海馬影像組學(xué)是阿爾茨海默病早期識(shí)別標(biāo)記
設(shè)計(jì)：張洪源
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近日，中科院自動(dòng)化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心領(lǐng)銜發(fā)展了一套基于海馬影像組學(xué)的阿爾茨海默病早期識(shí)別的研究框架，發(fā)現(xiàn)海馬的影像組學(xué)是一種阿爾茨海默病穩(wěn)定、有效、可泛化的生物標(biāo)記，并有望應(yīng)用于臨床輔助診斷的生物標(biāo)記的個(gè)體化診斷，對(duì)未來(lái)阿爾茨海默病臨床的精準(zhǔn)輔助識(shí)別、高危人群的縱向跟蹤具有重要臨床意義。相應(yīng)的研究方法可推廣至其他神經(jīng)精神疾病的研究。
阿爾茨海默病（Alzheimer Disease, AD），俗稱“老年癡呆癥”，作為一種不可逆的神經(jīng)退行性疾病，是老年人群中最為常見(jiàn)的認(rèn)知障礙疾病。傳統(tǒng)上，大腦海馬區(qū)（hippocampus)）的萎縮被認(rèn)為是與AD相關(guān)的一個(gè)影像學(xué)標(biāo)志物，然而既往關(guān)于AD的影像學(xué)研究大多是基于單中心、小樣本的結(jié)果，標(biāo)記物的泛化性且存在爭(zhēng)議。
為突破AD的早期診斷和療效評(píng)價(jià)所面臨的巨大瓶頸，中科院自動(dòng)化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心牽頭，聯(lián)合中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院、天津環(huán)湖醫(yī)院和山東大學(xué)齊魯醫(yī)院等國(guó)內(nèi)外多家單位共同發(fā)展了一套基于海馬影像組學(xué)的AD早期識(shí)別的研究框架（HR4AD：Hippocampal radiomics for AD）。團(tuán)隊(duì)基于1900余例腦影像樣本，發(fā)現(xiàn)海馬影像組學(xué)可以作為AD的影像學(xué)標(biāo)記，并從標(biāo)記的泛化性、個(gè)體化精準(zhǔn)診斷可行性與生物機(jī)制解析等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
HR4AD研究框架
針對(duì)現(xiàn)有的臨床直接應(yīng)用影像學(xué)標(biāo)記的泛化性能不足這一關(guān)鍵問(wèn)題，腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心瞄準(zhǔn)利用磁共振影像對(duì)AD進(jìn)行輔助早期識(shí)別這一目標(biāo)，收集了6個(gè)中心的AD及輕度認(rèn)知損害（mild cognitive impairment，AD高風(fēng)險(xiǎn)人群）病人的腦影像、臨床與認(rèn)知評(píng)估等數(shù)據(jù)，并利用美國(guó)ADNI數(shù)據(jù)庫(kù)（包括基因組學(xué)、腦影像、臨床認(rèn)知評(píng)估、蛋白沉淀等臨床數(shù)據(jù)）作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)。在多中心、大樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，首次在多中心、大樣本的數(shù)據(jù)中證實(shí)了海馬的影像組學(xué)是AD穩(wěn)定的生物標(biāo)記，在此基礎(chǔ)上探索了影像標(biāo)記與基因風(fēng)險(xiǎn)、認(rèn)知能力、蛋白沉淀等臨床信息的潛在的關(guān)系，并在縱向跟蹤的數(shù)據(jù)中驗(yàn)證了影像學(xué)標(biāo)記可以用來(lái)跟蹤高危人群的病情發(fā)展。
HR4AD研究的主要?jiǎng)?chuàng)新性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1) 多中心融合分析表明AD中存在著顯著可重復(fù)的異常海馬影像組學(xué)特征表達(dá); (2) 獨(dú)立中心交叉驗(yàn)證表明HR4AD可以用于AD的個(gè)體化識(shí)別; (3)基因、生物標(biāo)記和縱向變化刻畫(huà)HR4AD背后的生物學(xué)意義。
綜上，該研究表明海馬的影像組學(xué)是一種AD穩(wěn)定、有效、可泛化、并且有希望應(yīng)用于臨床輔助診斷的生物標(biāo)記的個(gè)體化診斷的生物標(biāo)記，可能對(duì)未來(lái)AD臨床的精準(zhǔn)輔助識(shí)別、高危人群的縱向跟蹤都具有重要的臨床意義。
該研究以“Independent and reproducible hippocampal radiomic biomarkers for multisite Alzheimer’s disease: diagnosis, longitudinal progress and biological basis”為題，近日在線發(fā)表于Science Bulletin。腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心劉勇研究員和中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院的張熙教授擔(dān)任通訊作者，第一作者是劉勇研究員小組的碩士研究生趙坤。
相應(yīng)的研究方法可推廣至其他神經(jīng)精神疾病的研究。團(tuán)隊(duì)已經(jīng)共享了研究中更新后的應(yīng)用程序（https://github.com/YongLiulab）。這也是該團(tuán)隊(duì)繼基于多中心的功能磁共振阿爾茨海默病腦活動(dòng)改變研究（Science Bulletin, 2019,64: 998-1010）之后，在AD的腦影像異常表征上取得的又一重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)后續(xù)的工作將集中在更多獨(dú)立中心、縱向跟蹤的高危人群的驗(yàn)證工作，希望和更多的團(tuán)隊(duì)建立進(jìn)一步的合作。
該研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目和模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題等項(xiàng)目的支持。
注：本文轉(zhuǎn)載于中國(guó)科學(xué)雜志社。
