不能入睡，避免思考任何特别的事情。扫描范围参照常规头颅MRI扫描，首先进行常规T1WI、T2WI、T2 液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery, FLAIR）序列扫描排除颅脑发育异常、脑软化灶、颅内占位等其他病变。采集所有符合纳入标准被试的全脑高分辨结构像，使用3D脑容积成像（three-dimension brain volume imaging, 3D-BRAVO）序列扫描参数，TE 3.2 ms，TR 8.2 ms，层厚1 mm，层间隔0 mm，翻转角15°，视野240 mm×240 mm，矩阵256×256，扫描次数160。使用单次激发自旋回波（spin echo, SE）-平面回波成像（echo planar imaging, EPI）序列完成rs-fMRI图像扫描，具体扫描参数：TE 50 ms，TR 2000 ms；层间隔0，层厚4.0 mm，翻转角90°；视野240 mm×240 mm，矩阵为64×64，体素大小3 mm×3 mm×3 mm；扫描用时6 分钟10秒，共包含185个脑容积。

1.5 MRI数据处理

       利用MATLAB 2013b平台的数据处理与脑成像分析软件进行数据预处理。为了保证信号的稳定性，处理前去除前10个时间点功能像数据。具体步骤如下。（1）格式转换：将DICOM格式的原始图像转换为3D NIFIT格式。（2）时间校正：消除扫描次序带来的时间差异，使大脑层面对应同一个时间点。（3）头部运动校正：校正在MRI 扫描过程中受试者轻微的头动，排除水平头动>3 mm 或旋转大于3°的严重头部运动被试。（4）图像配准：将被试的个体数据与各自的3D-T1WI结构像对齐，再将对齐后的3D-T1WI图像分割为灰质、白质和脑脊液。（5）回归协变量：去除全局、灰质、白质中的噪声。（6）去线性漂移：消除MRI扫描过程中因为热噪声导致的数据基线的漂移。（7）滤波：对0.01~0.08 Hz的频段进行过滤，减少噪声影响。（8）空间标准化：消除个体差异和扫描误差，将功能像数据标准化到蒙特利尔神经科学研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）标准模板中。（9）局部一致性的计算：计算每个体素与相邻26个体素的肯德尔和谐系数（Kendall's Coefficient of Concordance, KCC），组成KCC脑图，即ReHo图。受试者标准化全脑ReHo值=全脑每个体素ReHo 值/全脑所有体素平均ReHo值。（10）平滑：得到被试者的ReHo标准脑图后，用6 mm半高宽做空间平滑后再进行统计分析。

1.6 统计分析

       使用Dpabi软件对化疗前、化疗后两组间磁共振数据进行配对t检验，采用bspMVIEW软件呈现结果，提取化疗前、后间存在差异的脑区ReHo值，并计算二者的差值（T1点-T0点）。使用SPSS 19.0软件对神经心理学量表评分数据进行统计分析，用均数±标准差表示符合正态性分布的数据，采用配对样本t检验进行统计分析；对非正态性数据使用M（IQR）表示，采用Wilcoxon检验。对差异有统计学意义的神经心理学量表评分也取差值（T1点-T0点）。对差异有统计学意义的脑区ReHo的差值和神经心理学量表评分的差值之间进行偏相关分析，在此过程中将年龄、受教育年限、是否患有高血压、是否患有高脂血症作为协变量进行校正，以P<0.05为差异有统计学意义。

1.7 样本量估算方法

       研究目标为联合ReHo及神经心理学量表探讨EC-T化疗方案对乳腺癌患者认知功能的损伤及其潜在机制。样本量估算方法根据配对设计的样本量计算公式如下：

       其中，Zα为Ⅰ类错误，双侧检验取值1.96；Zβ为把握度1-β，取值1.28；σ为均数差值的标准差；δ为两组均数差值。

       根据预试验结果，得出本研究的总样本至少需要29例。

2 结果

2.1 乳腺癌患者化疗前、后神经心理学量表评分差异性分析

       与T0点相比，乳腺癌患者T1词语学习、短时延迟回忆、长时延迟回忆、CTT-1、CTT-2、数字倒背任务评分降低，差异均有统计学意义（P<0.05），见表1。

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表1  乳腺癌患者化疗前、后神经心理学量表评分差异性分析
Tab. 1  Analysis of the difference of neuropsychological scale scores in breast cancer patients before and after chemotherapy

2.2 乳腺癌患者化疗前、后ReHo值差异性分析

       与T0点相比，乳腺癌患者T1点左侧前扣带回、左侧中扣带回、右侧颞中回及左侧壳核的ReHo值降低（P<0.001），见表2、图1。

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图1  乳腺癌患者化疗前、后ReHo差异有统计学意义脑区图。T0点为术后、第一次化疗前时间点；T1点为8个化疗周期结束后时间点。蓝色区域表示与T0点相比，乳腺癌患者T1点ReHo值降低的脑区（P<0.001）。ReHo：局部一致性。
Fig. 1  Map of brain regions with statistically significant differences in ReHo before and after chemotherapy in breast cancer patients. T0: time point after surgery and before the first chemotherapy; T1: time point after the completion of eight chemotherapy cycles. The blue area indicates the brain regions with reduced ReHo at T1 compared with T0 in breast cancer patients (P < 0.001). ReHo: regional homogeneity.

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表2  乳腺癌患者化疗前、后ReHo值差异性分析
Tab. 2  Analysis of the difference of ReHo value in breast cancer patients before and after chemotherapy

2.3 乳腺癌患者Δ左侧前扣带ReHo 值与Δ词语学习评分的相关性分析

       偏相关分析显示，乳腺癌患者Δ左侧前扣带ReHo 值与Δ词语学习评分呈正相关（Δ=T1-T0，P<0.05），见图2。

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图2  乳腺癌患者Δ左侧前扣带ReHo值与Δ词语学习评分的相关性分析。ReHo：局部一致性。Δ左侧前扣带ReHo值：化疗前、后左侧前扣带ReHo 值的差值；Δ词语学习评分：化疗前、后词语学习评分的差值。
Fig. 2  Correlation analysis between Δleft anterior cingulate ReHo value and Δword learning score in breast cancer patients. ReHo: regional homogeneity; ΔReHo value of left anterior cingulate is the difference of ReHo value of left anterior cingulate before and after chemotherapy. Δ word learning score: the difference between pre-chemotherapy and post-chemotherapy word learning score.

3 讨论

       本研究选取接受EC-T方案化疗乳腺癌患者为研究对象，通过神经心理学量表评估认知功能，利用静息态功能磁共振成像的ReHo算法检查脑区活动情况，旨在探索EC-T化疗方案对乳腺癌患者认知功能的副性作用及其潜在的神经机制。研究发现与化疗前点相比，化疗后乳腺癌患者词语学习、短时延迟回忆、CTT-1、CTT-2及数字倒背任务评分降低，同时发现左侧前扣带回、左侧中扣带回、右侧颞中回及左侧壳核的ReHo值降低，而且乳腺癌患者化疗前、后左侧前扣带ReHo值的差值与词语学习评分的差值呈正相关。通过观察病理类型、手术方式、化疗方案均相同的乳腺癌患者化疗前、后的认知功能及静息态功能磁共振成像变化，证实EC-T序贯化疗方案可能会引起乳腺癌患者多个脑区大脑局部一致性发生异常改变，同时可能造成记忆、注意、执行功能、处理速度以及认知灵活性等多方面的认知功能损伤，提出左侧前扣带回的ReHo值可作为EC-T方案化疗后乳腺癌患者认知功能变化的影像学监测指标，有助于相关CRCI的临床早期诊疗及日常监测。上述发现可能为乳腺癌患者化疗相关认知功能损伤的神经病理学机制提供新的科学依据。

3.1 乳腺癌术后患者化疗前、后神经心理学量表结果分析

       既往大量研究通过主观认知量表和客观神经心理学测试评估发现乳腺癌患者接受EC-T方案化疗后会出不同程度的记忆力减退、注意力下降、学习能力变差、反应速度迟缓、信息加工速度变慢、执行功能和视空间功能受损等多方面的认知功能损伤，其中记忆力减退是最为突出的特征^{[16, 17, 18]}。我们的神经心理学量表结果分析显示，与化疗前相比，乳腺癌患者化疗后词语学习、短时延迟回忆、长时延迟回忆、CTT-1、CTT-2、数字倒背任务等方面的评分均降低，提示乳腺癌患者化疗后出现包括记忆、注意、执行功能、处理速度以及认知灵活性等方面的认知功能损伤，这与多数国内外既往研究结论基本一致。近年来，许多研究者通过动物模型实验和多模态磁共振成像技术研究逐步揭示化疗药的炎症因子作用及神经毒性作用导致脑微观结构及功能异常可能是CRCI的潜在机制^{[19, 20]}。

       也有一些研究证实乳腺癌患者在接受周期性化疗后，早期就表现出认知功能损伤，化疗结束后随着时间的推移部分认知功能会有逐步恢复的趋势，这可能与乳腺癌病理类型、化疗方案及接受放疗及免疫治疗等其他治疗方案有关。本研究与既往研究的不同之处在于选择的乳腺癌患者病理类型、化疗方案均相同，且观察时间点为乳腺癌患者术后化疗前和化疗结束后，此时所有患者均未接受放疗及免疫治疗等其他方面的治疗，避免了诸多混杂因素干扰，结果更有说服力，为化疗引起认知损伤提供了更为可靠的证据。

3.2 乳腺癌术后患者化疗前、后ReHo结果分析

       ReHo衡量的是受试者某一脑区内相邻体素在时间上的活动一致性，值越高表示该区域的神经元活动越同步^{[21, 22]}。本研究发现化疗后左侧前扣带、左侧中扣带、右侧颞中回及左侧壳核的ReHo 值较化疗前降低。EC-T序贯化疗方案所用药物包括表柔比星、环磷酰胺及紫杉醇。表柔比星是乳腺癌患者最常用的蒽环类药物，可以增加促炎症因子的释放，加速神经炎症的发生^[23]；关于非恩环类药物的研究证实环磷酰胺可对中枢神经系统的免疫调节等产生间接影响并导致头痛、注意力不集中、记忆力变差、反应慢、异常疲倦虚弱等症状，而紫杉醇可能会诱发炎症反应，诱导细胞凋亡，造成神经元损伤致认知功能障碍^[24]。这些脑区的ReHo值降低可能与ECT化疗方案所使用化疗药导致的直接或间接神经元损伤有关。

       大脑默认模式网络（default mode network, DMN）是人在静息、没有执行特定任务的状态（有别于睡眠状态）下大脑自发性的运作模式网络，扣带回是DMN的核心脑区，按照解剖分为前、中、后三个部分^{[25, 26]}。前扣带回参与情绪、行为和思维过程，也与记忆和注意力过程相关联^[27]，中扣带回具有注意力的分配、工作记忆、情绪调节和自我意识等多方面的功能^[28]。前、中扣带回在解剖上与海马旁回等脑区连接紧密，同时参与DMN的社会-情感协调功^[29]。右侧颞中回的ReHo 值的下降与BRUNO等^[29]的研究一致，颞中回在处理听觉、语言理解方面起着至关重要的作用，也与情感、记忆等心理过程有着密切的关联^{[30, 31]}，颞叶也参与构成DMN。在乳腺癌患者中，DMN 相关脑区比其他脑区更容易受到化疗的影响^[32]，这些化疗“易感区域”的RoHo值异常改变可作为化疗相关认知损伤的参考指标。壳核是基底神经节的重要组成部分，是其主要的输入核团^[33]，相关研究表明壳核参与协调和计划身体的运动，特别是面部和手部的精细动作，参与来自不同感官信息的处理、学习和记忆的形成，参与决策和判断，也与注意力的集中和维持有关^{[34, 35]}。有学者研究发现帕金森病患者前额叶-基底节环路功能抑制引发执行功能障碍，如计划能力下降、思维迟缓^[36]。一项毒素致帕金森病的动物研究显示，皮质-基底节环路的运动功能变化和认知功能变化息息相关，且观察到基底节和皮质的运动区域以及认知区域出现同等损伤^[37]。由此可见，化疗药物可能导致皮质-基底节环路的损伤，从而引起左侧壳核的ReHo值降低，这可能是乳腺癌患者接受EC-T方案化疗后认知功能损的伤发病机制之一。然而，既往大量研究报告乳腺癌术后患者化疗后背外侧前额叶皮层ReHo值明显降低^[38]，却鲜有研究报道关于壳核的ReHo值改变，这可能是与乳腺癌病理类型及治疗方案的多样性有关。

3.3 相关性结果分析

       相关性分析显示，乳腺癌患者化疗前、后左侧前扣带回ReHo值的差值与词语学习评分的差值呈正相关，有效说明化疗可能引起乳腺癌患者左侧前扣带回神经元活动发生改变，从而导致记忆功能损伤，这可能是乳腺癌患者化疗相关认知功能损伤的病理机制之一，临床诊疗过程中可以将ReHo值作为乳腺癌患者CRCI的神经影像学监测指标。而本研究显示乳腺癌者化疗后左侧中扣带回、左侧壳核及右侧颞中回ReHo值的降低值与神经心理学量表评分的降低值无显著相关性，这可能和我们对患者随访的时间较短有关，需要更大的样本量、更细致的神经心理学量表以及更长时间的随访进行进一步深入研究。

3.4 本研究的不足与展望

       然而，本研究也存在一些不足之处，比如：（1）本研究样本量小且没有纳入健康对照组，无法准确评估肿瘤本身及手术创伤对认知功能的影响，今后研究应该继续扩大样本量并且纳入健康志愿者作为对照组。（2）我们没有做焦虑、抑郁等情绪相关的神经心理学评估，也没有评估疲劳及睡眠情况，有相关研究报道以上因素可能会对认知功能造成一定的影响，我们将在今后的工作中把这些因素纳入研究范围进一步深入研究。

4 结论

       综上所述，本研究通过静息态功能磁共振成像的ReHo算法及神经心理学量表深入探讨了接受EC-T方案化疗后乳腺癌患者的认知功能损伤及其潜在神经机制，发现EC-T化疗方案可能会引起乳腺癌患者多个脑区的局部一致性发生异常改变，并导致不同维度的认知功能损伤，为乳腺癌患化疗相关认知功能损伤的发生机制提供了新的科学依据。ReHo 值可有效监测患者脑区活动异常，有望成为化疗后乳腺癌患者认知功能损伤早期诊疗及日常监测的神经影像学标志物。