J Neurol: 脊髓小脑共济失调3型中的区域脑萎缩亚型：与临床表现和治疗反应的联系

本篇文献发表在Journal of Neurology杂志。所发布内容旨在与大家分享学术新知促进交流学习版权归原作者或原出处所有感谢各位学者的辛勤付出与研究成果。1.引言脊髓小脑共济失调3型也称为马查多-约瑟夫病是一种常染色体显性遗传性神经退行性疾病以显著的临床表型异质性为特征。这种异质性反映在临床表现和疾病进展速度的巨大差异上表明患者对未来对症和疾病修饰疗法的反应可能存在显著差异从而使临床管理复杂化。值得注意的是被归类为相同脊髓小脑共济失调3型临床亚型的患者可能表现出不同的神经生物学机制。此外影响表型分类的主观和环境因素可能进一步使对这些机制的精确分析复杂化。因此采用基于客观神经影像学的结构亚型来探索运动症状和治疗反应异质性的神经生物学基础对于改善脊髓小脑共济失调3型患者的预后和延缓疾病进展至关重要。结构磁共振成像提供了一种非侵入性、客观的工具用于研究脑结构异常。先前使用结构神经影像学的研究已记录了脊髓小脑共济失调3型患者小脑、脑桥和基底节的进行性脑体积丧失。一项纵向磁共振成像研究报告称脊髓小脑共济失调3型患者在2年内壳核、尾状核、脑干和脑桥出现显著的灰质变化。然而另一项研究未能在12.5个月内证明脊髓小脑共济失调3型患者灰质萎缩的进展。其他研究报告了脊髓小脑共济失调3型中临床变量与结构变化之间的可变相关性。例如Rezende等人报告左侧丘脑体积与共济失调严重程度之间存在显著相关性而另外两项也报告丘脑萎缩的研究未发现与临床数据的显著关联。总的来说这些异质性结果证明了脊髓小脑共济失调3型存在不同的潜在亚型。最近的研究已利用非负矩阵分解来描绘脑部疾病中基于神经影像学的结构亚型。非负矩阵分解是一种数据驱动的机器学习方法它将数据矩阵分解为一组基因子和相应的权重。与主成分分析或独立成分分析等其他分解方法不同非负矩阵分解施加非负约束产生一种累加的、“基于部分”的表征这对神经影像的解释非常有利因为成分直接对应于组织损失。这种效用在其识别神经影像亚型的应用中得到了证明例如非负矩阵分解已基于默认模式网络模式揭示了注意缺陷/多动障碍亚型揭示了与抑郁症临床症状相关的灰质因子以及阿尔茨海默病中的功能连接亚型突显了其揭示疾病异质性的能力。总的来说这些研究说明了非负矩阵分解在神经影像学中用于揭示可能被传统方法掩盖的具有生物学意义的亚型特异性模式的效用。虽然非负矩阵分解能有效识别此类萎缩亚型但这些不同模式是否与不同的治疗反应相关仍不清楚。尽管脊髓小脑共济失调3型目前无法治愈但患者可能受益于对症药物和康复治疗。一项关于重复经颅磁刺激对脊髓小脑共济失调3型患者疗效和安全性的系统综述报告称重复经颅磁刺激在缓解共济失调症状和某些运动功能方面是有效的。进一步推测脑萎缩模式的异质性可能反映了脊髓小脑共济失调3型不同的病理生理亚型每种亚型可能具有独特的治疗需求和反应。在此研究中利用非负矩阵分解在一个脊髓小脑共济失调3型患者研究中识别了萎缩亚型。使用平均单患者偏差图来表征亚型特异性萎缩模式这些偏差图是通过将每位患者的灰质体积与健康对照者灰质体积的规范模型估计值进行比较生成的。在一个独立队列中验证了当前分类结果的可重复性并识别了萎缩模式亚型。此外评估了亚型特异性的临床结果模式及其与临床严重程度的相关性。为了评估萎缩亚型的潜在实际效用在一个包含29名接受靶向大脑足运动区和小脑蚓部的重复经颅磁刺激治疗的脊髓小脑共济失调3型患者的独立队列中进行了探索性分析并检验了不同萎缩亚型会表现出不同治疗反应的假设。2.方法参与者此研究包括三个独立队列一个发现队列87名脊髓小脑共济失调3型患者和143名人口学匹配的健康对照者一个验证队列34名脊髓小脑共济失调3型患者和63名匹配的健康对照者以及一个重复经颅磁刺激队列29名脊髓小脑共济失调3型患者。所有脊髓小脑共济失调3型患者的纳入标准如下(i) 通过CAG重复扩增经基因确诊为脊髓小脑共济失调3型(ii) 年龄 ≥ 18岁(iii) 国际协作共济失调评定量表总分 5对应于有症状的脊髓小脑共济失调3型因为根据Klockgether等人报告的疾病分期国际协作共济失调评定量表总分为1-5代表脊髓小脑共济失调3型的症状前期。脊髓小脑共济失调3型患者的排除标准如下(i) 拒绝参与(ii) 磁共振成像禁忌症(iii) 其他神经或精神疾病史(iv) T2加权序列识别出的与脊髓小脑共济失调3型无关的显著脑结构异常(v) 可能混淆运动功能评估的持续医疗干预。健康对照者从社区招募并经过筛查以排除神经系统疾病和小脑疾病家族史。发现队列和重复经颅磁刺激研究获得了陆军医科大学第一附属医院伦理委员会的批准。验证研究获得了中日友好医院医学伦理委员会的批准。所有参与者均提供了书面知情同意书。临床评估在亚型发现队列中使用国际协作共济失调评定量表评估共济失调严重程度该量表提供更精细的分项评分粒度。国际协作共济失调评定量表包括四个分项姿势和步态、运动功能、言语障碍和眼球运动障碍。分析针对分项和总分进行。在重复经颅磁刺激队列中脊髓小脑共济失调3型患者在基线和治疗4周后使用国际协作共济失调评定量表进行评估。其他测量包括年龄、性别、病程、CAG重复长度和发病年龄。进一步通过将国际协作共济失调评定量表评分除以病程来估计进展速度。MRI数据采集与预处理对于发现队列和重复经颅磁刺激队列使用配备标准西门子8通道头线圈的西门子Trio 3.0 T扫描仪采集3D T1加权图像。为每位参与者采集了T1加权磁化准备快速梯度回波结构扫描。采集参数如下重复时间 1900 ms回波时间 2.52 ms翻转角 9°视野 256×256 mm²矩阵大小 256×256体素大小 1×1×1 mm³层数 176。在验证队列中使用配备8通道头线圈的3.0 T MR扫描仪采集结构T1加权图像。3D T1w图像使用三维快速扰相梯度回波序列采集参数如下重复时间 6.7 ms回波时间 2.9 ms翻转角 12°视野 256× 256 mm²矩阵大小 256×256体素大小 1×1×1 mm³层数 192。T2加权序列仅用于排除不相关的既往神经、医学或精神障碍。程序由两名经验丰富的放射科医生评估。使用CAT12将结构3D T1加权图像分割为灰质、白质和脑脊液。所有预处理程序已在补充方法中详述。所有分割的质量均使用加权平均图像质量评级进行视觉检查和评估。来自发现队列的7名脊髓小脑共济失调3型患者和1名健康对照因低图像质量评级而被排除最终亚型发现队列由80名脊髓小脑共济失调3型患者和142名健康对照组成。然后从460个预定义的脑区中提取区域灰质体积以确保每位脊髓小脑共济失调3型患者全脑覆盖。具体而言400个皮质区域源自Schaefer图谱32个皮层下脑区源自墨尔本皮层下图谱28个小脑区域源自SUIT图谱。对于每位脊髓小脑共济失调3型患者区域灰质体积通过除以总颅内体积进行归一化。最后生成一个维度为80×460的组水平非负灰质矩阵用于后续分析每个单元格代表特定患者特定脑区的总颅内体积校正后灰质体积。SCA3中的萎缩亚型分类为了识别脊髓小脑共济失调3型中的萎缩亚型使用R中实现的非负矩阵分解来分解脊髓小脑共济失调3型组的灰质矩阵。采用非平滑非负矩阵分解算法来增强聚类解的稀疏性。使用同相关系数和轮廓系数确定最佳亚型数量。同相关系数反映了亚型解的稳定性而轮廓系数揭示了亚型内的一致性。使用50次重复的非平滑非负矩阵分解算法估计了2至7种亚型解的这些系数。在确定最佳亚型数量后执行了500次迭代的非负矩阵分解。单患者萎缩图为了表征每个脊髓小脑共济失调3型亚型的萎缩模式为每位参与者计算了w分数。w分数量化了观察到的灰质体积与预期灰质体积的归一化偏差校正了年龄、性别和总颅内体积。每个区域的预期灰质值使用基于健康对照者数据的普通最小二乘模型进行估计。w分数使用以下公式计算其中σ代表标准差。负w分数表示相对于健康对照者预期均值有更大的灰质萎缩。在为所有脊髓小脑共济失调3型患者计算w分数后将这些图在每个亚型内进行平均以显示独特的萎缩模式。这些萎缩亚型在验证队列中进行了验证。rTMS前参与者的分类基于发现队列中的亚型分类结果每个亚型内脊髓小脑共济失调3型患者的灰质体积被平均以代表特征性萎缩模式。然后根据其区域灰质值与每个亚型萎缩特征之间的最小绝对距离对重复经颅磁刺激队列中的重复经颅磁刺激前脊髓小脑共济失调3型患者进行分类。为了客观评估不同亚型对重复经颅磁刺激的差异反应实施了一项盲法评估程序以减少观察者偏倚。具体而言基于影像的亚型分类在不了解临床结果的情况下进行而临床结果的评估在不了解亚型分配的情况下独立进行。统计分析使用Shapiro-Wilk检验评估数据正态性。连续变量年龄、发病年龄、病程、CAG重复长度和进展速度在亚型之间使用双样本t检验或Mann-Whitney U检验进行比较视情况而定。性别分布使用卡方检验进行比较。国际协作共济失调评定量表总分和分项评分使用线性回归模型进行分析以校正协变量。构建了两个模型(i) 校正年龄和性别(ii) 校正年龄、性别和病程。来自这些模型的残差代表协变量校正后评分使用双样本t检验或Mann-Whitney U检验在组间进行比较。使用对w分数进行单样本t检验来识别每个亚型的显著区域偏差。计算皮尔逊相关系数以评估亚型脑区w分数与临床的相关性。统计显著性设为p 0.05并对多重比较进行FDR校正。在重复经颅磁刺激队列中使用线性混合效应模型评估了重复经颅磁刺激的差异效应。为每个临床评分即国际协作共济失调评定量表姿势和步态、国际协作共济失调评定量表运动功能、国际协作共济失调评定量表言语障碍、国际协作共济失调评定量表眼球运动和国际协作共济失调评定量表总分拟合了一个单独的模型。模型在R中使用lme4包实现包括年龄、性别、病程、时间重复经颅磁刺激前/后、亚型亚型1/亚型2以及时间×亚型交互作用的固定效应。参与者截距作为随机效应建模。为了进一步量化每个亚型内临床变化的幅度计算了重复经颅磁刺激前后差异的Cohens d效应量。还在每个亚型内使用配对t检验或Wilcoxon符号秩检验评估了症状改善情况。分析流程如图1所示。为了进一步探讨非负矩阵分解识别的两种基于神经影像的亚型亚型1和亚型2是否与疾病阶段不同进行了两项验证分析。首先比较了两种亚型之间的w分数图校正了年龄、性别、病程和总颅内体积。其次在根据病程对患者进行分层后早期 3年中期3-10年晚期 10年使用校正年龄、性别和总颅内体积的线性回归对疾病阶段内亚型的w分数模式进行定性和定量比较。显著性设为p 0.05并采用FDR校正。在脑海科技云平台中内置了基于体素的形态学分析支持用户批量处理数据并确保每一步参数设置都有据可查。此外平台的项目管理模块可清晰记录数据筛选标准、排除被试原因、分析版本等信息极大提升了研究的透明度和可复现性。感兴趣可联系咨询以及预约产品演示。3.结果人口学特征质量控制后此研究在亚型发现队列中纳入了80名脊髓小脑共济失调3型患者和142名健康对照者在亚型验证队列中纳入了29名脊髓小脑共济失调3型患者和61名健康对照者。在两个队列中脊髓小脑共济失调3型患者与健康对照者之间均未观察到年龄或性别的显著差异p 0.05表1补充结果表S1。重复经颅磁刺激队列共纳入29名脊髓小脑共济失调3型患者补充结果表S2。SCA3患者中的亚型识别80名脊髓小脑共济失调3型患者被分为两种亚型亚型1亚型1, n 39和亚型2亚型2, n 41。两种亚型表现出最佳的数据拟合亚型解具有高稳定性和内聚性图2a补充结果图S1。亚型1和亚型2的组平均w分数图如图2b所示。亚型1患者表现为双侧小叶VI、左侧小脑Crus I和双侧新纹状体为主的萎缩伴有轻度皮质萎缩。亚型2患者表现为最显著的小脑和双侧新纹状体萎缩以及丘脑亚区的w分数升高补充结果图S2。全局直方图显示亚型1的中位区域w分数频率较高而极端值频率低于亚型2图2c。这三种脑结构的w分数分布支持了这些发现图2d。当使用更粗糙的脑分区进行非负矩阵分解时亚型影像模式仍然稳健详情见补充方法和补充结果图S3-S5。在人口学和临床指标方面两种亚型在性别分布、发病年龄、CAG重复长度或进展速度上没有显著差异p 0.05。亚型2患者相比亚型1患者有年龄更大双样本t检验t 2.65p 0.010pFDR 0.06和病程更长Mann-Whitney U 1892p 0.026pFDR 0.06的趋势补充结果表S3。在校正年龄和性别后亚型2患者表现出国际协作共济失调评定量表姿势和步态Mann-Whitney U 1878p 0.037、运动功能Mann-Whitney U 1907p 0.018、言语障碍Mann-Whitney U 1897p 0.023和总分Mann-Whitney U 1940p 0.007更高的趋势尽管这些趋势均未通过FDR校正pFDR 0.05。当病程也被控制时亚型2患者继续表现出更高的国际协作共济失调评定量表运动功能Mann-Whitney U 1886p 0.030pFDR 0.06、言语障碍Mann-Whitney U 1887p 0.029pFDR 0.06和总分Mann-Whitney U 1897p 0.023pFDR 0.06而国际协作共济失调评定量表姿势和步态评分的趋势不再观察到p 0.066补充结果表S4。此外体素水平分析证实了两种萎缩亚型模式及其临床相关性补充结果图S6。亚型偏差模式中不同的症状相关性相关分析揭示了亚型1和亚型2患者中区域偏差模式与不同国际协作共济失调评定量表分项之间的显著正相关和负相关。在亚型1患者中国际协作共济失调评定量表运动功能评分与左侧中扣带回的w分数呈正相关(pFDR 0.05)。亚型1患者国际协作共济失调评定量表运动功能评分的分层图显示随着症状恶化中扣带回从萎缩转变为肥大。在亚型2患者中左侧背侧注意皮层、右侧感觉运动皮层、左侧小脑小叶VIIIA和小脑蚓部VIIIb的萎缩与国际协作共济失调评定量表姿势和步态评分呈负相关(pFDR 0.05)。亚型2患者国际协作共济失调评定量表姿势和步态评分的分层图显示随着症状恶化这些区域进行性萎缩。在亚型1或亚型2患者中均未发现与言语障碍或眼球运动障碍的显著相关性。rTMS队列中的症状改善在重复经颅磁刺激队列中17名(59%)和12名(41%)脊髓小脑共济失调3型患者分别被分类为亚型1和亚型2。经过4周重复经颅磁刺激线性混合效应模型分析显示时间对国际协作共济失调评定量表总分、国际协作共济失调评定量表姿势和步态以及国际协作共济失调评定量表运动功能有显著的主效应( p 0.05)证实了重复经颅磁刺激的总体疗效。亚型的主效应和时间×亚型的交互效应均不显著(p 0.05)表明亚型1和亚型2之间无基线差异且平均治疗反应无统计学可检测的差异。为了进一步描绘亚型内的反应概况检查了每个亚型内前后变化的统计显著性和效应量。亚型1患者在国际协作共济失调评定量表姿势和步态(pFDR 0.001, Cohen’s d 1.09)、国际协作共济失调评定量表运动功能(pFDR 0.001, Cohen’s d 1.29)以及国际协作共济失调评定量表总分方面(pFDR 0.001, Cohen’s d 2.27)表现出显著改善且效应量较大。在亚型2患者中仅在姿势和步态分项(pFDR 0.03; Cohen’s d 0.96)中观察到显著改善。重复经颅磁刺激对症状评分的影响和效应量总结于补充结果表S6。亚型模式的可重复性验证队列中的脊髓小脑共济失调3型患者也被聚类为两种亚型(亚型1, n 12; 亚型2, n 17;)。计算Dice系数以评估发现队列和验证队列之间萎缩亚型的相似性。结果表明验证队列前50和前100个特征的萎缩模式与发现队列中观察到的萎缩模式具有高度的空间对应性(r≥ 0.80)。全局直方图显示亚型2中区域极端值的发生率高于亚型1。三种脑结构的w分数分布进一步支持了这些发现。类似地在验证队列中亚型1显示轻度皮质萎缩以及小脑小叶V、VI和IX及新纹状体的双侧萎缩。亚型2在验证队列中表现出最显著的小脑萎缩程度。验证结果在控制病程后验证分析显示两种亚型在特定影像特征上仍存在显著差异。具体而言在发现队列中亚型2比亚型1表现出更严重的小脑萎缩和较轻的皮质及丘脑亚区萎缩(pFDR 0.05)。在验证队列中发现了类似的差异趋势(p 0.05)。两种亚型的影像模式在疾病早期趋于不同在中期变得更加明显亚型2始终以显著的小脑萎缩为特征而皮质结构相对保留(pFDR 0.05)。在晚期尽管两种亚型的影像特征在一定程度上趋同但仍然存在细微差异。4.讨论识别脊髓小脑共济失调3型中的神经影像异质性对于开发预测疾病进展和促进早期干预的早期生物标志物至关重要。在此研究中在两个独立队列中识别出脊髓小脑共济失调3型患者中两种可重复的萎缩亚型亚型1主要影响新纹状体并表现出轻度小脑和皮质缺陷而亚型2以小脑显著萎缩为特征伴有新纹状体萎缩和丘脑亚区肥大。此外两种亚型均表现出与特定脑区萎缩模式相关的亚型特异性临床关联。在重复经颅磁刺激队列中萎缩亚型似乎具有不同的临床反应概况。这些发现表明脊髓小脑共济失调3型中存在萎缩亚型为脊髓小脑共济失调3型的精准医学提供了有前景的进展。对脊髓小脑共济失调3型变异性的临床研究揭示了强烈的表型异质性。这种异质性与CAG重复的不稳定扩增以及中枢和周围神经系统的广泛结构损伤有关。已有三种被广泛接受的脊髓小脑共济失调3型典型表型被描述(i) Joseph型早发伴锥体系和锥体外系体征、进行性眼外肌麻痹和轻度小脑缺陷(ii) Thomas型中年发病主要累及小脑和锥体束(iii) Machado型晚发远端对称性肌萎缩伴小脑表现伴或不伴进行性眼外肌麻痹和锥体征。然而临床表型的分类可能受到主观和环境因素的影响。此外三项小样本的脊髓小脑共济失调3型纵向研究表明磁共振成像体积比临床量表更敏感。在此研究中使用非负矩阵分解方法基于客观结构磁共振成像数据识别了两种萎缩亚型。亚型1类似于上述Joseph亚型显示轻度小脑缺陷和较早发病的趋势。相比之下亚型2可能主要包括Thomas亚型患者其发病年龄居中以小脑损伤为主。重要的是由于缺乏锥体系和锥体外系量表以及此研究与先前工作在方法上的其他差异识别的萎缩亚型无法直接归类为上述临床表型。此研究的发现强调了灰质体积变化作为脊髓小脑共济失调3型异质性敏感指标的潜在作用。通过描述基于灰质体积的萎缩亚型并在独立验证队列中验证这些亚型模式的可重复性扩展了现有文献。一项2年的纵向研究报告称在脊髓小脑共济失调3型患者的尾状核中观察到体积损失变化的最大效应量。此外常染色体显性纹状体传出变性最初是在发现脊髓小脑共济失调3型的首批家族之一中描述的。在小脑小叶V和VI中已观察到体积减小。与这些研究一致此研究的结果在两种脊髓小脑共济失调3型亚型中均揭示了相似的新纹状体以及小脑小叶V和VI的损伤模式这可能与多巴胺能通路和新纹状体-小脑相互作用的破坏有关。除了共有的脑区外观察到每种亚型的独特模式。发现亚型2中的小脑萎缩更为严重伴有丘脑肥大而亚型1则表现为轻度皮质萎缩。在亚型2中观察到的显著小脑萎缩与进行性和不可逆的运动损伤相关这反映在亚型2共济失调评分较高的趋势上。此外基底节和小脑通过投射到不同的丘脑核团影响皮层活动。亚型2中相对保留的皮层可能与丘脑肥大有关这可能反映了一种代偿机制。此研究的结果表明所识别的萎缩亚型可能反映了脊髓小脑共济失调3型真正的病理生理亚型其特征是独特的影像特征和临床概况。此研究发现特定的萎缩模式与两种脊髓小脑共济失调3型亚型的不同国际协作共济失调评定量表分项评分相关。亚型1和亚型2的萎缩模式分别与国际协作共济失调评定量表运动功能和国际协作共济失调评定量表姿势和步态评分相关。进行性步态和肢体共济失调是脊髓小脑共济失调3型的关键临床标志。在亚型1中发现左侧中扣带回的w分数与国际协作共济失调评定量表运动功能评分之间存在显著正相关。随着运动功能恶化左侧中扣带回从萎缩转变为肥大这可能反映了大脑对神经退行性变的适应性反应。鉴于中扣带回在运动协调和感觉整合中的作用它可能通过增强自主控制来补偿亚型1特征性的基底节主要病理导致的缺陷。一个关键临床特征与中扣带回而非小脑本身等小脑外区域相关的发现突显了非小脑病理对脊髓小脑共济失调3型临床表现的重要贡献。与特定小脑感兴趣区缺乏显著相关性可能反映了脊髓小脑共济失调3型小脑病理的弥漫性和异质性正如先前结构研究所报告的那样。来自功能和代谢影像研究的证据已证明小脑-大脑网络的重组表现为小脑和后顶叶代谢降低同时体感和边缘活动增加这与从前馈到反馈依赖的运动控制转变一致。此外结构网络分析揭示了小脑和小脑外连接及网络效率的破坏并与共济失调评分相关突显了小脑外代偿性贡献。综上所述证据表明中扣带回可能是支持残余运动功能的关键枢纽强调了分布式皮质-皮质下网络在解释脊髓小脑共济失调3型患者临床运动变异性中的作用。亚型2中背侧注意皮层、感觉运动皮层、小脑小叶VIII和小脑蚓部VIIIb的萎缩与国际协作共济失调评定量表姿势和步态评分呈负相关。随着姿势和步态功能障碍恶化这些区域表现出进行性萎缩这与亚型2中共济失调严重程度的增加相关。背侧注意皮层和丘脑的早期增大随着疾病进展发展到萎缩为疾病后期代偿机制的丧失提供了可能的解剖学基础。此研究的结果表明受神经退行性变影响的特定脑区可能导致在脊髓小脑共济失调3型中观察到的临床异质性。对重复经颅磁刺激队列的探索性分析揭示了每种亚型独特的治疗反应概况。与先前报告重复经颅磁刺激可缓解脊髓小脑共济失调3型共济失调症状的研究一致在整个队列中观察到治疗的显著主效应。然而时间×亚型的交互作用未达到统计学显著性表明亚型之间的治疗反应无统计学可检测的差异这可能反映了罕见疾病研究中常见统计功效不足的问题。尽管如此观察到的反应模式和效应量提供了有价值的、可产生假设的见解。亚型1患者在接受重复经颅磁刺激后表现出稳健和多领域的改善特别是在运动功能方面。这种模式表明亚型1患者中小脑-丘脑-皮质回路的相对保留可能为重复经颅磁刺激调节提供了可行的基础。观察到的左侧中扣带回w分数与运动功能之间的正相关进一步支持了这一解释这与中扣带回作为精细运动控制枢纽、其广泛的白质连接以及存在包含负责精确抓握的运动神经元的巨锥体区的作用相一致。相比之下亚型2患者表现出更复杂的反应模式。尽管该亚型特征性的严重小脑萎缩可能会限制治疗获益但在姿势和步态方面观察到唯一统计学上一致的组水平改善。在其他分项中存在大但非显著的效应量可能提示大小不一的变化。两种可能共存的机制可以解释这种现象(1) 亚型2中的一些“超级反应者”可能受益于受影响较小的运动网络节点内的代偿可塑性部分抵消了减少的小脑输入(2) 严重的小脑损伤可能增加对重复经颅磁刺激诱导重组的易感性其结果由萎缩模式无法捕获的个体特异性因素决定。综上所述这些发现支持了重复经颅磁刺激在脊髓小脑共济失调3型中的临床疗效并提示神经影像定义的亚型可能与不同的治疗反应模式相关。尽管需要更大规模、充分功效的研究来确认亚型特异性效应但的结果突显了将基于神经影像的分层纳入未来神经调控疗法临床试验的潜在价值。关于非负矩阵分解识别的神经影像亚型的一个关键考虑是考虑到亚型之间观察到的病程和国际协作共济失调评定量表评分的趋势这些亚型是否仅仅反映了疾病进展的不同阶段。为了解决这个问题在比较影像模式时校正了病程。即使在校正后两种亚型仍表现出不同的空间分布和区域萎缩的相对程度。具体而言以皮质主要受累和小脑相对保留为特征的亚型1在发现队列和验证队列中均得到一致重复支持了这些结构差异的稳健性和可重复性。按病程分层进一步揭示了亚型之间不断演变的病理差异。亚型之间共济失调严重程度的差异在校正后也保持在趋势水平。这些发现表明这些亚型反映了内在的生物学差异而不仅仅是疾病阶段。尽管最近一项使用亚型和阶段推断模型的研究提示脊髓小脑共济失调3型存在核心萎缩序列但充分记录的临床异质性暗示了更复杂的病理生理机制。例如伴有痉挛性截瘫的脊髓小脑共济失调3型表型表现出独特的临床特征和影像特征。类似地伴有肌张力障碍的脊髓小脑共济失调3型表型表现出独特的临床特征和影像特征。一个潜在的整合视角是脊髓小脑共济失调3型遵循一个共享的神经退行性轨迹受遗传和随机因素的调节这些因素影响进展速度和区域易损性。因此非负矩阵分解识别的神经影像亚型可能反映了叠加在核心萎缩模式上的特定神经回路的差异易感性为脊髓小脑共济失调3型的复杂异质性提供了新的见解。另一个关键问题是亚型差异是否可以用CAG重复长度脊髓小脑共济失调3型的主要遗传驱动因素来解释。在的研究中亚型之间的CAG重复长度没有差异。这一发现与先前的证据一致即重复大小仅解释发病年龄约50-70%的方差并且不能可靠地预测进展或小脑衰退。同卵双胞胎中不一致表型的报告进一步强调了CAG长度的有限解释力。总之这些观察突显了其他遗传、表观遗传和环境修饰因子的影响。这里识别的基于神经影像的亚型可能代表了这些修饰因子的宏观表现指向至少部分独立于多聚谷氨酰胺毒性的网络特异性萎缩的生物学通路。因此这两种亚型可能构成脊髓小脑共济失调3型不同的内表型为未来临床研究中的患者分层提供了一个有前景的框架。局限性的研究存在一些局限性。第一仅使用灰质体积来分类萎缩亚型。未来的研究应考虑纳入多模态影像数据如白质和脊髓以进一步全面研究脊髓小脑共济失调3型中的萎缩亚型。第二重复经颅磁刺激队列的样本量较小限制了可靠检测主要治疗效应以及亚型与治疗反应之间任何交互效应的统计功效。小样本量会增加假阴性的风险并放大效应估计的变异性这也可能导致假阳性。因此关于重复经颅磁刺激效应可能与基于影像的亚型一致的初步观察应谨慎解读。未来需要在更大规模、随机、假对照的临床试验中进行验证以确认这些有前景的发现。第三未评估整个疾病进展过程中萎缩亚型模式的轨迹。未来的研究应使用纵向数据来确定萎缩亚型模式是否随时间变化。最后缺乏非共济失调症状的临床数据限制了探索其特定神经生物学相关性的能力。未来整合这些非共济失调症状详细评估的研究将有助于更全面地阐明所识别影像亚型的临床意义和潜在病理生理机制推进对脊髓小脑共济失调3型复杂性的更全面理解。结论通过数据驱动的矩阵分解方法在脊髓小脑共济失调3型患者中识别出两种可重复的萎缩亚型。这些亚型表现出独特的影像特征和临床概况。此外的探索性分析表明这些亚型表现出不同的临床反应概况。理解导致这种异质性的因素对于推进脊髓小脑共济失调3型的精准医学至关重要。解读脑海科技参考文献Liu X, Guo J, Wang X, et al. Regional brain atrophy subtypes in spinocerebellar ataxia type 3: links to clinical performance and treatment response. J Neurol. 2025;273(1):44. Published 2025 Dec 23. doi:10.1007/s00415-025-13583-2