动态磁力共振扫描大脑葡萄糖水平

阿兹海默症是认知障碍症最常见的一种，由于症状与正常衰老有很多相类似，诊断难度甚高。由香港城市大学（香港城大）和约翰．霍普金斯大学（Johns Hopkins University）科研人员联合组成的团队，于磁力共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）的基础上，研发出一种崭新、非侵入性的分子成像方法，可以测量出脑淋巴系统中的葡萄糖水平的动态变化。他们的研究成果或有助于在早期就能诊断出阿兹海默症，以便及早开展治疗。

香港城大生物医学工程学系副教授陈苇恩博士的研究团队与美国、瑞典和香港的科学家，携手完成了这项创新的预临床研究。他们发表了题为〈Altered D-glucose in brain parenchyma and cerebrospinal fluid of early Alzheimer’s disease detected by dynamic glucose enhanced MRI〉的研究论文。

阿兹海默症的蛛丝马迹

陈博士解释说：「识别阿兹海默症的棘手之处，在于人脑的早期异常，例如淀粉样蛋白斑块的出现，都与正常衰老情况相似。直至出现症状才被诊断出患上阿兹海默症的患者，他们的大脑都已经因为斑块沉积而妨碍了认知功能，实际上很大机会已发展至阿兹海默症的中期或晚期。但其实，早在症状出现之前的15或20年，大脑已经发生了病变。」

近期的研究发现，早期阿兹海默症的徵兆之一，是脑淋巴系统（glymphatic system）的废物清除率出现异常。脑淋巴系统是大脑的淋巴系统，就像大脑的排污系统，脑脊髓液（cerebrospinal fluid）会流经名为脑实质（brain parenchyma）的大脑组织，有效地带走大脑中的葡萄糖及蛋白质废物等溶解物。

目前，可以在医院进行正电子放射断层扫描（PET），来评估大脑的葡萄糖摄取和新陈代谢情况。然而，这种需要注射放射性显影剂的成像方式不仅价格昂贵，而且属于入侵性的检查，因而窒碍了其广泛的临床应用。此外，由于显影剂具放射性，患者不能太频繁地进行这种扫描。

陈博士与团队便花上将近两年时间，找寻替代正电子放射断层扫描的更佳办法。他们成功开发出一种基于动态化学交换饱和转移磁力共振成像（Chemical Exchange Saturation Transfer MRI, CEST MRI）的新分子成像方法，可以无创地评估小鼠大脑脑淋巴系统的葡萄糖摄取及清除率。陈博士说：「CEST MRI一向被用来诊断脑肿瘤，这是首度用于评估大脑脑淋巴系统的功能。」

葡萄糖：评估大脑脑淋巴系统功能的示踪剂

研究团队採用香港唯一一部、香港城大独有的3T 磁力共振小动物扫描仪进行实验。研究人员首先向分别为6个月大和16个月大、患有阿兹海默症的基因改造小鼠，以及健康的小鼠注射葡萄糖，然后使用CEST MRI同时测量小鼠脑脊髓液和脑实质中葡萄糖的动态反应过程。

根据他们实验所得的磁力共振结果，患阿兹海默症小鼠的脑脊髓液的葡萄糖清除率，明显低于同龄的健康小鼠，这与之前的神经病理学的研究结果一致。陈博士解释说：「清除率降低的原因，正是由于大脑的脑淋巴系统出现了异常。」

此外，与6个月大的健康小鼠相比，在同龄并患上阿兹海默症小鼠的脑实质中，检测到明显较高的葡萄糖摄取量。而与16个月大的健康小鼠相比，同龄、患阿兹海默症小鼠的脑实质和脑脊髓液中，葡萄糖摄取量均显著比较低。这些结果都与过往使用其他方法的研究发现吻合，也可以作为从正常衰老情况中识别出阿兹海默症的标记。

脑脊髓液和脑实质中葡萄糖摄取和清除率的成像，令研究人员可以评估脑淋巴系统的功能。重要的是，于阿兹海默症的早期，当大脑只是出现轻微神经病变的时候，上述的异常已经可以被检测到。陈博士与研究团队相信这种对脑淋巴系统的非侵入性评估方法，可以作为成像的生物标记，揭示阿兹海默症的早期病理。

「我们的成像方法用葡萄糖作为『示踪剂』，于阿兹海默症的早期，已能灵敏地于分子层面检测到脑淋巴系统功能上独特的改变，从而协助我们将阿兹海默症与正常衰老区分开来。」陈博士进一步说：「此外，葡萄糖既天然又能生物降解，并且在医院中常用，例如病人会接受葡萄糖耐量测试。将葡萄糖用作磁力共振的示踪剂，既无创，又安全。」

成本低兼容易转移技术

陈博士指出，诊所或医院中常用的磁力共振仪可以兼容这种新研发的成像方法，意味著转移到临床应用时成本上较低，技术上也较容易。她续说：「小鼠的大脑体积细小，但我们只是运用3T（低磁场强度）磁力共振仪已经可以识别出牠们脑部脑淋巴系统的变化；人脑体积相比之下大很多，因此，我们预计用这种新的成像方法，会更容易检测到变化。」