0 引言

       乳腺癌在全球范围内是严重威胁女性健康的常见恶性肿瘤。我国乳腺癌的发病率呈现逐年增长趋势，且发病人群有年轻化倾向^[1]。化疗通过干扰肿瘤细胞分裂、杀伤肿瘤细胞，可在术前缩小肿瘤、降低手术难度、提高保乳率并减少术后复发，因而成为乳腺癌核心治疗手段之一^{[2, 3]}。乳腺癌患者在接受化疗后可能出现注意力不集中、记忆力衰退及执行能力下降等多维度不同程度的认知功能障碍，影响患者的治疗依从性及生活质量，增加疾病负担^{[4, 5]}。最近一项关于扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）研究化疗后乳腺癌患者的认知功能及大脑结构，结果发现化疗后患者存在包括胼胝体膝部和双侧上纵束等多个脑区的各向异性分数值显著降低，平均扩散率和径向扩散率值增加, 提示乳腺癌化疗可能会引起白质微结构改变^[6]。一项静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）分析发现，乳腺癌患者化疗后，其海马、前额叶及扣带回等脑区的局部神经活动一致性下降，而且扣带回的局部一致性与记忆功能和注意功能减退密切相关^[7]。ACC属于边缘系统，是前额叶的重要组成部分，其功能主要涉及注意、执行控制、情绪调节及自我评价，既往研究表明执行功能等高级认知能力与前额叶皮层高度相关，但具体机制并不完全清楚^{[8, 9, 10]}。为探究化疗对脑功能网络与认知的影响，我们选取ACC为种子点，分析患者与对照组的全脑功能连接（functional connectivity, FC），并结合神经心理学评估进一步分析二者的相关性，以此为阐明化疗相关认知损伤的机制提供新证据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究于2019年2月至2020年12月从陕西省核工业二一五医院肿瘤科纳入符合标准的女性乳腺癌患者26例。乳腺癌患者接受单侧改良根治术后，病理确诊为乳腺浸润性导管癌，随后按规范的EC-T（E：epirubicin，表柔比星；C：cyclophosphamide，环磷酰胺；T：toxophylline，紫杉醇）方案完成了辅助化疗。纳入标准：（1）单侧乳腺癌女性患者；（2）在本院完成手术，手术方式为改良根治术；（3）年龄18~60岁；（4）右利手；（5）受教育年限>5年；（6）未接受内分泌治疗或放疗等其他治疗。排除标准：（1）存在恶病质或远处转移者；（2）不能配合完成磁共振检查；（3）已接受内分泌治疗、放疗等其他治疗；（4）有脑外伤史，或患有神经系统、精神类疾病；（5）因视听说障碍而无法配合完成神经心理学评估。同期招募26名健康女性志愿者作为对照组，其在年龄、受教育年限及闭经状态方面与患者组匹配。纳入标准：（1）年龄18~60岁；（2）右利手；（3）受教育年限>5年；（4）无酗酒史及药物滥用史；（5）无脑外伤及神经精神类疾病史。排除标准：（1）患有幽闭恐惧症或其他MRI扫描禁忌证；（2）存在视听说障碍。本研究严格遵循《赫尔辛基宣言》，并获得陕西省核工业二一五医院医学伦理委员会的批准（批准文号：2019015），所有受试者均签署了知情同意书。

1.2 化疗方案

       术后所有患者均完成了为期八周期的标准EC-T序贯化疗。化疗以21天为一个周期，前四周期联合应用表柔比星（60 mg/m²）与环磷酰胺（600 mg/m²），后四周期则单药使用紫杉醇（100 mg/m²）。

1.3 研究方法

       本研究纳入的26名受试者分别于术后化疗前（T0点）及全部八个化疗周期结束后（T1点），完成了神经心理学量表评估和头颅磁共振采集。对照组在T0点亦接受了相同的评估与扫描。

1.4 认知评估

       本研究采用一系列神经心理学量表评估乳腺癌患者化疗前后及健康对照组的认知功能，具体工具及评估维度如下听觉词语学习测试（Auditory Verbal Learning Test-Huashan, AVLT-H，华西版）：评估记忆功能，包括即时回忆、短时延迟、长时延迟及再认，分别反映不同记忆维度^{[11, 12]}。蒙特利尔认知评估量表（Montreal Cognitive Assessment, MoCA）：整体认知筛查工具，涵盖注意、执行、记忆、语言、抽象、计算及定向力，有助于识别特定认知域缺陷^{[13, 14]}。颜色连线测试（Color Trails Test, CTT）：含CTT-1与CTT-2，分别考察注意力、视觉搜索与执行功能以及认知灵活性、任务切换与抑制控制^{[15, 16]}。数字广度测试（Digit Span Test, DST）：含顺背与倒背，测量短时记忆容量与工作记忆水平，广泛应用于临床心理学和神经心理学领域^{[17, 18]}。

1.5 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采集受试者数据。所有受试者的颅脑磁共振扫描均由同一位经验丰富的高年资主管技师完成。扫描前准备：嘱受试者自然平卧于扫描舱内，用海绵垫固定头颅避免移动，耳内塞入乳胶耳塞降低噪声，保持平静呼吸，闭上双眼但是不入睡，不做刻意思考任何特别的事情。扫描范围：从颅顶到颅底，要求包括全脑。首先进行常规T2WI序列扫描排除颅脑其他病变，如颅脑发育异常，脑软化灶及颅内占位性病变等。接着进行高分辨率T1结构像与静息态功能磁共振扫描。T1结构像采用三维颅脑容积成像序列获取，具体参数：TE为3.3 ms，TR为8.2 ms，FA 15°，FOV 24.0 cm×24.0 cm，重建矩阵128×128，无间隔扫描，层数160层，采集时间为4分11秒。rs-fMRI应用回波平面成像（echo planar imaging, EPI）序列，TR 2000 ms，TE 29 ms，FA 90°，FOV 24.0 cm×24.0 cm，重建矩阵64×64，间隔扫描，层数35层，共扫描185个时间点，扫描时间6分10秒。

1.6 数据预处理

       磁共振数据的预处理通过MATLAB 2022a的DPABI（http://rfmri.org/dpabi）软件完成。具体步骤包括：统一重建和对齐解剖与功能图像；进行颅骨剥离及头动校正，将图像配准至MNI152标准空间；所有标准化图像重采样为3 mm³体素。头动校正中，排除了平移超过3 mm或旋转超过3°的被试。此外，通过0.01~0.08 Hz的带通滤波消除低频漂移和高频噪声，并采用6 mm半高全宽的高斯核对数据进行空间平滑处理。

1.7 功能连接分析

       选择双侧ACC作为种子区（regions of interest, ROI）, 具体操作是用RESTplusv1.24软件（http://www.restfmri.net）从AAL模板中提取出来。然后将上述生成ROI的mask计算出每个被试ROI的时间序列，然后基于Pearson相关法，将种子区的time course与全脑每个体素的time course相关，并将得到的相关系数通过Fisher转换。

1.8 统计分析

       使用基于MATLAB 2022a的DPABI v6.1软件（http://rfmri.org/dpabi）进行磁共振数据处理。对照组与乳腺癌患者化疗前（T0点）的磁共振数据采用两样本t检验进行比较；患者自身化疗前（T0点）与化疗后（T1点）的磁共振数据则采用配对t检验进行分析。使用bspMVIEW 软件（https://github.com/spunt/bspmview）进行结果呈现。从化疗前后存在显著差异的脑区中提取功能连接值，并计算其前后变化的差值（T1点值-T0点值）。神经心理学量表数据通过SPSS 26.0软件进行统计分析。计量资料的正态性通过Shapiro-Wilk检验进行评估。对于符合或近似正态分布的数据采用均数±标准差的形式进行描述。化疗前患者组与对照组间的神经心理学评分比较采用两样本t检验，患者自身化疗前后的评分比较采用配对t检验。将化疗前后差异具有统计学意义的量表评分计算其差值（T1-T0）。随后，将该评分差值与差异脑区功能连接值进行相关性分析，显著性水平设定为P<0.05。

1.9 样本量估算方法

       本研究旨在基于前扣带回功能连接探讨乳腺癌患者化疗相关的认知障碍及脑功能改变。样本量基于配对设计公式进行估算，具体计算公式如下：

       Zα表示Ⅰ类错误界值（双侧检验取1.96），Zβ代表检验效能1-β（取1.28），σ指配对差值的标准差，δ为配对差值的均数。基于预试验结果，得出本研究所需最低样本量为26例。

2 结果

2.1 人口统计学资料结果

       患者组与对照组在基线（T0）的年龄及受教育年限差异无统计学意义（P>0.05），详见表1。

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表1  人口统计学资料结果
Tab. 1  Results of demographic data

2.2 神经心理学量表结果

       患者组与对照组在基线（T0）的神经心理学量表评分差异无统计学意义（P>0.05）。化疗后（T1），患者组的短时与长时延迟回忆以及词语学习得分均较基线降低，CTT-1、CTT-2用时增加差异具有统计学意义（P<0.05）。具体数据见表2。

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表2  患者组化疗前后神经心理学量表评分比较
Tab. 2  Comparison of neuropsychiatric scale scores in the patient group before and after chemotherapy

2.3 功能连接分析

       以ACC为种子点的功能连接分析表明，在基线（T0）时，患者组与对照组的ACC与全脑体素的功能连接差异无统计学意义（P>0.05）。与化疗前（T0）相比，患者组化疗后双侧ACC与左侧中扣带回、左侧额下回及左侧额中回的功能连接显著降低（P<0.001），且未发现功能连接显著增强的脑区。相关结果详见表3与图1。

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图1  ACC与全脑功能连接分析。蓝色区域表示乳腺癌患者化疗后相比于化疗前，与ACC间功能连接降低的脑区域。
Fig. 1  Analysis of ACC and whole brain functional connectivity. The blue area indicates the brain area with decreased functional connection with ACC in patients with breast cancer after chemotherapy compared with that before chemotherapy.

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表3  乳腺癌患者化疗前、后功能连接分析结果
Tab. 3  Results of functional connectivity analysis of breast cancer patients before and after chemotherapy

2.4 相关性分析结果

       采用Pearson相关分析发现，乳腺癌患者化疗前后ACC与左侧中扣带回的功能连接变化值（ΔACC-L Cingulum_Mid）分别与词语学习评分变化值（Δ词语学习）及短时延迟回忆评分变化值（Δ短时延迟回忆）呈显著正相关（P<0.05），结果详见图2。

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图2  ΔACC-Cingulum_Mid_L分别与Δ词语学习、Δ短时延迟回忆的相关性分析散点图。
Fig. 2  Scatter plot of correlation analysis between ΔACC-L Cingulum_Sid and Δ word learning and Δ short-term delayed recall.

3 讨论

       本研究应用基于种子点的功能连接分析和结合神经心理学评估探讨EC-T化疗方案对乳腺癌患者认知功能的影响及其潜在机制。我们选择ACC作为种子点，对接受化疗的乳腺癌患者及健康对照组进行全脑的功能连接分析，并通过一系列神经心理学量表评估认知功能，比较乳腺癌患者化疗前与健康对照者之间以及乳腺癌患者化疗前与化疗后功能连接的变化。结果显示化疗后乳腺癌患者ACC与左侧中扣带回、左侧额下回及左侧额中回的功能连接下降，化疗后乳腺癌患者出现以记忆功能下降为主的认知功能损伤，且ACC与左侧中扣带回的功能连接与认知功能密切相关。

3.1 化疗方案的神经毒性作用

       EC-T方案因疗效确切、适用广泛，是乳腺癌常用化疗方案，但其药物具有神经毒性，可引发注意力下降、记忆减退、思维迟缓、表达障碍等认知损害，影响治疗依从性与生活质量^{[19, 20, 21]}。以表柔比星为代表的蒽环类药物可通过神经炎症、氧化应激、钙稳态失调及血脑屏障损伤等机制造成脑组织损伤，尤以记忆与执行功能减退突出^[22]。研究表明，化疗后患者在听觉词语学习测试中的短时记忆、学习能力及延迟回忆得分均显著下降，提示记忆功能受损与药物神经毒性相关^[23]。

3.2 基于ACC为种子点的功能连接与相关性分析

       ACC是位于扣带回前部、紧邻胼胝体背侧的边缘系统核心结构，通过广泛纤维联络前额叶、岛叶、丘脑及边缘核团，构成认知与情绪调控的关键解剖中枢^[24]。ACC按功能主要分为背侧前扣带与腹侧前扣带两大核心分区，前者负责认知控制、冲突监控、错误检测等执行功能，后者主导情绪加工、动机调节、疼痛情感整合等情感相关功能^[25]。基于种子点的功能连接分析方法，通过提取特定脑区的血氧水平依赖信号时间序列，并将其与全脑其他体素的时间序列进行相关性计算，以揭示该种子点与全脑其他脑区之间的功能协同或耦合关系^{[26, 27]}。在神经科学中有着广泛的应用，某项抑郁症研究以杏仁核为种子点，发现抑郁症患者杏仁核与前额叶皮层等区域之间的功能连接下降^[28]。LUIJENDIJK等^[29]的研究发现，以后扣带回为种子点进行分析时，与健康对照组相比，乳腺癌患者在接受化疗后，其左侧额中回、左侧颞中回、左侧楔叶及右侧额上回与后扣带回的功能连接强度出现下降。然而我们的研究结果呈现化疗半年后乳腺癌患者的ACC功能连接与化疗前相比显著降低，其中变化最明显的区域位于左侧额中回和额下回。额中回是大脑背外侧前额叶皮层的主体部分，是高级认知控制中心。它在工作记忆、执行功能、注意力调控和决策等方面起着重要作用^[30]。既往研究分析化疗后乳腺癌患者ACC与左侧额上回、左侧额中回、左侧颞中回，以及右侧额上回功能连接下降^[31], 这与我们的结果相吻合，提示化疗可能会使大脑功能连接受损。额下回位于大脑额叶的外侧面，是处理语言表达和产出及注意力、工作记忆情绪调节等方面的重要区域^[32]。该脑区功能连接受损可出现记忆下降、理解能力降低等认知能力的下降。

       中扣带主要属于感觉运动网络，同时也与中央执行网络、默认网络等存在一定的功能联系，其在自主神经控制中扮演关键角色，参与调节内脏运动活动，血压，心率变异性或处理热刺激。最近一项研究证实中扣带与负面情绪和疼痛有关，在注意执行功能和对不一致刺激监测认知机制中发挥重要作用^[33]。既往研究已明确化疗后乳腺癌患者左侧中扣带回存在灰质体积/密度降低、低频振幅及局部一致性下降等结构与功能异常，但相关研究多聚焦于扣带回整体或全脑层面分析，存在亚区分辨不足、亚区功能连接细节不明的局限^{[34, 35]}。本研究结果显示，乳腺癌患者在接受化疗后，其前扣带回与左侧中扣带之间的功能连接强度减弱。这一发现提示，化疗方案可能对扣带回皮质网络造成了直接或间接的神经功能影响。

       相关分析显示，前扣带回与左侧中扣带回功能连接强度的降低程度，与患者词语学习及延迟回忆能力的下降呈显著正相关。这表明前扣带回-中扣带回的功能连接减弱可能是其学习记忆功能受损的潜在神经基础。

3.3 局限性

       然而，我们的研究有几个局限性。第一，本研究患者组和对照组的数量有限，未来的研究需要增加患者和对照组的样本量。第二，目前的研究表明化疗可能会改变ACC的功能连接，但它并不能确定这种改变背后的具体病理生理学机制，因此有必要进一步研究化疗对大脑脑区功能连接性的潜在生物学标志物。第三，不同阶段的患者可能会在脑结构功能和认知功能方面存在差异，在今后的研究中我们将纳入各阶段患者进行纵向研究。第四，本研究未对患者进行长期随访，无法明确脑功能异常的动态变化与可逆性，一定程度上限制了研究结论的客观性。

4 结论

       综上所述，本研究选择ACC作为种子点，通过全脑的功能连接分析，结合神经心理学量表，发现接受化疗后乳腺癌患者的前扣带回与大脑多个区域之间的功能连接强度有所下降，出现以记忆功能下降为主的认知功能损伤。ACC与左侧中扣带回的功能连接异常会引起记忆功能下降，为乳腺癌患者化疗相关认知功能损伤的机制探索新的科学依据。