认知障碍的潜在视网膜标志物

吕小涵 谢少为 李瑞娜 吕佩源

认知障碍是指记忆、注意、语言、执行、推理、计算和定向力等一个或多个认知领域的受损，根据严重程度可分为轻度认知障碍(mild cognitive impairment，MCI)和痴呆两种类型[1]。随着我国进入人口老龄化阶段，认知障碍的发病率越来越高。据估计，我国有超过5000万的痴呆与认知障碍人群，至2027年将可能突破6000万[2]，严重影响了患者的社会功能和生活质量。阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)是最常见的老年认知障碍类型，其次是血管性认知障碍(vascular cognitive impairment，VCI)[3]。AD是一种进行性神经退行性疾病，其主要特征是β-淀粉样蛋白(amyloid-beta，Aβ)沉积形成的老年斑和tau蛋白过度磷酸化形成的神经原纤维缠结[4]。目前，AD的生物标志物检测依赖于脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)检查及正电子发射计算机断层成像(positron emission tomography，PET)扫描[4]，均为较为昂贵的侵入性检查。因此，发现新的无创、经济、简约的AD生物学标志物迫在眉睫。VCI是指脑血管病及相关危险因素引发的认知障碍[5]。其机制尚不清楚，有必要寻找更加直观的血管观察方法进一步探索其机制。

近年来，越来越多的研究表明，视网膜中央血管、血-视网膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)、视网膜厚度及其微血管结构的病变与认知障碍存在相关性，并且未来有望成为认知障碍的有效标志物。本文就认知障碍与视网膜病变关系的研究进展进行综述，以期为发现认知障碍潜在的视网膜标志物提供参考。

1.1 视网膜视网膜由内界膜层、神经纤维层(nerve fiber layer，NFL)、神经节细胞层(ganglion cell layer，GCL)、内丛状层(inner plexiform，IPL)、内核层、外丛状层、外核层、外界膜层、视锥和视杆细胞层9层神经上皮层与色素上皮层构成。NFL、GCL和IPL分别是视网膜神经节细胞的轴突、细胞核及树突所在部位，NFL的轴突汇集最终形成视神经[6]。视网膜视盘和黄斑是两个较为重要的结构。视盘是视神经穿出，向视觉中枢传递的部位，同时有视网膜中央动脉和静脉由此通过。黄斑是视网膜上视觉最敏锐的无血管凹陷区。

视网膜被认为是中枢神经系统的延伸。胚胎学上，视网膜是间脑的外延部分，与大脑具有许多相似的结构和功能特征，如均由神经元和胶质细胞组成、形成相似的血-脑屏障和BRB等，并且二者以视神经相连[7]。鉴于眼动脉起源于颈内动脉，视网膜血管与脑血管也有许多共同的解剖和生理特征[8]。因此，视网膜被视为“通向大脑的窗口”。

1.2 视网膜病变视网膜病变包括视网膜血管改变、BRB损伤的表现、视网膜变性及色素改变等。视网膜血管是活体中惟一可直接观察的血管结构，被认为是观察脑血管和全身血管状况的“窗口”。视网膜血管常见改变有管径异常、动脉硬化、动静脉交叉压迹、异常血管增生等[8]，BRB损伤，以及血浆、脂质、蛋白、红细胞等成分渗入神经上皮层，则表现为视网膜的水肿、出血、渗出[9]，上述病变最终导致视网膜神经上皮层损伤，产生视觉症状[10]。

既往研究表明，视网膜病变与多种大脑疾病相关。糖尿病视网膜病变、视网膜动脉阻塞和视网膜静脉阻塞患者更容易出现脑血管病[11]。有前瞻性研究结果表明，视网膜出血、动静脉交叉压迹、微动脉瘤等病变，可以预测缺血性脑卒中，并且可以评估脑卒中的死亡风险[12]。一些大脑和脊髓的神经退行性疾病在眼部也有表现，且出现眼部症状通常先于此类中枢神经系统疾病的诊断[12]。病理研究显示，脑内红细胞血栓数量与视网膜红细胞血栓严重程度相关，视网膜血管淀粉样病变与脑内血管淀粉样病变相关[13]。这进一步证明了视网膜病变与脑部疾病可能同步发生发展。另有研究表明，颞下叶和枕叶的视觉关联皮层特别容易受到神经纤维缠结和淀粉样斑块沉积的影响，这些病理沉积破坏了视神经传导束内的连接，可能逆行性导致视神经的神经元变性，在光学相干断层扫描(optical coherence tomography，OCT)上表现为NFL、GCL及IPL变薄[14]。由该研究结果推测，NFL、GCL及IPL变薄可能提示着脑部的神经退行性病变。上述结果均表明，视网膜病变有可能成为多种大脑疾病的理想标志物。

目前用于评估视网膜病变的无创检查方法主要包括眼底照相、OCT及光学相干断层血管成像(optical coherence tomography angiography，OCTA)等[6]。这些方法所发现的视网膜病变，有的与认知障碍具有相关性，有可能成为认知障碍的潜在标志物(表1)。

2.1 眼底照相眼底照相是通过眼底照相机直接获取眼底彩色图片的方法，具有直观、经济、快捷等优点，至今仍然是眼底最基本、最普遍的检查方法之一。眼底照相能够清晰、客观的显示视网膜血管变化及水肿、渗出、出血等BRB损伤的表现，对各种眼底病变的诊断具有重要意义，广泛应用于高度近视、糖尿病视网膜病变、眼底病、青光眼等疾病的筛查和诊断中[9]。常见的视网膜血管改变有动脉狭窄、静脉迂曲扩张、动脉硬化呈“铜丝”“银丝”样改变、动静脉交叉压迫、异常血管增生等。BRB损伤时，血浆、脂质、蛋白、红细胞等成分渗入神经上皮层，则表现出水肿、出血、渗出等。

近来研究发现，认知障碍可能与视网膜中央动脉缩窄及视网膜血管阻塞性疾病相关。一项研究发现，1型糖尿病患者中认知障碍者与认知正常者相比，视网膜中央动脉缩窄程度增加1.8%，缩窄速度加快31.1%[15]。该研究表明1型糖尿病患者中，认知障碍者出现视网膜中央动脉缩窄的可能性较认知正常者大。视网膜血管阻塞性疾病包括视网膜动脉阻塞性疾病和视网膜静脉阻塞性疾病。一项以大于65岁健康人群为受试者的大型横断面队列研究发现，与未患视网膜血管阻塞性疾病的受试者相比，患有视网膜血管阻塞性疾病的受试者痴呆患病率更高[16]。上述研究表明，认知障碍患者更容易出现视网膜中央动脉缩窄，而视网膜血管阻塞性疾病患者也更易伴发痴呆。

分形维数是一个反映视网膜血管的分支复杂情况的指标，将眼底照相图片经软件分析处理后得到，分形维数降低即表示视网膜血管分支较为稀疏。一项meta分析显示，认知障碍者的视网膜小动脉和小静脉分形维数较认知正常者显著降低[17]。该研究提示认知障碍患者更易出现视网膜血管分形维数降低。

认知障碍患者较认知正常者更易出现BRB损伤。一项10年随访研究中，在随访期间发现，与眼底照相未发现BRB损伤(微动脉瘤、出血、渗出等)的受试者相比，出现BRB损伤的受试者的简易精神状态量表评分较低(P<0.05)[9]。在执行能力和精神运动速度测试中，伴有上述BRB损伤的患者的初始得分明显较低，且在随访期间的下降率较高。一项囊括12317名45～64岁、高中以上教育程度的健康社区人群的研究显示，与不伴BRB损伤(微动脉瘤、出血、渗出)的参与者相比，伴有中重度BRB损伤的参与者在20年的随访期间认知能力评分的下降程度明显增大，而视网膜中央动脉等效值改变和视网膜血管局灶性狭窄则未显示出相应变化[1]。上述研究表明，BRB损伤患者的早期认知能力下降速度可能更快，甚至可能比血管本身形态的改变更能反映认知障碍的程度。

综上所述，眼底照相上所示视网膜中央动脉缩窄、视网膜血管阻塞性疾病、小动静脉的分形维数降低、BRB损伤等可能在一定程度上反映认知障碍的严重程度。

2.2 OCTOCT是20世纪90年代初期发展起来的一种新型非接触性无创光学影像诊断技术，是利用眼内不同组织对入射光束的反射性的不同，通过测量仪测定反射光束的延迟时间和反射强度，分析出不同组织的结构及其距离，经计算机处理，以伪彩或灰度形式显示组织的断层结构[24]。OCT具有非接触性、分辨率高、可重复性高、获取图像快等特点，能清晰地显示视网膜各层的形态，被广泛用于疾病，如青光眼、视神经炎、老年性黄斑变性和糖尿病视网膜病变等的早期诊断、进展跟踪及疗效评价[25]。视网膜出现病变时，OCT可显示出厚度的改变，以及水肿、裂孔、前膜、劈裂、神经上皮及色素上皮脱离、玻璃体视网膜牵拉等表现[10]。

NFL厚度可能与认知障碍密切相关。NFL是OCT图像中最内层的高反射带，由神经节细胞轴突组成。神经节细胞轴突汇集成束形成视神经，离开视网膜，将视觉信息传递至视觉中枢[6]。NFL变薄常见于青光眼、视神经炎等视神经受损的疾病，并与高龄、糖尿病、眼压增高、高度近视、心血管疾病、高血压等因素相关[25-26]。一项纳入32038名社区健康人的研究表明，NFL越薄，基线评估的认知表现越差。在后续的认知测试中发现，基线NFL厚度较低组，较基线NFL厚度较高组，出现认知功能下降的可能性增加了两倍[10]。该研究表明NFL较薄和认知能力较差之间存在较为密切的关联。Aβ和Tau蛋白是当前公认的AD生物标志物，CSF中Aβ42水平降低和Tau水平增高高度提示AD。Asanad等[18]对一组认知正常者的CSF中的Aβ42和Tau进行测量，并根据CSF中Aβ42/Tau浓度比值的病理学回归临界值，将受试者分为临床前AD组(Aβ42/Tau比值较低)和健康对照组(Aβ42/Tau比值较高)，结果发现，两组视盘NFL差异显著，临床前AD组的平均视盘NFL较健康对照组薄了9.8 μm。并且，利用视盘NFL厚度筛选临床前AD的敏感性为87%，特异性为56.3%。上述研究表明，NFL较薄可能与认知障碍下降相关，并且有可能成为反映AD认知障碍的早期预测指标。

然而，也有研究认为，黄斑GCL厚度可能更能反映认知情况。GCL是NFL下一层较低反射的层面，由GCL细胞核组成。Ward等[19]研究发现，以非痴呆人群为受试者，在调整相关危险因素后，黄斑GCL厚度每减少1个标准差的整体认知功能下降幅度，大于视盘NFL厚度每减少1个标准差的知功能下降幅度。在调整相关混杂因素后，黄斑GCL厚度较小与整体认知功能、信息处理速度和语言情景记忆较差呈线性相关。这表明黄斑GCL厚度与认知功能的相关性可能更强。

综上所述，目前对于NFL、GCL预测认知障碍的敏感性大小仍存在一定争议，仍需进一步研究验证。

2.3 OCTAOCTA是由OCT发展而来的一项无创血管检查，是通过检测血流引起的运动变化，产生视网膜和脉络膜灌注系统的三维影像。OCTA可在不注射造影剂的情况下，快速、无创地获取高分辨率的不同层面视网膜及脉络膜血流信息并对相关参数进行定量分析，目前已经广泛应用于青光眼、眼底病及视神经疾病等眼病的临床诊疗[22]。既往评估眼底的血管情况多采用荧光血管造影技术，而OCTA由于无须造影剂可避免造影剂引起过敏的风险，且可反复进行，与荧光血管造影技术相比具有一定的优势。此外，OCTA有着更高的成像质量，可分别测量视网膜浅层毛细血管丛(superficial retinal capillary plexus，SCP)、视网膜深层毛细血管丛(deep retinal capillary plexus，DCP)及脉络膜毛细血管丛密度[22]。其中，SCP是供应内界膜层至IPL的毛细血管丛，DCP是供应内核层至外丛状层的毛细血管丛[22]。

OCTA所反映的血管密度降低与认知情况相关。Yan等[20]研究表明，OCTA视网膜血管密度降低与整体认知、记忆、执行和视觉空间感知功能显著相关。Fickweiler等[21]的研究则发现，SCP血管密度降低与精神运动速度较差以及与即时和延迟记忆缺陷有关。Zhang等[5]研究发现，AD及脑小血管病患者的视网膜血管密度显著降低，且认知功能改善者的视网膜血管密度相应增加。

在提示认知障碍的敏感性方面，SCP可能是较DCP更为敏感的指标。Chua等[22]研究发现，与健康对照组相比，AD患者的黄斑SCP和DCP的血管密度显著降低，而与健康对照组相比，MCI参与者仅发现SCP中血管密度显著降低。该研究结果表明在认知障碍发展过程中，SCP改变出现较早。SCP主要负责GCL的代谢供应[24]。病理组织学研究表明，AD患者的视网膜神经节细胞和轴突数量减少[27]。AD患者视网膜血管缺失的原因，可能与神经元丢失及Aβ清除障碍造成微血管损伤相关[22]。视网膜中央动脉进入视网膜后立即分支、吻合，形成了平行于视网膜表面的SCP。SCP显示出独特的血管树，并向视网膜深部层面发出垂直支，其垂直支再次分支、吻合，形成呈小叶结构的DCP[24]。由于各血管丛分支构成、供应层面特点及其相互间的作用关系的差异，SCP可能是比DCP更有意义的潜在生物标志物。

黄斑中央无血管区(foveal avascular zone，FAZ)由中央凹边缘相互连接的视网膜浅、深毛细血管网包围而成，极易受到灌注不足的损害，导致末端毛细血管的脱落，表现为FAZ增大。FAZ增大对于早期发现认知障碍较为敏感。FAZ增大发生于视网膜微血管损伤的早期阶段[23]。Zhang等[5]的研究表明，AD及脑小血管病患者的FAZ显著增大。Criscuolo等[23]的研究表明，与对照组相比，遗忘型轻度认知障碍患者的黄斑SCP、DCP血管密度均显著降低，FAZ显著增大。该研究更深一步探究发现，与健康对照组相比，仅单个记忆领域异常的参与者的血管密度无明显差异，但FAZ面积明显增大[23]，提示FAZ可能是视网膜微血管病变的原发部位。同理，FAZ增大也有望成为反映脑内微血管变化的早期视网膜标志物，进而反映认知的早期变化。

上述研究表明，OCTA所示视网膜微血管变化可能与认知障碍存在相关性，其中SCP血管密度降低敏感性较强，而FAZ增大作为反映微血管损伤的早期指标，可能用于认知改变的早期发现。

综上所述，现有研究表明，眼底照相、OCT及OCTA等作为经济、无创、易于重复的可直观观察视网膜病变的检查方法，可以较为敏感地发现与认知障碍密切相关的异常表现，这些异常表现可能有望成为认知功能改变的有效生物学标志物。这对于实现认知障碍的早期预防及纵向监测具有重要意义。但是，认知障碍与视网膜病变相关的机制尚不十分明确，尚需大样本的前瞻性队列研究来探究；
如何利用上述可能的视网膜标志物建立科学、敏感的认知障碍早期预测体系，也仍需进一步研究探讨。