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新冠肺炎病毒感染前后,我们的大脑到底发生了什么样的变化?英国最新研究揭

新冠肺炎病毒如何影响我们的大脑?英国生物样本库对此的最新脑部影像研究
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  截至北京时间2021年8月12日,全球累计新冠感染人数已超过2亿人,并造成超过432万人死亡,也就是说,全球每39个人当中,就有一个人被感染。传染性极强的Delta变种毒株来势汹汹,其病毒量已经比原来的病毒毒株高出1000倍,传播速度更快,全球新冠疫情再临威胁。

新冠肺炎病毒感染前后

  此次新冠肺炎病毒在全球范围内大流行给人类造成了难以磨灭的损失,世界各国已经投入对这种新型病毒的临床研究中。新冠病毒几乎攻击了人体的每一个主要系统,这其中就包括心血管、肾脏、肠道以及大脑。

  那么,新冠肺炎病毒感染前后,我们的大脑到底发生了什么样的变化?我们的神经系统到底在经受着怎样的影响?

  目前强有力的证据表明了新冠肺炎的相关大脑病变,其中一些可能是由于病毒的嗜神经性质。到目前为止,绝大多数的脑成像研究都集中在中度到重度病例的定性、大体病理上,通常是在住院病人当中进行。然而,这些研究尚不清楚新冠肺炎的影响是否能在较轻病例中以定量和自动化的方式检测到,以及这是否能揭示疾病传播的可能机制。

  英国生物样本库关于新冠肺炎病毒感染前后的脑部影像研究

  在新冠肺炎大流行开始之前,英国生物样本库对4万多名参与者进行了扫描(头颅影像),从而实现了在2021年邀请数百名之前扫描过图像的参与者进行第二次的影像检查。在此,我们利用来自英国生物样本库新冠肺炎重复成像研究中的782名参与者的多模态数据研究了这种疾病在大脑中的影响,其中394名参与者在两次扫描期间检测出了SARS-CoV-2感染阳性。

  通过感染前后的结构和功能脑扫描图以比较394名新冠肺炎患者与388名在年龄、性别、种族和扫描间隔时间匹配的对照组之间长期的脑变化,该研究发现,新冠肺炎对大脑的显著影响表现为左侧海马旁回、左侧外侧眶额皮层和左侧岛叶的灰质减少。当观察整个皮层表面时,这些变化延伸到了前扣带皮层、边缘上回和颞极。

  此外,研究者还进一步比较了已住院的新冠肺炎患者(n=15)和未住院的患者(n=379),虽然区别不是很显著,但发现了与新冠肺炎组和对照组之间的区别类似的结果,此外,扣带皮层、杏仁核中央核和海马角的灰质减少更加明显(均|Z|>3)。

  因此,研究者还发现,这可能始终与初级嗅觉和味觉系统直接相关的边缘皮层灰质减少有关。与事后归因的疾病研究不同,感染前影像数据的可用性有助于避免已有的高危因素的风险或被误解为疾病影响的临床表现。由于病毒进入中枢神经系统的一个可能的入口或许是通过嗅粘膜和嗅球,这些脑成像结果可能是疾病(或病毒本身)通过嗅觉和味觉途径传播的体内标志。

新冠肺炎病毒感染前后

表1. 新冠肺炎患者和对照组的主要人口统计数据:当每一组的变量不是正态分布时,使用非参数检验(Lilliefors P = 1e-03)。两样本Kolmogorov-Smirnov检验用于扫描1或扫描2时的年龄和扫描1至扫描2之间的年数。性别、族别和诊断明确的糖尿病使用卡方检验。收缩压、舒张压、体重、腰臀比、BMI均采用Mann-Whitney U检验。

新冠肺炎病毒感染前后

表2. 新冠肺炎患者可获得的主要临床信息。值得注意的是,在我们的主要分析中使用的394名新冠肺炎患者中,60名是通过两种不同的家用横向血流试剂盒确诊的,因此他们的社区医疗或医院记录中没有额外的临床信息(或诊断日期)。

新冠肺炎病毒感染前后

表3.新冠肺炎患者(住院与非住院)的比较。统计过程见表1。

新冠肺炎病毒感染前后

表4. 基于假设的嗅觉和味觉测试: 纵向组群比较的结果

新冠肺炎病毒感染前后

表5. 探索性测试:纵向组群比较结果。

新冠肺炎病毒感染前后

图1. 最显著的纵向组群比较结果。新冠肺炎患者在两个时间点之间出现灰质(厚度、体积)显著减少的三个主要区域是海马旁回、眶额皮质外侧和岛叶上部。以上区域都位于左侧半球。对于每个区域,感兴趣的IDP空间区域以洋红色显示,覆盖在FreeSurfer适度膨胀的皮质表面; 右边是388名对照者和394名新冠肺炎患者在两个时间点的皮质厚度或体积差异的散点图和箱形图。黑色圆圈代表15名住院的新冠肺炎患者。由于IDP预处理中的标准化步骤,所有y轴都是与原始测量值成正比的任意单位。

新冠肺炎病毒感染前后

图2. 顶点纵向群比较的结果是灰质厚度。阈值图(|Z| >3)显示了394名新冠肺炎参与者和388名对照组之间最明显的纵向差异。在两次扫描之间,新冠肺炎患者的大脑皮层厚度减少更为明显,特别是在左半球的前海马旁回(颞叶内侧皮层)、前和外侧眶回、岛叶上部、边缘上回和前扣带皮层。在右半球,颞极的灰质厚度也明显减少(在左半球也有微弱的表现)。

  这是首次将人体在感染SARS-CoV-2之前和之后的脑部扫描与匹配良好的对照组扫描进行比较的纵向成像研究。这也是最大的新冠肺炎脑成像研究之一,共有782名参与者,其中包括394名新冠肺炎患者。它独特的设计使它有可能将疾病的影响从已有的危险因素中区分开来。通过使用自动化、客观和定量的方法,我们能够发现形成嗅觉和味觉网络的边缘脑区灰质丢失的一致空间模式。这些异常变化是否是疾病(或病毒本身)在大脑中传播的标志,这可能预示着这些患者的边缘系统(包括记忆)未来的脆弱性,仍有待研究。

  参考文献:doi:10.1101/2021.06.11.21258690

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