本文为华中科技大学同济医学院同济医院放射科朱文珍教授和神经内科朱遂强教授团队发表于Journal of Neuroradiology 的工作，题为“The asymmetry of glymphatic system dysfunction in patients with temporal lobe epilepsy: A DTI-ALPS study”。DOI：10.1016/j.neurad.2023.05.009。

Abstract

Background and purpose: 尽管已有研究观察到颞叶癫痫（TLE）患者存在类淋巴系统功能障碍，但该系统在TLE中是否存在潜在的不对称性尚未得到探讨。本研究旨在通过沿血管周围间隙扩散张量成像分析（DTI-ALPS）方法，探究TLE患者双侧半球的类淋巴系统功能，并分析其不对称特征。

Materials and methods: 本研究纳入43例TLE患者（左侧TLE（LTLE）20例，右侧TLE（RTLE）23例）及39例健康对照者（HC）。分别计算左、右半球的DTI-ALPS指数（左ALPS指数、右ALPS指数），并通过不对称指数（AI = （右−左）/［（右+左）/2］）评估不对称模式。采用独立样本t检验、配对样本t检验或单因素方差分析（Bonferroni校正）比较各组间ALPS指数及AI的差异。

Results: RTLE患者的左ALPS指数（p = 0.040）与右ALPS指数（p = 0.001）均显著降低，而LTLE患者仅左ALPS指数降低（p = 0.005）。与对侧相比，TLE患者（p = 0.008）及RTLE患者（p = 0.009）的同侧ALPS指数显著下降。健康对照组（p = 0.045）与RTLE患者（p = 0.009）均呈现类淋巴系统左侧优势不对称模式。与RTLE患者相比，LTLE患者的不对称特征减弱（p = 0.029）。

Conclusion: TLE患者的ALPS指数发生改变，可能与类淋巴系统功能障碍有关。同侧半球的ALPS指数改变较对侧更为显著。此外，LTLE与RTLE患者呈现不同的类淋巴系统变化模式。研究还发现，正常成年大脑及RTLE患者的类淋巴系统功能均存在不对称性。

Introduction

类淋巴系统在中枢神经间质废物清除中发挥重要作用。位于上矢状窦及皮层静脉周围的脑膜淋巴管被认为参与该过程。类淋巴系统功能障碍与包括癫痫在内的多种神经系统疾病存在关联。尽管癫痫与淋巴系统间的因果关系尚未明确，但研究提示类淋巴系统功能异常可能在癫痫发生中起作用。例如，癫痫发作活动导致的脑血管损伤可能改变间质液(ISF)流动——这是类淋巴系统的核心组成部分。此外，既往研究表明迷走神经刺激疗法可能通过改变脑内间质液-脑脊液(ISF-CSF)交换机制发挥抗癫痫作用。多项影像学研究证实了类淋巴系统在癫痫中的作用。刘等人通过脑切片成像发现小鼠癫痫持续状态后类淋巴功能受损。单纯性热性惊厥及癫痫患儿的血管周围间隙数量增加与容积扩大也提示类淋巴系统功能障碍。颞叶癫痫(TLE)作为成人最常见的药物难治性局灶性癫痫类型，其病理生理机制尚未完全阐明。研究TLE患者的类淋巴系统功能将有助于深入理解相关机制。

沿血管周围间隙扩散张量成像分析(DTI-ALPS)是一种新型无创评估方法，具有极高可重复性，已被用于检测类淋巴系统活动。该方法通过扩散张量测量计算水分子在血管周围间隙(PVS)方向的运动扩散率，其无创特性使其适用于广泛的临床应用。现有研究已采用DTI-ALPS方法评估多种疾病中的类淋巴系统功能障碍。在癫痫患者中，ALPS指数可有效评估类淋巴功能。与健康对照(HC)相比，DTI-ALPS方法揭示癫痫持续状态患者、青少年肌阵挛癫痫患者以及伴海马硬化的TLE患者均存在类淋巴系统损伤。值得注意的是，这些癫痫群体的DTI-ALPS指数与年龄呈负相关。因此，DTI-ALPS方法可用于评估癫痫患者的类淋巴系统功能。

然而,既有研究未充分考虑人脑结构与功能偏侧性的影响。原始DTI-ALPS报告仅测量优势半球指数，而Taoka的研究发现左右半球ALPS指数存在差异，虽然这种差异的机制尚未完全阐明。在类淋巴功能中起关键作用的PVS，在癫痫患者中呈现不对称分布。TLE患者致病灶同侧半球更常观察到扩大的PVS(EPVS)。创伤后癫痫及卒中后癫痫患者中也观察到EPVS不对称分布现象。这表明健康人脑与癫痫患者的类淋巴系统都可能存在偏侧性特征。此外，多项研究报道左、右侧颞叶癫痫患者存在不同程度的大尺度脑网络功能障碍、海马亚区体积萎缩模式差异及功能连接不对称性。可见LTLE与RTLE具有不同的癫痫发生病理生理机制。尽管TLE患者存在类淋巴系统功能损伤，但其左右半球类淋巴功能改变特征及系统不对称性尚不明确。

Materials and methods

Participants

本研究共纳入56名根据国际抗癫痫联盟分类与术语委员会标准确诊为TLE的患者。随后，依据临床表现、视频脑电图（v-EEG）、神经影像学结果和/或正电子发射断层扫描，将患者分为左侧颞叶癫痫（LTLE）或右侧颞叶癫痫（RTLE）组。排除标准包括：癫痫症状学、v-EEG与神经影像学结果不符；磁共振成像（MRI）显示除海马硬化外的其他病变；以及其他神经系统疾病。本研究中，有5名患者因v-EEG与神经影像学结果不匹配被排除，7名患者因MRI显示非海马硬化性病变被排除（其中1例为胚胎发育不良性神经上皮肿瘤，1例为海绵状血管瘤，3例为既往脑外伤导致的胶质增生软化灶，2例为皮质发育畸形），另有1名患者因MRI采集过程中头动过多被排除。最终共有43名患者（LTLE组20例，RTLE组23例）纳入最终分析，同时收集了这些患者的癫痫发病年龄和病程。此外，研究从当地社区招募了39名年龄与性别相匹配的健康成年人作为HC。所有健康个体MRI检查均无异常发现，且无神经系统或精神疾病既往史（Supplemental Fig. 1）。参与者在纳入研究前均根据《赫尔辛基宣言》要求签署书面知情同意书。本研究已获华中科技大学同济医学院附属同济医院伦理委员会批准。

Supplemental Fig. 1 

Image acquisition

A 3.0-T MR scanner with a 32-channel head coil was used in the acquisition of MR images (Discovery MR750; GE Healthcare, Milwaukee, Wisconsin). Participants were cushioned with flexible foam to limit head motions. All participants underwent the standard structural brain scans, including axial T1WI, T2WI and T2FLAIR to exclude possible lesions as specified in the exclusion criteria. Additionally, a sagittal three-dimensional T1-weighted-imaging brain volume (3DT1BRAVO) (TR/TE/TI 8.2/3.2/450 ms, flip angle 12°, slice thickness 1 mm, sagittal slices 166, matrix size 256 × 256 × 160, FOV 25.6 × 25.6 cm², and NEX = 1) and an oblique coronal T2FLAIR perpendicular to the long axis of the hippocampus were also acquired for better hippocampus and temporal lobe visualization. The scanning parameters for obtaining DTI data in the axial plane were: TR/TE 8500/66.3 ms, FOV 25.6 × 25.6 cm², matrix size 128 × 128, slice thickness 2 mm, number of slices 70, number of diffusion gradient directions 64, b = 0 and 1000s/mm², number of images at b-value of 0 s/mm² = 5, acceleration factor 2, and scan time 9 min 55 s.

DTI preprocessing and DTI-ALPS index calculation

如先前文献所述，DTI数据使用FSL工具进行预处理。简言之，首先使用FSL的"eddy-correct"功能对所有原始DTI图像进行涡流畸变和运动伪影校正，随后采用脑组织提取工具（Brain Extraction Tool）去除头皮、颅骨等非脑组织，最后使用DTIFIT建立每位被试的扩散张量图。

应用FSLEyes软件基于彩色编码各向异性分数图，由一位具有10年以上经验的神经放射科医师在侧脑室水平、邻近髓静脉的投射纤维和联络纤维区域，于双侧大脑半球分别标记两个直径为3mm 的球形感兴趣区（ROI）。一个月后，同一医师以相同方式重复勾画ROI。在ROI内测量x、y、z轴方向扩散率以评估类淋巴系统功能，并按下式计算DTI-ALPS指数：DTI-ALPS指数 = 平均值（Dxxproj, Dxxassoc）/平均值（Dyyproj, Dzzassoc）（Fig.1）。该指数源自两组垂直于组织主要纤维走向的扩散率比值，即投射纤维区x轴扩散率（Dxxproj）与联络纤维区x轴扩散率（Dxxassoc）的平均值，除以投射纤维区y轴扩散率（Dyyproj）与联络纤维区z轴扩散率（Dzzassoc）的平均值。在投射纤维区，优势纤维沿z轴方向走行，x轴与y轴垂直于该方向；而在联络纤维区，优势纤维沿y轴方向走行，x轴与z轴垂直于该方向。两区域x轴扩散率（Dxxproj与Dxxassoc）与垂直于优势纤维方向的扩散率（Dyyproj与Dzzassoc）之间的水分子行为差异主要归因于血管周围间隙的存在。双侧大脑半球的ALPS指数分别命名为左侧ALPS指数与右侧ALPS指数，最终分析采用两次测量结果的平均值。根据痫样放电起源的半球位置，将同侧半球ALPS指数命名为同侧ALPS指数，对侧半球ALPS指数命名为对侧ALPS指数。为进一步量化左右侧ALPS指数的差异性，采用不对称指数计算公式：AI =（右侧值 - 左侧值）/ [（右侧值 + 左侧值）/2]。

Fig. 1. (a) DTI color coded fractional anisotropy map showing the direction of the projection fibers (blue; z-axis), association fibers (green; y-axis), and the subcortical fibers (red; xaxis). Two ROIs are placed in each hemisphere to measure fiber diffusivities. (b) Schematic presentation of the relationship between the direction of the perivascular space (gray cylinders) and the fibers. The direction of the perivascular space is perpendicular to both projection and association fibers. (c) The formula for measuring DTI-ALPS index values.

Statistical analysis

采用单因素方差分析（ANOVA）结合Bonferroni校正的事后检验以及卡方检验，比较LTLE、RTLE和HC之间的年龄与性别差异。LTLE与RTLE组的癫痫发病年龄及病程时长通过Mann-Whitney U检验进行比较。两名观察者两次测量(应该是同一名测量者两次测量)所得ALPS指数的组间变异度通过组内相关系数（ICC）进行评估（ICC范围与相关性判定：0.00-0.20为差；0.21-0.40为一般；0.41-0.60为中等；0.61-0.80为良好；0.81-1.00为优秀）。采用独立样本t检验、配对样本t检验或经Bonferroni校正的单因素方差分析比较各组间ALPS指数的差异。各组间不对称指数（AI）的比较通过单因素方差分析进行，并采用Bonferroni校正进行组间比较以确定AI差异的方向性。统计显著性阈值设定为p < 0.05。通过Pearson相关性检验评估左右侧ALPS指数、同侧与对侧ALPS指数分别与年龄、癫痫发病年龄及病程之间的相关性。所有统计分析均使用SPSS（24.0版）软件完成，图表使用R（4.2.2版）软件生成。

Results

Clinical data of the TLE patients and HC

Table 1展示了LTLE与RTLE患者以及HC的人口统计学和临床特征。各组间在年龄（p = 0.973）与性别（p = 0.196）上的差异均无统计学意义。LTLE与RTLE组在癫痫发作的临床特征[包括起病年龄（p = 0.592）与病程时长（p = 0.696）]上亦无显著差异。

Analysis of the DTI-ALPS index in TLE patients and HC

两次测量所得数据的ICC显示出极佳的一致性：左侧ALPS指数ICC = 0.956，右侧ALPS指数ICC = 0.925。Fig.2展示了HC组与TLE患者在左右侧ALPS指数上的差异。与HC相比，TLE患者的左侧ALPS指数（p = 0.001）与右侧ALPS指数（p = 0.000）均显著降低（Fig.2a）。在三组间比较中，RTLE患者的左侧ALPS指数（p = 0.040）与右侧ALPS指数（p = 0.001）均较HC组显著降低；而LTLE患者仅左侧ALPS指数（p = 0.005）较HC组出现显著下降（Fig.2b）。

Fig. 2. (a) The differences of left ALPS index and right ALPS index between HC and TLE. (b) The differences of left ALPS index and right ALPS index among HC, LTLE, and RTLE. (*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001).

The DTI-ALPS index asymmetry in TLE patients and HC

Fig.3展示了LTLE、RTLE与HC之间双侧半球ALPS指数的差异。配对样本t检验结果显示，在HC组（p = 0.045）和RTLE组（p = 0.009）中双侧半球ALPS指数存在显著差异，均表现为右侧半球ALPS指数较小。然而，LTLE患者的左右半球ALPS指数未见显著差异（Fig.3a）。此外，与对侧ALPS指数相比，TLE患者（p = 0.008）及RTLE患者（p = 0.009）的同侧ALPS指数均显著降低（Fig.3b）。不对称指数分析显示，HC组（AI = -0.024）与RTLE组（AI = -0.056）的类淋巴系统呈现左侧偏侧化趋势，而LTLE患者的不对称特征相较于RTLE患者显著减弱（p = 0.029）（Fig.3c）。

Fig. 3. (a) Differences in paired left ALPS index and right ALPS index in HC, LTLE, and RTLE, respectively. (b) Differences in paired contraALPS index and ipsiALPS index in TLE, LTLE, and RTLE, respectively. (c) Differences in asymmetry index (AI) of the paired ALPS index in bilateral hemispheres among HC, LTLE, and RTLE. (*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001).

Correlation between the ALPS index and clinical characteristics in TLE patients

如Fig.4所示，在TLE患者中，左侧ALPS指数与年龄呈负相关（r = -0.349，p = 0.022）。同侧ALPS指数同样与年龄呈负相关（r = -0.426，p = 0.004）。ALPS指数与癫痫发作年龄、病程等临床特征未发现显著相关性（Supplemental Fig. 2）。

Fig. 4. (a) Represent a negative correlation between the left ALPS index and age in TLE patients. (b) Represent a negative correlation between the ipsiALPS index and age in TLE patients.

Supplemental Fig. 2

Discussion

在这项DTI-ALPS研究中，TLE患者表现出ALPS指数的改变，这可能是由类淋巴系统功能障碍引发的。与对侧半球相比，同侧半球的ALPS指数改变更为显著。此外，与HC组相比，LTLE和RTLE患者的类淋巴系统变化模式存在差异。我们的研究还显示，正常成人大脑的类淋巴系统存在左侧不对称趋势。RTLE患者同样表现出类淋巴系统的左侧不对称性，而LTLE患者则呈现异常的类淋巴系统不对称模式。

ALPS指数与类淋巴清除功能显著相关，这已在经典示踪剂研究中得到证实。ALPS指数的降低表明类淋巴系统功能受损。在我们的研究队列中，与HC组相比，TLE患者的左侧和右侧ALPS指数均有所下降。这一发现支持TLE患者存在类淋巴系统功能障碍的观点。据推测，血脑屏障因紧密连接通透性改变和内皮细胞损伤而遭到破坏，可能导致ISF流动异常及CSF-ISF交换障碍，进而引发类淋巴系统功能障碍。因此，我们推测由类淋巴系统功能障碍引起的神经毒性溶质积聚可能增加癫痫发作的风险。

此外，在TLE组和RTLE组中，同侧ALPS指数均低于对侧ALPS指数，这表明同侧半球类淋巴系统受损更为严重，这与既往研究结果一致。作为类淋巴引流功能障碍标志的EPVS在TLE患者的同侧半球出现频率更高。人类硬化海马中血管周围水通道蛋白-4（AQP-4）的缺失可能导致依赖AQP4的星形胶质细胞水流通异常，进而引发类淋巴系统功能障碍。未来需通过鞘内或静脉注射钆基造影剂的示踪研究验证这一假说。值得注意的是，缺血性卒中和脑出血患者中也观察到同侧半球类淋巴系统损害更严重，提示左右半球的类淋巴系统可能是相互独立的体系。

值得关注的是，LTLE与RTLE患者相比HC展现出不同的类淋巴系统改变模式。具体而言，RTLE患者双侧半球ALPS指数均下降，而LTLE患者仅左侧ALPS指数显著低于HC组，这印证了LTLE与RTLE从发病机制和病理基础上属于不同的综合征。该发现与多项前期研究相互印证：例如Moghaddam等报道海马硬化RTLE患者存在更广泛的双侧海马亚区体积萎缩；RTLE患者相比LTLE患者表现出更广泛的功能连接异常。本研究发现RTLE患者存在双侧半球类淋巴系统功能障碍，而LTLE患者对侧半球类淋巴功能相对保留。因此，RTLE患者可能较LTLE患者存在更广泛的类淋巴系统破坏。

此外，HC组中右侧ALPS指数小于左侧ALPS指数，提示正常成人大脑类淋巴系统存在左侧优势的不对称趋势。RTLE患者的类淋巴系统同样呈现左侧优势特征，而LTLE患者未观察到明显不对称性。此外，LTLE患者的AI较RTLE患者降低，表明LTLE患者存在类淋巴系统不对称性的异常。类淋巴系统的不对称功能可能与大脑结构和功能的不对称性相关。LTLE患者优势半球更显著的类淋巴系统功能障碍可能导致其正常不对称模式受损。这些发现需在更大的颞叶癫痫队列中加以验证。

在TLE患者中，左侧ALPS指数及同侧ALPS指数与年龄呈负相关，HC组中ALPS指数与年龄无显著相关性。Taoka等学者通过沿血管周围间隙的扩散加权成像分析方法发现，年龄与ALPS指数存在二次分布相关性，峰值出现在40岁年龄段。本研究因样本量有限未按年龄分组，因此需谨慎解读ALPS指数在TLE中的临床意义，后续应通过更大样本研究验证本发现。

Limitations

这是首项针对TLE患者与正常人群脑类淋巴系统功能不对称性的DTI-ALPS研究。本研究存在若干局限性：首先，这是单中心的回顾性队列研究，样本量较小，因此无法进行性别影响等亚组分析。未来需通过更大样本量、多中心设计及亚组分析验证本研究结果；其次，抗癫痫药物（ASMs）对脑类淋巴系统功能的影响尚不明确，后续研究需详细记录用药情况并分析其与脑类淋巴功能的关联；第三，脑类淋巴通路功能在睡眠状态下显著增强，而TLE患者常伴睡眠障碍，未来应重点关注合并睡眠障碍的TLE患者的脑类淋巴系统功能异常。

Conclusion

TLE患者存在脑类淋巴系统功能障碍，且患侧半球较对侧半球改变更为显著；左、右侧TLE患者呈现不同的脑类淋巴系统功能障碍模式；正常成人与TLE患者的脑类淋巴系统功能均表现出不对称特征。TLE患者临床特征与ALPS指数的关联仍需进一步探索。