海馬影像組學(xué)是阿爾茨海默病早期識別標記
設(shè)計：張洪源
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近日，中科院自動化所腦網(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、可泛化的生物標記，并有望應(yīng)用于臨床輔助診斷的生物標記的個體化診斷，對未來阿爾茨海默病臨床的精準輔助識別、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的認知障礙疾病。傳統(tǒng)上，大腦海馬區(qū)（hippocampus)）的萎縮被認為是與AD相關(guān)的一個影像學(xué)標志物，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，標記物的泛化性且存在爭議。
為突破AD的早期診斷和療效評價所面臨的巨大瓶頸，中科院自動化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心牽頭，聯(lián)合中國人民解放軍總醫(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早期識別的研究框架（HR4AD：Hippocampal radiomics for AD）。團隊基于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)標記，并從標記的泛化性、個體化精準診斷可行性與生物機制解析等方面進行了系統(tǒng)的研究。
HR4AD研究框架
針對現(xiàn)有的臨床直接應(yīng)用影像學(xué)標記的泛化性能不足這一關(guān)鍵問題，腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心瞄準利用磁共振影像對AD進行輔助早期識別這一目標，收集了6個中心的AD及輕度認知損害（mild cognitive impairment，AD高風(fēng)險人群）病人的腦影像、臨床與認知評估等數(shù)據(jù)，并利用美國ADNI數(shù)據(jù)庫（包括基因組學(xué)、腦影像、臨床認知評估、蛋白沉淀等臨床數(shù)據(jù)）作為驗證數(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)中證實了海馬的影像組學(xué)是AD穩(wěn)定的生物標記，在此基礎(chǔ)上探索了影像標記與基因風(fēng)險、認知能力、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)中驗證了影像學(xué)標記可以用來跟蹤高危人群的病情發(fā)展。
HR4AD研究的主要創(chuàng)新性體現(xiàn)在以下幾個方面: (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; (2) 獨立中心交叉驗證表明HR4AD可以用于AD的個體化識別; (3)基因、生物標記和縱向變化刻畫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記的個體化診斷的生物標記，可能對未來AD臨床的精準輔助識別、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人民解放軍總醫(yī)院的張熙教授擔任通訊作者，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。團隊已經(jīng)共享了研究中更新后的應(yīng)用程序（https://github.com/YongLiulab）。這也是該團隊繼基于多中心的功能磁共振阿爾茨海默病腦活動改變研究（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展。團隊后續(xù)的工作將集中在更多獨立中心、縱向跟蹤的高危人群的驗證工作，希望和更多的團隊建立進一步的合作。
該研究受到國家重點研發(fā)計劃課題、國家自然科學(xué)基金委面上項目、中國科學(xué)院先導(dǎo)項目和模式識別國家重點實驗室開放課題等項目的支持。
注：本文轉(zhuǎn)載于中國科學(xué)雜志社。
