终末期肾病患者血液透析启动后脑结构和功能网络动态重组的神经机制研究

Cognitive dysfunction is prevalent in patients with chronic kidney disease, with an estimated rate of 30%-60%. The neural mechanisms are far from elucidated. There is a long debate on that hemodialysis is a protective or risk factor for cognition function in patients with end-stage renal disease (ESRD). Our previous cross-sectional study found that hemodialysis patients might have worse cognitive dysfunction than those nondialysis ESRD patients. To further investigate the effect of hemodialysis on cognition in ESRD patients and its neural mechanisms, a dynamic longitudinal follow-up study will be performed in ESRD patients before, three months, six months and one year after they receive regular hemodialysis. In this study, we intend to combine the multi-modality magnetic resonance imaging (MRI) techniques e.g., structural and functional connectivity networks to explore the impact of hemodialysis on brain structure and function. These results will be correlated with neuropsychological tests and blood biochemical tests results. The study aims to detect the altered structural networks, functional networks and specific brain areas in ESRD patients induced by hemodialysis and elucidate the neuropathology of hemodialysis on cognition. We will find out specific functional and structural neuroimaging biomarker, which would be helpful in providing objective imaging evidence for early diagnosis and intervention of cognitive impairment in ESRD patients.

慢性肾病患者认知功能损害发生率高达30%-60%，其神经病理机制尚未完全阐明。血透是终末期肾病患者认知功能的保护因素还是危险因素长期以来存在很大争议。申请人前期采用横断面研究发现血透的终末期肾病患者较未血透的终末期肾病患者有更严重的脑功能损害。为了进一步阐明血透对终末期肾病患者认知功能的影响及其神经机制，本研究拟纳入未透析的终末期肾病转为规律血透的患者为主要研究对象，在透析前及透析后3个月、6个月和1年进行动态随访研究，利用结构和功能连接网络等MR分析技术研究血透对脑结构和功能的影响，并与精神心理量表、血生化指标结果进行相关分析，寻找血透引起终末期肾病患者认知功能改变的结构网络、功能网络和特异脑区，阐明血透引起相关认知功能改变的神经病理机制，寻找特异的影像指标，为终末期肾病患者认知功能损害的早期诊断及干预提供客观的影像依据。

慢性肾病患者认知功能损害发生率高达30%-60%，目前其神经病理机制尚未完全阐明。该项目运用功能连接网络、结构连接网络、功能-结构耦合、纤维自动量化技术等对终末期肾病患者脑改变进行多模态综合分析。主要研究内容及发现如下：（1）采用图论分析方法发现，肾移植术前终末期肾病（ESRD）患者的功能和结构的拓扑属性都出现了异常；ESRD患者肾移植术后脑功能和结构网络呈现逐步恢复的趋势，但是这些网络的一些重要节点比如岛叶、海马和楔前叶在肾移植术后6个月都没有完全恢复；肾移植术后患者认知功能的改善与大尺度脑结构和功能网络拓扑结构的改善有关。本研究从神经生理学的角度揭示了ESRD患者肾移植术后的认知功能变化模式，为肾移植患者术后认知改善机制提供新思路。（2）采用高分辨T1结构像研究发现，血液透析患者的双侧海马、多个海马亚区体积较健康对照组降低。海马亚区体积与神经心理学测试、病因和血红蛋白水平相关。本结果为终末期肾病认知、特别是记忆功能受损提供了影像学证据。（3）采用纤维自动量化技术方法发现规律血透患者多个纤维束的各向异性分数值降低。在双侧丘脑辐射、扣带束扣带回、下额枕束、胼胝体小钳和左侧皮质脊髓束等8个纤维束中发现了特定的受损节段。机器学习结果显示，丘脑辐射束和左侧扣带束扣带回可用于区分ESRD和健康对照，准确率分别为76.9%和67.6%。本研究揭示了血液透析患者的异常对称性脑白质损伤，并且这些损伤发生在特定的节段。尤其是左侧丘脑辐射和左侧扣带束扣带回，可能成为ESRD患者认知功能障碍的一个新的生物标志物。（4）通过功能-结构耦合发现，健康对照、未透析终末期肾病患者、血透患者功能结构耦合系数呈现下降的趋势，为终末期肾病患者的认知损害干预提供了科学依据。本项目进一步加深了对终末期肾病患者认知功能损害的理解，进而为终末期肾病患者认知损害的早期发现和干预提供影像学证据。本项目共发表SCI收录期刊论文8篇（其中JCR1区3篇）、联合培养硕士研究生2名。