【综述】肌萎缩侧索硬化患者认知损害的研究进展

一、ALS认知损害的诊断标准及特点

流行病学数据显示，30%~50%的ALS患者合并有不同程度的认知损害和（或）行为障碍，5%~15%的ALS患者则同时满足FTD的诊断标准^{［1, 2, 3］}。合并认知损害的ALS患者预后更差^{［3, 4, 5, 6］}，当校正年龄、性别、起病部位、疾病进展速度、家族史以及受教育程度后，合并FTD使ALS患者的死亡风险增加2.7倍^［3］。此外，认知损害还影响患者的生活质量，降低对无创通气、胃造瘘等医疗决策的依从性，增加照料者的负担^［7］。因此，识别和管理ALS的认知损害，有助于阐释疾病病理生理机制，对提高患者的生活质量和改善预后同样具有重要意义。

为规范ALS认知损害的相关研究，ALS和FTD国际协作组于2007年在加拿大召开研讨会，提出ALS认知与行为障碍的诊断框架。2009年，Strong等^［8］根据会议内容，明确定义了ALS认知和行为障碍的分类与诊断标准：（1）单纯ALS即认知正常的ALS（ALS-cognitive normal，ALScn），经神经心理学测评没有额颞叶功能受损的证据；（2）ALS-FTD，在ALS的基础上同时满足Neary等^［9］或Hodges和Miller^［10］提出的FTD诊断标准；（3）ALS伴认知损害（ALS-cognitive impairment，ALSci），至少两项对执行功能敏感的神经心理学测试结果低于年龄和受教育水平相匹配人群正常值的第5百分位；（4）ALS伴行为损害（ALS-behavioural impairment），不足以诊断FTD，但满足Neary等^［9］或Hodges和Miller^［10］提出的FTD诊断标准中至少2条支持诊断特征；（5）伴运动神经元样病理改变的FTD，诊断为FTD并伴有运动神经元变性的神经病理证据，但不足以诊断ALS；（6）ALS伴痴呆，伴阿尔茨海默病或血管性痴呆或非FTD的其他非典型痴呆的ALS。在诊断共识指导下，ALS认知领域相关研究得到推进，但该诊断共识主要关注执行功能，不能满足对其他认知域的评估。此外，近10年来，ALS的遗传学研究取得重要进展，尤其是随着C9orf72基因突变在ALS与FTD中研究的深入，为ALS-FTD的病理生理机制提供了新的见解。因此，Strong等^［2］在2017年对2009版的标准进行了更新和修订，继续沿用运动神经元病（motor neuron disease，MND）的前3条诊断轴线（即定义MND的不同亚型、合并的认知和行为障碍、其他非运动表现），同时完善了包括执行功能、社会认知、语言和记忆在内的认知域评估，并补充了遗传学研究进展。2017年修订版中ALS的认知和行为损害分类与定义^［2］见表1。为进一步推广应用，建议将评估量表按照复杂程度和应用范围分为3级：1级：用于日常临床；2级：用于临床试验；3级：用于深入研究与定义ALS中额颞叶功能损害的特点及本质。ALS认知损害的认知域及其推荐评估量表和分级^［2］见表2。其中，爱丁堡认知和行为筛查量表（Edinburgh Cognitive and Behavioural Amyotrophic Lateral Sclerosis Screen，ECAS）专门为ALS患者设计，受运动功能障碍影响小，同时适用于上述3级的研究设计，目前已被广泛应用于ALS的评估，并翻译成包括汉语在内的多种语言版本^［11］。需要注意的是，这些认知评估量表设计均来自国外，考虑到国内外患者在社会背景、文化常识和语言等方面的差异，该诊断标准的分类思路具有重要借鉴意义，评估不同认知域的神经心理学量表具有一定参考价值，但仍需大量工作以建立适合中国ALS患者、满足不同层次研究目的的认知评估体系，这也是国内认知研究领域面临的共性问题。

ALS患者认知损害的危险因素也受到广泛关注，发现年龄、性别、受教育程度、起病部位、临床亚型、病程、疾病严重程度、构音障碍、C9orf72基因突变、ALS或FTD的家族史等因素可能与认知损害相关^［12］。但研究结果不完全一致，尤其是延髓起病和性别对ALS认知损害的影响争议较大。有学者发现延髓起病者较肢体起病者更容易发生认知损害^{［3，13, 14］}，而另一些研究结果则提示二者发生认知损害的风险无显著差异^［15］。一项病例对照研究结果提示女性患者发生执行功能障碍的风险是男性患者的2倍（P=0.000 3）^［16］，而有研究却发现男性患者的认知评估更差^［17］，还有研究指出性别不影响ALS的认知功能^［18］。基于这些矛盾的研究结果，我们首次对ALS认知损害的危险因素进行了系统评价和荟萃分析，发现C9orf72基因突变、构音障碍、ALS家族史，以上运动神经元损害为主型ALS和延髓起病都会增加ALS发生认知损害的风险^［12］。该荟萃分析结果解释了部分存在争议的问题，也为未来ALS认知损害的相关研究提供了重要依据。

有横断面研究发现King分期越重的ALS患者的认知表现越差^［19］，认知损害程度与运动损害程度相平行^［20］。而纵向研究结果不完全一致，有研究结果显示部分基线认知功能正常的患者，随访后出现认知损害^［21］；也有学者指出ALS患者的认知功能在病程中保持稳定，无显著改变^［22］。研究设计类型、患者样本量、随访时间、所选择的认知评价工具及认知损害分类标准等方面的差异可能造成了上述研究结果的不一致。因此，根据目前有限的研究，尚不能明确ALS病情加重过程中认知功能的变化规律，有待于进一步研究。

二、ALS认知损害的神经影像学研究

多种成像技术与分析手段已广泛用于阐明ALS-FTD谱系中认知和行为损害的神经影像学特征，其中以MRI技术应用最为广泛。多项基于体素或表面的形态学分析方法的脑灰质研究均发现，ALSci患者较ALScn患者的非运动皮质及皮质下区域萎缩更广且更重^{［23, 24, 25, 26, 27, 28］}，其中以ALS-FTD患者最严重^{［23，26，28］}。双侧额叶、左颞回和右枕回皮质变薄与词语流利性、语言功能、情景记忆和社会认知等认知域损害相关^{［23，25］}；尾状核^{［26，29］}、扣带回^{［25，29］}、杏仁核^{［24，29］}、丘脑^{［24，26，29］}和海马^［26］等皮质下区域体积减小也被发现与ALS患者的神经心理学改变密切相关。弥散张量成像（diffusion tension imaging，DTI）技术可以敏感地反映脑白质纤维的完整性和连通性。其中，各向异性分数（fractional anisotropy，FA）值是重要的定量指标，FA值下降提示白质完整性受损。研究发现伴执行功能障碍的ALS患者的双侧额叶和右侧后扣带回的FA值较ALScn患者显著降低，提示执行功能障碍与额叶白质完整性破坏相关^［30］。ALSci患者较ALScn患者的左侧上纵束、扣带回和胼胝体区域的白质受累更严重^［27］。我国北京协和医院的研究结果亦提示ALS患者的认知损害与其脑白质结构改变相关^［31］。亦有小样本量纵向研究对认知功能正常的ALS患者进行随访，观察到患者非运动区域的灰质和白质结构存在进行性改变^{［32, 33］}，提示患者的大脑结构改变先于认知损害发生。Lulé等^［34］提出基于横断面DTI技术的白质受累分期，该分期与ALS患者的认知功能恶化平行，但仍需进一步研究来验证这一理论。除形态和结构改变外，基于功能研究的功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）技术和正电子发射体层摄影（positron emission tomography，PET）技术进一步揭示了ALS患者认知损害的神经环路与代谢改变。我们前期的静息态fMRI研究发现，相较于ALScn患者，ALSci患者的右侧顶下小叶和右侧小脑局部一致性（regional homogeneity，ReHo）增加，且右侧小脑的ReHo值与认知评分呈负相关，提示小脑可能参与了ALS患者的认知损害过程^［35］。Canosa等^［36］对94例ALScn、37例ALSci和20例ALS-FTD患者进行¹⁸氟-脱氧葡萄糖PET检查，发现ALScn、ALSci和ALS-FTD患者的中额叶和前额叶代谢降低程度依次加重，表现出连续的额叶代谢障碍模式，支持ALS-FTD谱系疾病的观点。

三、ALS认知损害的神经生理学研究

脑电图（electroencephalogram）和经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）的相关研究拓展了我们对ALS认知损害的认识。静息态脑电图研究结果初步展示了ALS患者大脑额叶、颞叶和枕叶的神经电生理改变模式，且观察到其功能连接性改变与认知功能评分相关，提示ALS的认知损害涉及广泛的认知网络中断^［37］。失匹配负波是事件相关电位的组成部分，其来源和波幅分析可用于定位和表征认知网络变化，有望成为早期识别ALS认知损害的生物标志物^{［38, 39］}。既往TMS多用于皮质过度兴奋在ALS发病与进展中的作用及机制研究，近期被创新性地运用于探索皮质兴奋性与认知损害的关系，发现ALSci患者的短间隔皮质内易化值显著高于ALScn患者，即ALSci患者的皮质兴奋性增高更为突出^［40］。该研究认为皮质兴奋性增高可能与病理性TARDNA 结合蛋白 43（TAR DNA-binding protein 43，TDP-43）异常聚集有关^［40］，从而参与认知损害。

四、ALS认知损害的神经病理学研究

TDP-43是一种DNA或RNA结合蛋白，主要分布在细胞核，参与RNA代谢，具有广泛的生理功能^{［41, 42］}。异常聚集和错误定位的病理性TDP-43是ALS-FTD谱系疾病中神经元包涵体的主要成分，存在于超过95%的ALS患者和约45%的FTD患者中^［41］。多项病理学研究结果提示ALS患者认知损害与非运动区TDP-43的聚集程度及其解剖分布密切相关^{［34，43, 44, 45］}。前瞻性临床病理研究发现，生前认知损害最严重的ALS患者，其大脑皮质的多个非运动区中TDP-43负担最严重^［43］；Gregory等^［44］通过研究进一步发现，通过ECAS测试识别出的ALSci患者的非运动区均出现TDP-43阳性包涵体，且不同认知域损害与布罗德曼分区（Brodmann area，BA）中特定脑区的TDP-43病理改变有关，如执行功能障碍与眶额叶皮质（BA11/12）、腹侧前扣带皮质（BA24）、背外侧前额叶皮质（BA46和BA9）和内侧前额叶皮质（BA6）的TDP-43病理改变有关。此外，海马病变^［44］和前额叶皮质突触丢失^［46］等病理改变也被发现参与ALS的认知损害。

上述部分研究同时注意到一类特殊病例，其认知功能正常，但非运动脑区存在显著的TDP-43病理改变^{［43, 44，47］}。Gregory等^［44］将这类患者称为错配病例^{［44，47］}。为解释错配病例中认知功能正常的机制，Gregory等^［44］从簇集素（clusterin，一种伴侣蛋白）防止TDP-43蛋白错误折叠的神经保护作用角度开展研究，发现簇集素的空间表达在错配病例和ALSci患者中不同，前者以在神经元中表达为主，而后者以在胶质细胞中表达为主^［47］。错配病例中的认知保护机制可能涉及簇集素空间表达的差异性，具体结论需更多研究进一步验证。综上所述，尽管根据认知状态可以特异性地预测非运动区的TDP-43病理改变，但敏感度有限，无法有效识别错配病例。因此，在判断患者是否伴有非运动区TDP-43病理改变时，Gregory等^［44］建议使用认知测评结合簇集素检测的方法，以提高敏感度^［47］。

五、ALS认知损害的遗传学

随着全基因组测序和全外显子组测序技术的发展，ALS致病基因及风险基因不断被发现，部分基因同时参与ALS和FTD的发病，为ALS-FTD谱系疾病提供了强有力的遗传学证据^{［48, 49, 50］}。其中，C9orf72基因非编码区的六核苷酸GGGGCC重复序列异常扩增的发现被认为是该领域的重大研究进展^［51］。在欧美人群中，高达40%~72%的家族性ALS、5%~10%的散发性ALS和11.7%~17.8%的家族性FTD与C9orf72基因变异相关^{［48，52］}。但在东亚人群的患者中，C9orf72基因突变频率极低，仅约6%的中国家族性ALS由C9orf72基因变异所致^［53］，亚洲散发性ALS患者C9orf72基因突变频率不足1%^{［53, 54］}。40%~50%的C9orf72基因阳性ALS患者合并认知和（或）行为损害^［48］，甚至在无症状的C9orf72携带者中也发现神经心理学测验异常且伴白质改变和皮质灰质体积减小^［55］。我们前期的荟萃分析结果强烈提示C9orf72基因变异是ALS认知损害的重要危险因素（OR=3.62）^［12］。Nguyen等^［49］对ALS和FTD的相关基因进行系统总结，发现除C9orf72基因外，TBK1、CHCHD10、TUBA4A和CCNF等基因的罕见变异可能通过DNA损伤、蛋白质稳态改变和RNA代谢障碍等机制参与ALS和FTD发病（表3）。

六、总结与展望

综上所述，近年来ALS的认知损害受到临床广泛关注，随着诊断指南的不断完善，其识别要点得到进一步规范和推广，并有望成为临床试验中患者分层的参考。神经影像学、生理学、病理学及遗传学方面的深入研究从多个角度揭示了ALS的认知损害机制，即ALS-FTD谱系疾病的病理生理学基础，对进一步干预疾病具有重要意义。