JNNP:神经轴突定向离散度与密度成像揭示了儿童多发性硬化正常白质的早期变化

儿童多发性硬化症（pedMS）的大脑受到高度膨胀和轴突变性的影响。扩散张量成像揭示了pedMS正常白质（NAWM）的结构变化，进一步强调MRI可见白质（WM）病变不能反映MS组织损伤的全部程度。了解pedMS早期脑病理的复杂性有助于更好地描述MS炎症和神经退行性变之间的关系。神经轴突定向弥散和密度成像（NODDI）是一种扩散MRI的多室模型，是一种临床上可行的方法，可以更好地在活体内捕捉大脑微观结构的复杂性。具体而言，NODDI提供了定量测量方法，包括被视为衡量神经轴突的神经轴突密度指数（NDI），轴突和树突）体积和方向分散指数（ODI），反映轴突方向的变异性。在本研究中，应用NODDI研究了pedMS早期微结构损伤的存在，并与一组匹配的健康对照组（HC）进行了比较，研究其与身体残疾和WM病变体积（LV）的相关性。

19例复发pedMS患者。8名患者未接受治疗；其余患者均接受纳他珠单抗稳定治疗。12例HC，按年龄和性别平衡，既往无神经功能障碍病史，神经功能检查正常，也进行了评估。所有受试者在1小时内接受详细的神经学评估，包括扩展残疾状态量表（EDSS）评分和核磁共振扫描。在3T全脑MRI扫描中获得以下序列：矢状位三维（3D）T1加权turbo场回波；矢状位三维流体衰减反转恢复（FLAIR）。为了使用NODDI模型研究微观结构异常。T2高信号病变由两名医生通过手动分割（ITKSNAP）的FLAIR扫描一致确定。在预处理的扩散图像上对NODDI（NDI和ODI）图进行量化。进行感兴趣区域分析，以研究胼胝体（CC）、丘脑后辐射（PTR）（包括视辐射）、小脑脚（CP）和皮质脊髓束（CST）的组间差异和组织特异性微结构损伤。

采集图像、处理和主要结果的概述

不同NODDI指标的中位值，然后从患者的NAWM和HC-WM中提取上述各段，以及各段特异性LV。年龄和性别的差异采用两样本t检验和χ2检验进行评估。采用非参数多变量方差分析，包括年龄和性别作为协变量，比较HC和pedMS在不同脑区NAWM的NODDI测量值。PedMS和HC在年龄和性别上没有差异（p=0.1） p=0.2）。与HC相比，pedMS在CC中的NDI值显著降低（p=0.029；p=0.175校正）和PTR（p=0.001；p=0.011（校正）。在CC-NAWM中，较低的NDI和较高的ODI值与较高的CC-WM LV（r=−0.585，p=0.008 r=0.440，p=0.047）。高CST-NAWM-ODI和PTR-NAWM-ODI与高CST和PTR-WM-LV相关（r=0.564，p=0.011；EDSS评分与所研究的NODDI指标之间没有相关性（p在0.09到0.96之间）。

在pedMS队列中，观察到MS相关的病理学对所谓的NAWM中的组织完整性有显著影响。与DTI相比，NODDI的一个主要优势在于它能够分离轴突/树突密度和纤维方向对微观变化的贡献。研究区域内NDI（即轴突完整性丧失）的降低似乎表明，这种指标能够在MS早期检测轴突损伤。因此，NODDI可以更好地确定脑组织损伤的神经生物学基础，并可能确定pedMS中年龄预期发育的失败。NAWM ODI与WM LV束内呈正相关，反映了NAWM束内早期纤维紊乱的存在。NAWM中的轴突损伤主要与病灶中横断的轴突变性有关，在CST和CP中，NODDI指标与WM LV之间缺乏相关性进一步证实了这一点，在CST和CP中，发现了较低的束内WM LVs。

NDI和EDSS评分之间缺乏相关性是意料之中的，这可能表明在MS的早期阶段，残疾主要是由炎症和脱髓鞘引起的。炎症诱导的神经退行性变预计会在疾病后期导致身体和认知功能障碍的累积，进一步指出早期高效的抗炎治疗以限制神经退行性变的必要性。总之，NODDI揭示了pedMS的NAWM中显著的微结构变化，并进一步提供了体内证据，支持炎症引发的神经退行性变自疾病的生物学发病以来影响MS大脑的假设。