European Radiology：基于QSM的黑质神经黑色素和铁的区域年龄相关变化

中脑的黑质（SN）富含多巴胺神经元，在调节运动控制、认知发展和情感过程中发挥着重要作用。神经黑色素（NM）是由黑质（SNpc）中的多巴胺生物合成的。在正常人中，松散的黑质网状结构（SNr）比黑质网状结构的铁含量高。死后中脑标本中的神经黑色素敏感磁共振成像（NM-MRI）信号强度反映了区域神经黑色素浓度，可作为多巴胺功能的生物标志物。一些横断面和纵向NM-MRI研究表明，SNpc是帕金森病（PD）的一个易损指标，其体积和信号强度的减少与疾病的严重程度和持续时间有关。另外，有报道称，NMRI技术被用于研究进行性核上性麻痹、亨廷顿氏病和多系统萎缩中黑质的特征。因此，神经黑色素可能在神经退行性疾病中发挥关键作用。以前的研究已经确定，定量磁敏感图谱（QSM）可以广泛应用于帕金森病黑质的铁定量，并有助于评估PD的严重程度。

含NM的细胞器的形成有一个可能的生理机制，可以解释神经黑色素和铁之间的平衡。神经黑色素是一种黑褐色的色素，最初是在多巴胺能神经元的细胞质中合成的。神经黑色素可以与细胞质中的有毒金属离子结合，并作为一种抗氧化剂保护多巴胺能神经元免受毒性损伤。然而，众所周知，神经色素在系统组织中的功能是一把双刃剑。一旦神经色素和其他毒素在自噬体中的积累超过其能力，NM-铁复合物就会解体，并释放出亚铁/铁离子。这些释放的离子形成活性氧，诱发神经炎症和神经变性，导致神经元的二次损伤。

SNpc和SNr区域之间没有明确的分界线，因为SNpc中的神经元形成了细胞簇（黑体）。鉴于神经黑色素和铁的空间分布不一致和交叉，存在一个同时含有丰富的神经黑色素和铁的重叠区域，在解剖学上是SNpc和SNr的交叉点。反映在影像学图像上，已知重叠区存在于NM-MRI上的高浓区和QSM上的高磁敏感区之间。据我们所知，磁化转移对比剂制备的三维多回波梯度回波序列可用于评估神经黑色素、铁和重叠的整合，为研究提供了一个非常方便的工具。然而，重叠区仍缺乏与年龄相关的特征，而且黑质重叠区的铁和神经黑色素之间的相互作用也不明确。

近日，发表在European Radiology杂志的一项研究利用磁化转移对比（MTC）神经黑色素敏感的多回波快速场回波（FFE）序列在广泛的生命期样本中探讨了与年龄相关的神经黑色素信号变化和铁含量，为临床进一步明确该类型疾病的病理生理及进展提供了影像学参考依据。

本项研究招募了115名年龄在20到86岁之间的健康志愿者，并使用3.0T磁共振成像进行了扫描。研究在神经黑色素图像和定量磁敏感图谱中分别手动划定了神经黑色素积累和铁沉积区域，并使用上述两种测量方法计算出重叠区域。部分相关分析被用来评估体积、对比度（CR）、SN的三个亚区的磁敏感性和年龄之间的相关性。曲线估计模型被用来寻找最佳回归模型。 

CR随着年龄的增长而增加（r = 0.379，p < 0.001；r = 0.371，p < 0.001），而体积在神经黑色素积累和重叠区显示出与年龄相关的下降（r = -0.559，p < 0.001；r = -0.410，p < 0.001）。立方多项式回归分析发现，在34岁之前，神经黑色素积累量随着年龄的增长而小幅增加，随后在80年代之前明显减少（R2 = 0.358，p < 0.001）。在任何亚区的磁敏感性和年龄之间没有发现明显的相关性。在重叠区没有发现CR和磁敏感性之间的相关性。 

图 42岁女性（第一和第二列）和24岁女性（第三和第四列）的黑质的神经黑色素（NM）图像和QSM）的感兴趣区域（ROI）。使用磁化转移对比（MTC）神经黑色素敏感多回波快速场回波（FFE）序列的NM图像（a、c、e、g、i、k）和QSM（b、d、f、h、j、l）中ROI的位置。前三行显示了3个ROI：神经黑色素积累区（第一行，红色），铁沉积区（第二行，黄色），以及重叠区（第三行，橙色）。三个ROI显示在一个空间（m, o）。为了计算对比度（CR）并获得小脑上部梗阻（SIXSCP）的信号强度，XSCP定义为中脑导水管前的小脑上部梗阻（n, p）

本项研究使用MTC神经黑色素敏感多回波FFE序列研究了黑质亚区的神经黑色素和铁含量的时间变化。结果表明，重叠区的体积和CR有年龄效应，而CR不受铁效应的影响。研究进一步发现，神经黑色素积聚区的体积在30s前增加，然后在80s前减少。本研究结果为今后黑质的神经退行性研究提供了参考及依据。

原始出处：

Yufan Chen,Tao Gong,Cong Sun,et al.Regional age-related changes of neuromelanin and iron in the substantia nigra based on neuromelanin accumulation and iron deposition.DOI:10.1007/s00330-023-09411-8