0 引言

       创伤性脑损伤（traumatic brain injury, TBI）属于常见神经外科疾病之一，具有较高的发病率与致残率，主要由高处坠落、交通事故等外力冲击所致^[1]。研究表明，全球每年有超过5000万人发生TBI，约一半的人口在一生中可能经历一次或多次TBI，这给个人、家庭和社会带来了严重影响和沉重负担^[2]。TBI的严重程度可通过格拉斯哥昏迷量表（Glasgow Coma Scale，GCS）来评估^[3]。严重急性脑损伤可引起不同程度的意识障碍（disorder of consciousness, DoC），包括昏迷、植物状态（vegetative state, VS），即无反应觉醒综合征（unresponsive wakefulness syndrome, UWS）以及最小意识状态（minimally conscious state, MCS）^[4]。扩展格拉斯哥预后量表（Glasgow Outcome Scale-Extended, GOSE）广泛用于评估患者的长期功能恢复和预后。GOSE是将原5级格拉斯哥预后量表扩展为8级的标准化工具，可通过结构化访谈综合评估患者在生活自理、社会参与及心理适应等多维度的功能恢复情况，已成为临床研究和康复随访中的重要依据^[5]。尽管神经影像学的发展促进了对TBI导致DoC相关脑区的探索，但其微观层面的结构与代谢改变尚未充分表征。特别是TBI后的继发性炎症、水肿、血脑屏障损伤、代谢障碍和废物清除，会加剧神经损伤，从而阻碍意识恢复。因此，寻找能反映这些机制的影像学指标，对深入理解DoC病理基础具有重要意义。

       类淋巴系统的发现为解释中枢神经系统（central nervous system, CNS）废物清除和流体动力学方面提供了新框架^[6]。该系统是大脑中的防御和废物排泄系统，位于星形胶质细胞端足和血管壁之间，通过水通道蛋白-4（aquaporin-4, AQP4）促进脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）与间质液交换，从而能够清除可溶性蛋白，如阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）相关的β-淀粉样蛋白（amyloid-beta protein, Aβ）、帕金森病（Parkinson's disease, PD）相关的α-突触核蛋白（α-Synuclein, α-Syn），此外还促进葡萄糖、脂类、氨基酸和神经递质的分布^[7]。已有证据表明，类淋巴功能障碍与AD和PD等神经退行性疾病密切相关^[8]。鉴于TBI也会导致脑代谢紊乱和炎症反应，可以推测类淋巴系统功能受损可能在创伤后DoC的发生和维持中发挥作用。但尚未有研究证明此观点。

       评估大脑的类淋巴功能有助于探究疾病的损伤程度，既往研究通过侵入性的方法，包括腰椎穿刺鞘内注射或静脉注射钆对比剂进行动态对比增强MRI检查。最近提出的通过沿血管周围间隙的扩散张量成像分析（diffusion tensor image analysis along the perivascular space, DTI-ALPS）方法可以间接无创地反映生理状态下大脑类淋巴系统的功能改变^[9]。目前，DTI-ALPS技术广泛应用于多种退行性疾病的研究。这些发现表明，DTI-ALPS可以无创性地反映大脑类淋巴功能，揭示其在疾病发展过程中可能存在的病理机制。但在严重TBI导致DoC患者中的应用仍然有限。脉络丛（choroid plexus, CP）源自脑室系统内的软脑膜和室管膜上皮，是CSF的主要生成部位。其在神经炎症和神经退行性疾病中的作用至关重要^[10]。鉴于CSF主要由脉络丛分泌，这为探索脉络丛变化是否影响CSF循环及其对类淋巴系统功能的潜在影响提供了独特窗口。越来越多研究发现，神经退行性变和神经炎性病变患者的脉络丛体积增大^{[11, 12]}。在TBI后，CP可能受到损伤，影响CSF的生成和代谢废物清除，进而加剧类淋巴系统功能受损。脉络丛体积变化可能成为反映TBI后意识障碍患者脑内液体代谢紊乱及类淋巴功能障碍的重要标志。然而，目前尚未有研究证实此观点。

       因此，本研究旨在评估创伤后意识障碍患者的类淋巴系统功能损伤与脉络丛体积变化，并进一步探讨这些改变如何影响患者的意识水平和预后，寻找意识障碍相关的神经影像学标志物，为临床病情评估提供、康复治疗及预后提供新的视角。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       本研究前瞻性纳入2024年3月至2025年1月在兰州大学第二医院康复科就诊的因严重TBI导致DoC的患者35例。本研究获得兰州大学第二医院伦理委员会的批准（批准编号：2021A-219），遵守《赫尔辛基宣言》，受试者均签署了知情同意书。在知情同意后，所有患者经过纳入标准和排除标准进行筛查，满足入组条件的开始检查。纳入标准：（1）严重TBI导致DoC发生的患者；（2）入院时GCS<8分；（3）创伤后第1周至第3个月。排除标准：（1）有去骨瓣减压术史；（2）癫痫或频繁的自发性运动；（3）生命体征不稳定者；（4）深部或脑室周围白质出血（DTI-ALPS分析的感兴趣区域）；（5）常规MRI上与TBI无关的任何明显脑实质病变；（6）MRI扫描禁忌证；（7）患有高血压、糖尿病、吸烟史以及其他神经系统疾病。排除掉13例不符合标准的患者，最终共纳入22例患者；除此之外还招募了30例年龄、性别和受教育年限相匹配的健康对照（healthy controls, HC）。HC组纳入标准：（1）经临床及MRI排除无神经系统疾病史、头部外伤史或其他影响脑结构的疾病；（2）认知及意识正常；（3）右利手。HC组排除标准同DoC组。

1.2 数据采集

       MRI检查在GE 3.0 T MR扫描仪上进行（SIGNA^TM Premier，GE Healthcare，Waukesha，WI，USA），采用48通道相控阵列头颅线圈。为被试提供防噪耳塞，使用海绵固定头部并减少噪音。扫描过程中要求被试保持清醒、闭目、尽量不进行自主思考。MRI序列包括三维等体素结构加权成像（three-dimensional T1-weighted images, 3D-T1WI）、轴位T2加权成像（T2 weighted imaging, T2WI）、磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging, SWI）及扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）。DTI序列采用单次激发平面回波成像（single shot echo plana imaging, SS-EPI）序列，包括0和1000 s/mm²两个b值，采集方向为64个。使用3D-T1WI、T2WI、SWI观察患者病灶，评估患者是否符合上述筛排标准。各序列具体扫描参数如表1所示。

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表1  MRI扫描参数
Tab. 1  The scan parameters of MRI

1.3 临床和神经心理学评估

       由专业的康复科医生使用昏迷恢复量表-修订版（Coma Recovery Scale-Revised, CRS-R量表）、格拉斯哥昏迷量表（Glasgow Coma Scale, GCS）对患者病情严重程度及意识状态进行评估。MRI扫描三个月后使用扩展格拉斯哥预后量表（Glasgow Outcome Scale-Extended, GOSE）对患者预后情况进行评估^{[13, 14]}。

1.4 DTI-ALPS数据处理

       采用DTI-ALPS方法计算侧脑室体水平投射纤维和关联纤维的扩散，可间接反映沿血管周围间隙的扩散。将DTI生成彩色编码FA图与ICBM DTI-81模版进行配准后，选择侧脑室周围的投射纤维（上和后辐射冠，z轴，蓝色）和关联纤维（上纵束，y轴，绿色）为ROI，计算投射纤维沿x轴和y轴的扩散系数（Dxproj，Dyproj）以及关联纤维沿x轴和z轴的扩散系数（Dxassoc，Dzassoc）。根据Taoka提供的公式（1）计算DTI-ALPS指数，即Dxproj和Dxassoc的平均值除以Dyproj和Dzassoc的平均值^[15]。

1.5 脉络丛体积的计算

       基于FreeSurfer版本7.3.2平台（https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/）自动分割3D-T1WI图像。使用FreeSurfer“recon-all”功能获得总颅内体积（total intracranial volume, TIV）和脉络丛体积（choroid plexus volume, CPV）^[16]。在自动分割后，脉络丛体积由经验丰富的神经放射学家使用ITK-SNAP软件（版本3.8；http://www.itksnap.org）进行检查和纠正，使用CPV/TIV计算出全脑标准化脉络丛体积。

1.6 统计分析

       采用SPSS 26.0统计学软件进行统计分析。对于人口统计学信息，定性变量采用卡方检验，符合正态分布的定量变量使用均值±标准差表示，在满足独立样本t检验假设条件的前提下，进行独立样本t检验；非正态分布定量变量使用中位数（第一四分位数，第三四分位数）表示，即M（Q1，Q3），组间比较使用Mann-Whitney U检验。

       采用Pearson相关性分析检查DTI-ALPS指数、CPV、意识状态和预后情况之间的关系，并使用多重比较结果进行FDR校正所有结果，P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 人口统计学分析

       DoC组患者和HC组受试者的详细人口统计学和临床特征见表2。两组在年龄、性别、受教育年限方面差异无统计学意义。

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表2  研究组的人口统计学、临床和MRI特征
Tab. 2  Demographic, clinical and MRI features of the study groups

2.2 类淋巴功能分析

       对HC组和DoC组进行全脑标准化CPV计算与DTI-ALPS分析，与HC组相比，DoC组的DTI-ALPS指数低于HC组（P<0.01）；DoC组的CPV/TIV高于HC组（P<0.01），见图1。

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图1  HC、DoC组两组之间ALPS指数、全脑标准化脉络丛体积的差异。***表示P<0.001。HC：健康对照；DoC：创伤后意识障碍；ALPS：沿血管周围间隙；CPV：脉络丛体积；TIV：颅脑总体体积；CPV/TIV：全脑标准化的脉络丛体积。
Fig. 1  Comparison of ALPS and CPV/TIV indices between HC and DoC groups. ***: P < 0.001. HC: healthy controls; DoC: disorders of consciousness; ALPS: along the perivascular space; CPV: choroid plexus volume; TIV: total intracranial volume; CPV/TIV: whole-brain standardized corpus callosum volume.

2.3 相关性分析

       将DTI-ALPS指数与CPV/TIV、CRS-R量表进行相关性分析。研究发现，在DoC组中，ALPS指数与CPV/TIV呈负相关（r=-0.46，P=0.04），见图2，CRS-R评分与DTI-ALPS指数呈正相关（r=0.43，P=0.04），与CPV/TIV呈负相关（r=-0.64，P=0.01），见图3。

       在进行核磁扫描三个月后，GOSE评分与ALPS指数（r=0.45，P=0.04）呈正相关；与CPV/TIV（r=-0.59，P=0.01）呈负相关，见图4。

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图2  DoC患者ALPS指数与CPV/TIV呈负相关。DoC：创伤后意识障碍；ALPS：沿血管周围间隙；CPV：脉络丛体积；TIV：颅脑总体体积；CPV/TIV：全脑标准化的脉络丛体积。
Fig. 2  Negative correlation between ALPS index and CPV/TIV in DoC patients. DoC: disorders of consciousness; ALPS: along the perivascular space; CPV: choroid plexus volume; TIV: total intracranial volume; CPV/TIV: whole-brain standardized corpus callosum volume.

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图3  DoC患者ALPS指数、全脑标准化的脉络丛体积与意识水平的相关性分析。3A：ALPS指数与CRS-R评分呈正相关；3B：全脑标准化脉络丛体积与CRS-R评分呈负相关。DoC：创伤后意识障碍；ALPS：沿血管周围间隙；CPV：脉络丛体积；TIV：颅脑总体体积；CPV/TIV：全脑标准化的脉络丛体积；CRS-R：昏迷恢复量表-修订版。
Fig. 3  Correlation analyses of ALPS index and CPV/TIV with consciousness levels in DoC patients. 3A: ALPS Index positively correlated with CRS-R scores; 3B: CPV/TIV negatively correlated with CRS-R scores. DoC: disorders of consciousness; ALPS: along the perivascular space; CPV: choroid plexus volume; TIV: total intracranial volume; CPV/TIV: choroid plexus volume/total intracranial volume; CRS-R: coma recovery scale-revised.

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图4  DoC患者ALPS指数、全脑标准化的脉络丛体积与三个月后恢复情况的相关性分析。4A：ALPS指数与GOSE评分呈正相关；4B：全脑标准化脉络丛体积与GOSE评分呈负相关。ALPS：沿血管周围间隙；CPV：脉络丛体积；TIV：颅脑总体体积；CPV/TIV：全脑标准化的脉络丛体积；GOSE：扩展格拉斯哥预后量表。
Fig. 4  Correlation analyses of ALPS index and CPV/TIV with recovery status at 3-month follow-up in DoC patients. 4A: ALPS Index positively correlated with GOSE scores; 4B: CPV/TIV negatively correlated with GOSE scores. DoC: disorders of consciousness; ALPS: along the perivascular space; CPV: choroid plexus volume; TIV: total intracranial volume; CPV/TIV: choroid plexus volume/total intracranial volume; GOSE: Glasgow Outcome Scale-Extended.

3 讨论

       本研究采用DTI-ALPS技术，评估了严重脑损伤后DoC患者大脑类淋巴功能改变，探讨类淋巴功能障碍与意识状态、预后之间的关系。研究发现，DoC患者类淋巴功能受损；在DoC组中，DTI-ALPS指数、CPV/TIV与CRS-R评分、GOSE评分相关，以上研究结果表明，TBI后DoC患者类淋巴功能障碍可能与意识状态及预后情况存在关联，并提示DTI-ALPS指数可能作为评估创伤后意识障碍患者意识状态的无创MRI生物标志物。

3.1 DTI-ALPS与CPV变化提示的类淋巴功能障碍

       本研究中，使用无创的DTI-ALPS方法发现TBI后DoC患者的指数值低于HC组，同时伴有脉络丛体积增大；并且DTI-ALPS指数和CPV都与CRS-R量表相关，推测二者可能影响患者的意识状态。据我们所知，这是首次探索DTI-ALPS指数、CPV与TBI后DoC患者意识状态之间相关性的人体研究，两者都可能反映类淋巴系统的功能。脉络丛是位于脑室内的血管化组织，增大通常是由上皮基底膜增厚、成纤维细胞浸润和缠结蛋白聚集体沉积引起的^[17]，CP主要负责CSF的产生和维持大脑的内部环境，它通过其上皮细胞维持血脑屏障来调节免疫细胞迁移和脑内稳态^[18]。TBI导致血脑屏障的完整性受损，使循环中的细胞因子、兴奋性氨基酸和钙离子等能够进入CSF^[19]。先前研究发现，CPV随年龄增长而增加，但CSF分泌率却下降，提示CPV与其分泌率呈负相关，表明CSF产生能力随着CP的增大而受损。而其上皮损伤与PD、AD等主要神经退行性疾病以及脑积水和卒中等轻微脑损伤疾病的病理生理产生相关^{[20, 21, 22, 23]}。AQP4参与CSF和间质液的运输，其在整个大脑淋巴系统废物清除中起关键作用^[24]。研究发现TBI小鼠的类淋巴清除功能显著下降，表现为脑间质内注射的放射性示踪剂清除能力受损、细胞外tau蛋白聚集增加，以及星形胶质细胞AQP4的极性分布丧失^[25]。这可能是TBI后类淋巴系统功能受损的重要原因。类淋巴系统的功能障碍可能源于脑损伤本身或者因代谢产物堆积而导致流动受阻。此外，TBI会导致颅内压改变^[26]，这种改变与DTI-ALPS指数密切相关^[27]，这也可能是类淋巴功能障碍的原因之一。

3.2 TBI后类淋巴功能受损的潜在机制

       在既往研究中发现TBI的病理机制是一个复杂的多阶段过程，多种病理学和多种蛋白质病共存，涉及原发性损伤和继发性损伤的相互作用^[28]。轴突损伤极为常见，这种损伤可能引发一系列分子机制的变化，促使病理蛋白，如Aβ和过度磷酸化的tau蛋白（hyperphosphorylated tau protein, tau）的形成^[29]，神经丝蛋白（neurofilament, NF）、髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein, MBP）的释放以及因神经递质，如谷氨酸、γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA）的释放、再摄取失衡，导致的神经元兴奋性损伤^{[30, 31]}。除此之外，炎症过程中释放的病理蛋白，如Aβ和tau可能进一步促进炎症反应，形成恶性循环，并进一步释放炎症标志物，如白细胞介素IL-1β、IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子TNF-α^[32]。这些产物可能导致血脑屏障完整性受损、CSF流动的减缓、类淋巴系统功能障碍，促进病理产物堆积，从而加剧白质损伤。因此，类淋巴系统功能障碍可能是多种病理机制共同作用的结果。并且，DTI-ALPS指数和脉络丛体积改变可能是TBI病理生理过程的不同表现形式，共同影响类淋巴功能。

3.3 DTI-ALPS与CPV的协同作用及其在意识障碍中的意义

       本研究发现，TBI后意识障碍患者存在类淋巴功能障碍，且较低的ALPS指数和较高的CPV与较低的CRS-R评分相关。我们推测，这可能与脑创伤破坏血脑屏障、颅内压升高、代谢废物堆积以及CSF生成和流动性改变有关，从而导致CSF分泌异常、循环受阻，进一步影响意识状态。具体来说，TBI导致血脑屏障功能受损，可能使得脑内炎症介质和代谢废物难以清除，进而引发CSF代谢的紊乱。CSF不仅参与废物清除，还在维持脑内稳态方面发挥重要作用。随着CSF生成和流动性的改变，CSF循环受阻，废物清除不畅，可能导致神经细胞功能的进一步衰退，进而影响患者的意识恢复。CSF的流动受阻还可能导致脑内液体的积聚和代谢废物的堆积，增加颅内压，进一步损害脑组织的氧合状态和代谢平衡，从而对意识状态产生负面影响^{[33, 34, 35, 36]}。由于DTI-ALPS指数与CPV之间的相关性，并考虑到DTI-ALPS指数被认为是类淋巴功能的间接标志物，我们推测CP可能作为类淋巴系统的调节剂，反映了类淋巴功能背后的潜在驱动力。先前的MRI研究表明，在其他退行性疾病中，较大的CPV与较低的DTI-ALPS指数、较慢的淋巴清除率相关，并且可能共同影响认知能力^{[23, 37]}。二者之间的相关性提示，它们并非简单的线性关系，而是可能通过协同作用，共同参与TBI后意识障碍的发生与维持。这两种方法的结合增强了研究的深度和可靠性。在未来的研究中可以进一步探讨二者是否在导致创伤后意识障碍中存在协同效应。

       我们的研究还发现了类淋巴功能损伤的严重性与患者三个月后的预后情况存在相关性。我们建议在未来的研究中将DTI-ALPS指数与多模式神经成像技术相结合，为创伤性昏迷后意识恢复提供充分的证据，为临床诊断和治疗提供影像学支持。

3.4 局限性

       本研究存在三点局限性。首先，本研究为横断面研究，虽然提供了TBI后DoC患者在基线的相关影像学数据，但由于病情较重，数据收集困难，导致样本量较小，随访时间较短，且未收集纵向影像学数据，限制了对患者长期神经功能转归和意识恢复轨迹的全面评估。因此，未来应开展更大规模的纵向队列研究，以更好地描述DTI-ALPS指数和CPV随时间的变化，以及它们与意识状态之间及预后的相互关系。其次，本研究通过ROI绘制在侧脑室体水平测量的DTI-ALPS指数，这一方法不能反映整个大脑的淋巴管清除功能，因此，未来的研究应改进类淋巴清除评估方法，考虑更广泛的大脑区域或采用更全面的成像技术。最后，尽管在3个月的随访期间，我们获得了一些关于患者恢复的初步数据，但环境因素、个体差异以及治疗措施等都可能对患者的恢复产生影响。在本研究中，我们未对这些变量进行系统的追踪和控制，未来研究应将这些潜在的干扰变量纳入考量，以提高试验结果的准确性和可靠性。

4 结论

       TBI导致DoC患者的DTI-ALPS指数和脉络丛体积发生改变，这些指标可能作为创伤后DoC患者残存意识的影像生物标志物，帮助我们了解脑损伤及意识障碍的病理生理机制，提供意识恢复的证据，有助于为临床提供诊断及治疗方案。