1. 引言

脊髓小脑共济失调3型是一种神经退行性疾病，其特征是由错误折叠的ataxin-3蛋白积累和聚集引发的进行性共济失调。这种蛋白病导致广泛的神经元丢失——在小脑、新皮层和深部灰质内——由细胞内蛋白毒性、核糖核酸毒性和线粒体功能障碍共同驱动。除了这些细胞内在因素外，细胞外微环境显著加剧了神经退行性变。鉴于有毒代谢废物的积累驱动疾病进展，增强清除机制已成为延缓脊髓小脑共济失调3型患者神经退行性变和减轻残疾的重要策略。

传统的蛋白质降解途径，如自噬和泛素化，长期以来一直是大脑中疾病相关蛋白质清除的研究焦点。脑淋巴系统是近期被定义的一种全脑范围的废物清除系统。该途径受动脉搏动驱动，促进脑脊液（脑脊液）与组织间液（ISF）之间的交换，从而使有毒代谢物能够排入颈淋巴管。脑淋巴功能障碍是病理性蛋白质聚集积累的基础，这是许多突触核蛋白病（如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病）的特征性表现。在其他神经退行性疾病（包括多发性硬化症、肌萎缩侧索硬化症和脑淀粉样血管病）的动物模型中，也观察到了脑淋巴清除功能的改变。尽管脊髓小脑共济失调3型同样以异常蛋白质沉积为特征，但脑淋巴功能障碍对其病情进展的具体贡献程度尚不明确。

越来越多的人体神经影像学研究揭示了在活体人脑中支配类淋巴流动的类似解剖、生理和病理机制。例如，Ringstad及其同事研究了磁共振成像对比剂钆布醇在各种神经系统疾病下的运动。使用11C-匹兹堡化合物B或18F-氟贝他苯的双示踪剂正电子发射断层扫描 (PET) 研究揭示了脑脊液清除改变与β-淀粉样蛋白沉积之间的相关性。然而，此类侵入性技术的使用需要充分的临床理由，因此在临床环境中受到限制。

DTI-ALPS利用常规MRI弥散成像技术来量化血管周围的脑脊液-脑脊液滤过流速，该指标可作为临床可转化的生物标志物，用于无创评估脑淋巴功能。 DTI-ALPS指数可量化侧脑室体部髓质静脉周围血管周围间隙的弥散系数——这些间隙垂直于脑室壁呈左右走向分布，是脑淋巴系统的主要引流路径。DTI-ALPS的有效性通过其与脑淋巴清除率的高度相关性得到证实，后者通过鞘内钆注射MRI进行量化。因此， DTI-ALPS可为评估人脑脑淋巴功能提供有价值的替代指标。

在此研究中，旨在探索 (1) 通过DTI-ALPS评估脊髓小脑共济失调3型患者在病程中（症状前期和显性期）类淋巴功能是否受损，以及 (2) 类淋巴功能、临床残疾以及灰质丢失和白质微结构脱髓鞘的磁共振成像标志物之间的相互关系。假设类淋巴功能损害通过无法清除神经毒性代谢物，从而加速神经退行性变，导致脊髓小脑共济失调3型的临床残疾。

2. 患者与方法

标准方案批准、注册与患者同意

此研究获得了当地伦理委员会的批准，并按照《赫尔辛基宣言》的原则进行。所有受试者均提供了书面知情同意书。此研究的临床试验注册号为ChiCTR1800019901。

参与者与临床评估

在这项前瞻性研究中，样本于2017年至2023年间从陆军医科大学第一附属医院获得。纳入标准为：(1) 年龄超过18岁；(2) 右利手；(3) 无磁共振成像禁忌症。排除标准为：(1) 物质滥用史；(2) 可能影响类淋巴流动动力学的神经系统疾病或精神疾病史；(3) 显著的潜在内科合并症史，特别是主要的心血管或呼吸系统疾病。脊髓小脑共济失调3型的诊断通过基因检测确认。收集了年龄、性别、发病时间和病程的数据作为临床变量。使用共济失调评估与评定量表评估共济失调的严重程度。当共济失调评估与评定量表评分<3时，受试者被定义为非共济失调突变携带者。

磁共振成像扫描

所有磁共振成像数据均在临床评估同一天获得。磁共振成像扫描在配备标准西门子8通道头部线圈的西门子（德国，埃朗根）3T Trio TIM磁共振成像系统上进行。所有受试者都被指示闭上眼睛、放松、什么都不想、避免睡着（所有参与者在扫描后立即确认）。

扫描方案包括3D T1加权和T2加权（液体衰减反转恢复）解剖像、弥散和静息态功能磁共振图像。T1加权结构成像使用3D磁化准备快速采集梯度回波序列进行，参数如下：重复时间 = 1900毫秒，回波时间 = 2.52毫秒，翻转角 = 9°，层厚 = 1毫米，视野 = 256 × 256毫米，矩阵 = 256 × 256，体素大小 = 1 × 1 × 1毫米，176层，无间隔。

弥散成像采集使用回波平面成像序列进行，参数如下：重复时间 = 8000毫秒，回波时间 = 80.8毫秒，矩阵 = 128 × 128，体素大小 = 2 × 2 × 2毫米，层厚 = 2毫米，无层间隔，b值 = 0和1000秒/平方毫米，64个方向，共67层。

此研究还进行了T2加权序列以排除无关的既往神经系统、内科或精神障碍。所有程序均由两位经验丰富的放射科医生评估。

结构脑参数

使用FreeSurfer软件包处理和分析高分辨率T1加权图像。图像处理步骤如下：(1) 运动校正；(2) 去颅骨；(3) 自动Talairach变换；(4) 灰质/白质分割；(5) 大脑、小脑和皮层下结构分割。获得每位参与者的颅内总体积以及大脑和小脑灰质体积。通过求和丘脑、尾状核、壳核、苍白球、杏仁核和伏隔核的体积来估计皮层下体积。所有分割扫描均根据标准程序进行视觉检查。

弥散预处理

使用FSL软件对弥散加权成像数据进行预处理。数据预处理步骤包括 (1) b0图像提取；(2) 去颅骨；(3) 涡流和头部运动校正。使用体素水平的“dtifit”函数计算各向异性分数和平均弥散率(MD) 。随后，通过对全脑3D骨架的所有体素进行平均来获得全局平均各向异性分数和平均弥散率值，以评估微结构完整性。

DTI-ALPS指数

DTI-ALPS指数用于评估参与者的类淋巴系统功能。将每位参与者的各向异性分数图首先线性然后非线性地配准到ICBM-DTI-81的高分辨率各向异性分数的模板上。视觉检查确认了所有影像数据集的成功配准。对于感兴趣区的放置，选择每位参与者形变程度最小的彩色各向异性分数图。根据先前研究描述的方法，在左右半球的侧脑室体部水平的投射纤维和联络纤维区域手动放置四个直径为5毫米的球形感兴趣区。尽管存在固有的主观性，但手动放置感兴趣区进行DTI-ALPS仍然是金标准。尽管基于图谱的方法有助于自动化，但它们对于个体神经解剖学变异——尤其是在神经退行性和脱髓鞘病变中——存在局限性，因为这些病变中ALPS特异性白质纤维束的精确定位至关重要。此过程由一名具备董事会认证的放射科医师独立执行，该医师对所有参与者的人口统计学和临床信息不知情。感兴趣区放置的准确性通过视觉确认。在投射区，皮质离体放射冠呈颅尾方向（即图像坐标中的z轴）走行，垂直于x轴和y轴。在联络区，上纵束呈前后方向（即图像坐标中的y轴）走行，垂直于x轴和z轴。计算这些感兴趣区沿x轴（左-右；Dxx）、y轴（前-后；Dyy）和z轴（下-上；Dzz）方向的弥散率。DTI-ALPS指数定义如下：

计算左右DTI-ALPS指数的平均值作为平均DTI-ALPS指数。较高的DTI-ALPS指数表示更好的类淋巴功能。

DTI-ALPS指数计算的可重复性

为了评估DTI-ALPS指数的可重复性，进行了组内相关系数(ICC)分析以评估观察者内信度。同一评分者在2个月的间隔后重复对相同受试者进行感兴趣区勾画，以评估评分者内一致性。ICC值分别为0.00–0.20、0.21–0.40、0.41–0.60、0.61–0.80和0.81–1.00，分别表示一致性较差、一般、中等、显著以及优秀至完美。

统计分析

对数据进行了正态性检验：样本量小于50时使用Shapiro-Wilk检验，样本量大于等于50时使用Kolmogorov-Smirnov检验。连续变量分别以均值±标准差（正态分布）或中位数[范围]（非正态分布）表示。采用双样本t检验、Mann-Whitney U检验或χ²检验来比较脊髓小脑共济失调3型患者与健康对照的特征。

采用校正年龄、性别和颅内总体积的单变量广义线性模型来比较DTI-ALPS指数、脑体积测量值、各向异性分数和平均弥散率。采用Pearson相关和偏Spearman相关来评估整个脊髓小脑共济失调3型谱系（症状前期和显性期）中DTI-ALPS与病程、共济失调评估与评定量表、CAG重复数、大脑和小脑灰质体积、皮层下体积、全脑平均各向异性分数和平均弥散率的关联。值得注意的是，相关分析仅针对有可用数据的患者进行（表1）。

为进一步探究病程与DTI-ALPS之间的关联，此研究在临床前及显性脊髓小脑共济失调3型组合并数据中采用了剪枝精确线性时间（PELT）算法。这种基于动态规划的方法能够识别DTI-ALPS统计特性发生急剧变化的节点，从而精准表征其时间动态特征。为应对病程数据非正态、重尾分布的特点，此研究选用L1范数损失函数（cost_func=“11”）以确保统计稳健性。该方法通过使用分段中位数来稳健估计集中趋势，从而最大限度降低极端临床异常值的影响。采用贝叶斯信息准则确定最优变化点数量，并分别对变化点前后各分段的数据进行DTI-Alps指数与病程的皮尔逊相关系数比较，以验证研究结果。

在每次分析中，应用Benjamini-Hochberg FDR校正来考虑所测试的成对比较或相关性的总数。统计显著性设定为 P < 0.05。显示了FDR校正后的P值。使用SPSS 28.0、GraphPad Prism 9.0和Python 3.10进行计算。

在脑海科技云平台中，内置了DTI-ALPS分析，支持用户批量处理数据，并确保每一步参数设置都有据可查。此外，平台的项目管理模块可清晰记录数据筛选标准、排除被试原因、分析版本等信息，极大提升了研究的透明度和可复现性。感兴趣可联系咨询以及预约产品演示。

3. 结果

人口统计学和临床特征

共纳入101名经基因确诊的脊髓小脑共济失调3型患者，包括14名症状前期脊髓小脑共济失调3型患者和87名连续的显性期脊髓小脑共济失调3型患者。此外，纳入了98名年龄和性别匹配的健康对照。所有健康对照在入组前均接受临床和磁共振成像评估以确认没有神经系统或精神疾病。在显性期脊髓小脑共济失调3型参与者中，有9名因磁共振成像扫描不完整(n =5)、数据采集错误(n =2)、睡眠(n =1)和合并癫痫而被排除(n =1)。92名脊髓小脑共济失调3型参与者和98名健康对照的数据被保留用于分析。

DTI-ALPS指数的可重复性

所有健康对照和脊髓小脑共济失调3型参与者的DTI-ALPS的评分者内组内相关系数为0.91。具体而言，健康对照的DTI-ALPS值为0.91，而同一评分者对脊髓小脑共济失调3型患者的重复测量值为0.90。所有评分者内信度的ICC均超过0.81，表明具有极好的一致性。

DTI-ALPS指数和磁共振成像测量值的组间差异

校正年龄、性别和颅内总体积后，健康对照组与脊髓小脑共济失调3型组之间的DTI-ALPS存在差异。与健康对照相比，脊髓小脑共济失调3型患者的DTI-ALPS指数较低（P < 0.0001）。症状前期脊髓小脑共济失调3型组（1.58 ± 0.06）和显性期脊髓小脑共济失调3型组（1.54 ± 0.07）均表现出比健康对照（1.64 ± 0.09；分别为P = 0.0011和P < 0.0001）更低的DTI-ALPS指数。与症状前期脊髓小脑共济失调3型组相比，显性期脊髓小脑共济失调3型组表现出更低的DTI-ALPS（P = 0.048）。DTI-ALPS指数在健康对照中最高，在显性期脊髓小脑共济失调3型中最低，症状前期脊髓小脑共济失调3型显示中间值（图1B）。

与健康对照相比，脊髓小脑共济失调3型组的大脑（P = 0.003）、小脑（P = 0.0004）和皮层下灰质体积（P < 0.0001）更低；平均各向异性分数更低（P < 0.0001）；平均弥散率更高（P < 0.0001）。与健康对照相比，症状前期脊髓小脑共济失调3型组的皮层下体积更低（P = 0.0019），平均各向异性分数更低（P = 0.0032），平均弥散率更高（P = 0.005）。与健康对照相比，显性期脊髓小脑共济失调3型组的大脑灰质（P = 0.0013）、小脑灰质（P < 0.0001）和皮层下体积（P < 0.0001）更低；平均各向异性分数更低（P < 0.0001）；平均弥散率更高（P < 0.0001）。健康对照与症状前期脊髓小脑共济失调3型之间的大脑（P = 0.2482）和小脑灰质（P = 0.4237）体积无显著差异（表2）。

脊髓小脑共济失调3型中的DTI-ALPS指数与临床及磁共振成像参数

正态性检验显示，病程、共济失调评估与评定量表、大脑灰质体积、皮层下体积、各向异性分数和平均弥散率均为非正态分布（表S1和图S1）。因此，使用偏Spearman相关系数(p)来评估这些变量，而使用皮尔逊相关系数(r)来评估CAG重复数和小脑灰质体积。

在脊髓小脑共济失调3型参与者中，多项磁共振成像测量值和临床参数与DTI-ALPS指数显著相关。较低的DTI-ALPS指数与较高的共济失调评估与评定量表评分（ρ = -0.37，P < 0.001）、较长的病程（ρ = -0.28，P = 0.007）、较长的CAG重复数（r = -0.22，P = 0.036）以及较低的大脑灰质（ρ = 0.34，P < 0.001）、小脑灰质（r = 0.23，P = 0.025）和皮层下体积（ρ = 0.35，P < 0.001），以及较低的各向异性分数（ρ = 0.24，P = 0.021）和较高的平均弥散率（ρ = -0.24，P = 0.019）相关（图2）。

在PELT分析中，在第3年标记处观察到统计学上的显著变化。在最初的3年期间（变化点前），未观察到DTI-ALPS指数与病程之间的显著相关性（r = -0.138；P = 0.459）。相比之下，在随后的时期（变化点后）出现了负相关，较低的DTI-ALPS指数与较长的病程显著相关（r = -0.331；P = 0.009）（图3）。

4. 讨论

据此研究所知，这是第一项使用基于无创磁共振成像的评估来研究整个疾病谱系中大量脊髓小脑共济失调3型患者体内类淋巴功能的研究。在脊髓小脑共济失调3型患者中观察到的较低DTI-ALPS指数表明类淋巴系统受损。值得注意的是，类淋巴功能障碍甚至在脊髓小脑共济失调3型的症状前期阶段就已明显，并在发病3年后恶化。此外，较低的DTI-ALPS指数与更严重的临床残疾以及灰质萎缩和白质微结构损害相关。

在脊髓小脑共济失调3型患者症状出现前观察到的类淋巴功能降低，提供了进一步的证据表明类淋巴功能障碍是神经退行性疾病的早期特征。此研究的发现与其他多聚谷氨酰胺障碍研究中报告的结果一致，在这些研究中，类淋巴功能在症状前期阶段已显著受损。类淋巴系统损害在早期发生，甚至在轻度认知障碍阶段就已出现。早期疾病阶段的转基因脊髓小脑共济失调3型小鼠表现出显著增加的血管外纤维蛋白原沉积，这提示新生的血脑屏障损害。此研究将这些发现扩展到症状出现前的时期。观察到的DTI-ALPS与CAG重复数之间的关联确立了ATXN3聚集与脊髓小脑共济失调3型发病机制中废物清除系统功能障碍之间的直接关联。

显性期脊髓小脑共济失调3型患者的DTI-ALPS指数显著低于症状前期患者，这支持了类淋巴功能障碍随疾病严重程度而恶化的观点。另一项神经影像学研究表明，脊髓小脑共济失调3型患者中更大的血管周围间隙负担与更严重的运动功能障碍相关，这被解释为反映了大脑废物清除系统受损。在亨廷顿病患者中也观察到了类似的模式，表明类淋巴系统的损害与疾病负担相关。这一观察结果也得到了DTI-ALPS与病程和共济失调评估与评定量表评分显著关联的发现的支持。

具体而言，类淋巴功能似乎在发病3年后恶化。这种非线性动态可能反映了脊髓小脑共济失调3型中的生物学阈值效应，其中类淋巴功能障碍在疾病早期逐渐进展，可能由短暂性代偿机制维持。然而，一旦病理负担在大约3年时超过临界点，DTI-ALPS就会迅速下降。因此，在整个队列中观察到的DTI-ALPS与病程之间的总体显著相关性可能在统计学上由3年后的快速下降驱动。这强调了进行纵向研究以进一步验证这些阶段特异性动态的必要性。

在脊髓小脑共济失调3型中，类淋巴功能可能通过多种途径受到影响，例如睡眠障碍、运动减少和自主神经功能障碍。(1) 睡眠期间皮层间质空间增加超过60%，导致β淀粉样蛋白和其他化合物的有效对流清除。相反，小鼠的睡眠剥夺导致各种脑脊液代谢物清除显著减少。在所有脊髓小脑共济失调亚型中，脊髓小脑共济失调3型在疾病演变过程中与睡眠障碍最为相关。这种合并症可能与废物清除不完全有关。(2) 与久坐行为相比，自主运动增强了年轻、自由行为、清醒小鼠大脑中的类淋巴活动。在脊髓小脑共济失调3型患者中，步态、平衡和姿势控制障碍非常普遍，并且是功能上致残的表现。此外，慢性疼痛、肌肉痉挛、疲劳和肌张力障碍可能显著损害运动能力。(3) 自主神经功能障碍是脊髓小脑共济失调3型的另一个突出临床表现。脊髓小脑共济失调3型患者表现出静息心率变异性降低、RR间期缩短和直立性低血压。因此，脊髓小脑共济失调3型患者心输出量降低与脑淋巴流量减少相关并不令人意外：由于心率加快导致射血量减少，会降低脑动脉的搏动性，进而削弱脑淋巴流量不足的驱动力。

类淋巴功能障碍可能通过神经元损伤的累积效应驱动临床残疾，包括细胞丢失和突触损害。此研究的结果表明，类淋巴功能障碍与皮层和皮层下萎缩相关，在结构性神经退行性变和液体清除损害之间建立了强联系。尽管脊髓小脑共济失调3型的特征主要是突变型ATXN3在小脑内的进行性积累，但推测灰质萎缩不仅仅是基因突变的直接后果，而且由“清除失败”显著加剧。具体而言，受损的清除阻碍了ATXN3和代谢废物的移除，这可能阻塞血管周围通路。这种阻塞，连同脑实质体积的丧失，进一步减少了类淋巴流动所必需的血管搏动性。由此产生的血流动力学紊乱可能触发蛋白病和神经退行性变的恶性循环。这些发现与阿尔茨海默病中新出现的证据一致，其中类淋巴功能障碍先于或与结构丢失平行。因此，类淋巴损害可能代表了驱动脊髓小脑共济失调3型灰质病理的关键机制。

局部DTI-ALPS指数与全脑各向异性分数和平均弥散率之间的强相关性表明，在脊髓小脑共济失调3型中，类淋巴功能障碍和全局白质微结构损害是相互关联的过程。白质束作为间质液整体流动的低阻力通道。类淋巴功能障碍可能通过营造促炎环境而成为白质病理的基础。在脊髓小脑共济失调3型模型中，小脑白质的星形胶质细胞增生与Serpina3n过表达相关，提示炎症的参与。此外，星形胶质细胞可能将白质流体动力学从各向异性转变为各向同性，阻碍定向流动并导致液体停滞。因果关系应在进一步的纵向研究中得到证明。

尽管此研究将DTI-ALPS指数与白质损害联系起来，但应谨慎解读结果。DTI-ALPS方法基于投射纤维和联络纤维与侧脑室体部髓动脉和静脉之间的正交几何关系。ALPS感兴趣区可能受到连合纤维存在的影响，其空间方向与感兴趣区内血管周围空间的方向平行。因此，ALPS指数不仅应受血管周围方向的影响，还应受周围白质结构的影响，而周围白质结构在脊髓小脑共济失调3型中受到影响。尽管DTI-ALPS不应被解释为血管周围空间功能的高度特异性标志物，但它仍然提供了对组织水平流体动力学的间接见解。

此研究有几个局限性。首先，考虑到此研究的回顾性，尚不清楚类淋巴功能障碍是神经元损害的结果还是原因，抑或与神经元损害同时发生。需要未来的纵向研究来探索类淋巴系统的动态异常及其与疾病进展的关联。其次，尽管使用ALPS指数来评估类淋巴系统采用了无创方法，但它不能完全评估全脑类淋巴功能。多模态影像方法可能提供更全面和有效的人体类淋巴功能评估。第三，症状前期脊髓小脑共济失调3型的中等样本量可能限制了统计功效，结果需要在更大的队列中得到验证。最后，为了临床同质性，只纳入了右利手参与者。作为大脑不对称性最特征化的标志，利手性显著影响皮层形态和白质微结构组织。然而，纳入右利手参与者可能限制了此研究结果的普适性。

5.结论

总之，类淋巴系统功能在症状出现前就已受损，并随病程持续下降。此外，类淋巴损害与临床残疾、灰质神经元死亡和白质微结构损害相关。总之，这些发现表明，整个脊髓小脑共济失调3型疾病轨迹中脑废物清除的恶化，在神经退行性变和脱髓鞘方面促成了脊髓小脑共济失调3型的病理。绘制类淋巴系统的时间动态图谱并识别其生物学底物，可以提供新的预后和诊断替代指标，并揭示应对神经功能衰退的新治疗策略。

解读：脑海科技

参考文献：

Guo, J., Xie, J., Fan, Y., Biswal, B. B., Liu, X., Wang, X., Sheng, W., Chen, W., Chen, H., Wang, J., Huang, W., & Liu, C. (2026). Glymphatic Dysfunction, Brain Damage, and Clinical Disability in Spinocerebellar Ataxia Type 3. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society, 10.1002/mds.70311. Advance online publication. https://doi.org/10.1002/mds.70311