作者：俞翔，李一鸣，南开大学第一附属医院放射科

功能性便秘（functional constipation, FC）是一种常见的功能性胃肠道疾病。根据最新罗马Ⅳ标准，FC 被定义为由肠道功能紊乱所引起的一系列症候群（包括粪便干结、排便困难、排便时间延长、排便次数减少等），且无器质性病变的肠道疾病。全球FC 的发生率约为15%，且女性好发，其病因复杂，涉及多种生理和心理因素的相互作用。

FC 病人常存在脑肠交互异常。脑肠交互也称为脑肠轴（brain-gut axis, BGA），其作为中枢神经系统与肠神经系统之间的双向通路，涉及神经、内分泌、免疫等多个系统的复杂调控。近年来，脑肠交互在FC 发病机制中的作用日益受到关注，尤其是脑MRI 技术的应用，为揭示该疾病的机制提供了新的视角。基于脑肠交互对FC 病人进行多序列脑MRI 评估，有可能为FC 病理生理学、诊断和治疗效果提供更多影像学证据。本文就脑MRI 用于评估FC 脑肠交互的相关技术和应用进行综述，并展望未来研究方向。

1. FC 脑MRI

1.1 结构MRI

结构MRI（structural MRI, sMRI）是一种通过多模态序列，如T1WI、T2WI、基于T1WI 的三维磁化准备快速梯度回波成像（three dimensional magnetization prepared rapid gradient echo imaging，3DMPRAGE）以及扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）等解析大脑解剖特征的神经影像技术，可量化评估灰质（皮质厚度、表面积、体积）和白质（微结构完整性、纤维连接）的形态学特征，为揭示神经疾病的病理机制提供重要依据。

1.1.1 灰质sMRI

大脑灰质是中枢神经系统的重要组成部分，主要由神经元胞体、树突和轴突起始段构成，是大脑信息处理的关键区域。一项采用3DMPRAGE 和基于表面的形态测量学研究结果表明，FC 病人存在广泛性皮质萎缩，具体表现为左侧额中回、背内侧前额叶、腹内侧前额叶、右侧背侧前扣带皮质、左侧眶额皮质、后扣带回/楔前叶、颞中回和辅助运动区的皮质厚度显著减少；此外，FC 病人在颞中回、中央前回和楔前叶/楔叶的皮质体积以及中央前回的皮质表面积也较健康对照组明显减少，值得注意的是，辅助运动区的皮质厚度与排便不尽感呈负相关，提示该区域结构损伤可能影响运动协调功能。Jia 等基于体素的形态测量学研究进一步发现，与健康对照组相比，FC 病人在右侧额中回、左侧岛叶和前扣带皮质的灰质体积（grey matter volume，GMV）显著减少，且这些区域GMV 与腹部症状和排便困难程度呈负相关。

1.1.2 白质sMRI

白质由髓鞘包裹的轴突组成，负责连接大脑各区域。DTI 能够观察到白质纤维束在正常和病理状态下的变化，从而有助于揭示神经疾病和脑损伤的机制。一些研究表明FC 病人存在白质微结构改变，如Hu 等研究采用DTI 和基于纤维束的空间统计学（tract-based spatial statistics，TBSS）方法，结果显示FC 病人的胼胝体、扣带回和放射冠等多个白质束的各向异性分数（fractional anisotropy，FA）降低，且平均扩散率（mean diffusivity，MD）和径向扩散率（radial diffusivity，RD）升高，提示髓鞘完整性受损及轴突退行性变；此外，这些白质束微结构改变与焦虑和抑郁等心理症状相关。

Zhang 等采用DTI 和概率性纤维追踪法研究了FC 与丘脑-边缘/顶叶结构连接性变化的关系，发现FC 病人丘脑与杏仁核、海马回、中央前回和中央后回、辅助运动区以及楔前叶的连接纤维中FA 降低，MD 和RD 升高；其中，丘脑-辅助运动区纤维束RD 异常升高，且排便困难与丘脑-中央前回和丘脑-辅助运动区纤维束的FA 值呈负相关。

总之，FC 与丘脑和边缘/顶叶皮质之间的结构连接改变密切相关，丘脑是感觉信息整合的枢纽，其功能失调可能在FC 发病机制中起关键作用。基于大脑白质纤维的解剖连接构建的结构网络，可以进一步反映大脑中不同区域之间的结构连接。

Ma 等研究探讨了FC 病人的白质网络拓扑组织及其与临床变量的相关性，通过图论分析比较白质网络的全局和节点属性差异，结果显示FC 病人在左侧额上回（眶部）、右侧额中回（眶部）、右侧前扣带和扣带旁的节点特征增强，而左侧尾状核和左侧丘脑的节点特征减弱；此外，FC 病程与左侧丘脑的节点介数呈负相关。

最近一项研究进一步探讨了中老年FC 病人的白质网络拓扑属性变化，发现FC 病人多个脑区的节点聚类系数和局部效率低于健康对照组，而左侧海马和左侧杏仁核等区域的节点聚类系数和局部效率则高于健康对照组，其中，右侧额中回（眶部）的节点效率与病人生活质量问卷得分呈正相关，表明该脑区可能与FC 病人异常的内脏感觉运动信息处理有关。

上述sMRI 研究揭示FC 病人大脑中与情绪处理、自我参照以及感觉运动控制相关的脑区和纤维网络存在不同程度的结构损害，这些改变可能与症状的严重程度相关；同时证实了FC 的神经生物学结构基础，并为评估病人的预后提供了新的方向。

1.2 静息态功能MRI

静息态功能MRI （resting state functional MRI，rs-fMRI）是一种通过测量血氧水平依赖（blood oxygen level dependent，BOLD）信号来研究大脑自发活动的无创成像手段。该技术无需外部刺激即可反映大脑功能活动，其常用分析方法包括低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuations，ALFF）、低频振幅分数（fractional amplitude of low frequency fluctuation，fALFF）、局部一致性（regional homogeneity，ReHo）、功能连接、效应连接以及功能脑网络分析。

1.2.1 ALFF 分析

ALFF 是一种用于量化大脑局部脑区的低频波动振幅，反映局部脑区的自发活动强度。Zhu 等研究发现，FC 病人情绪调节相关脑区（背侧前扣带皮质、前岛叶、眶额皮质、海马）及感觉运动控制区域（辅助运动区、中央前回）的ALFF存在显著差异。格兰杰因果分析进一步显示，FC 病人情绪调节相关脑区（眶额皮质和背侧前扣带皮质）到边缘系统（前岛叶、海马）的效应连接增强，可能通过驱动异常情绪处理，进而调控内脏反应，而感觉运动控制区域（辅助运动区和中央前回）到边缘系统的效应连接减弱，提示感觉和行为反应调控异常。因此，FC 的神经机制可能涉及情绪调节-感觉运动-边缘系统间的功能失衡，这些发现拓展了对FC 神经机制的理解。

1.2.2 功能脑网络分析

人脑是由功能模块化与全局整合共同构成的复杂网络系统。Mayer 等基于脑肠互动理论研究表明，功能性胃肠道疾病症状与精神因素的相互作用可能与大脑复杂网络密切相关，脑MRI 能够显示大脑在处理肠道信号时的功能变化。因此，基于脑肠互动和人脑连接组定位，可能通过“病变脑网络映射”的方法寻找FC 潜在的治疗靶点。

Liu 等基于rs-fMRI 和图论方法，采用Human-Brainnetome 图谱定义大脑区域节点，通过Pearson 相关系数计算节点间功能连接，分析全局、区域和模块化水平的大脑网络拓扑特性，研究发现FC 病人在全局水平上显示出更低的标准化聚类系数和小世界属性，提示信息整合效率下降；在局部水平，网络拓扑特征包括节点度和节点效率的变化主要位于丘脑、前扣带皮质和辅助运动区，这些区域与躯体感觉、情绪处理和运动控制等功能密切相关。同时该研究发现FC 病人丘脑相关网络与边缘网络（包括杏仁核和海马回）的相互作用异常。

Yu等采用Dosenbach 图谱和Yeo7 网络模型进一步发现FC 病人大脑功能网络异常改变，FC 病人在全局水平上的脑网络同配性显著增加；区域水平上，FC病人在感觉运动网络（somatosensory network, SMN）的节点度和节点效率显著增加，在默认模式网络（default mode network，DMN）中节点度显著减少，而节点效率增加；此外，子网络及大尺度脑网络功能连接分析显示，多个网络内和网络间的异常改变，尤其是SMN 和视觉网络，相关性分析显示功能脑网络参数与FC 病人的情绪和便秘评分显著相关。

既往研究主要基于传统的体空间分析技术，但该技术具有皮质定位不精确、难以区分复杂结构和空间标准化问题等诸多局限性。因此基于皮质空间的脑网络研究具有潜在应用价值。Yu 等进一步从皮质空间维度分析，采用基于表面的分析方法，结合Schaefer400 图谱和Tikhonov 正则化算法构建脑网络，结果发现FC 病人在全局以及区域水平的皮质脑网络拓扑特征均出现显著改变，主要分布于视觉网络、边缘网络、DMN 和SMN。

另一方面，有研究应用独立成分分析结合rs-fMRI 对FC 病人进行脑网络分析。Zhang 等研究发现FC 病人表现出大脑功能网络内部活动减少，特别是在与情绪和自主过程相关的双侧尾状核，以及DMN 中的左侧楔前叶，且大脑功能网络间的交互连接性显著降低，尤其是视觉感知网络相关区域。

近年有研究进一步关注女性FC 病人脑网络改变，发现DMN、基底节网络、突显网络以及控制执行网络之间的功能连接性存在显著差异，其中基底节网络与突显网络、DMN 与左半球控制执行网络之间的功能网络连接性增强，而突显网络与右半球控制执行网络之间的功能网络连接性减弱，这些功能连接性改变与病人的便秘症状和情绪状态密切相关。

上述rs-fMRI 研究表明，FC 病人的大脑功能异常不仅位于局部脑区，还涉及脑网络的内部和网络间的相互作用，与视觉感知、情绪处理和感觉运动控制关系密切，这些研究为深入了解FC 病理生理学基础提供了新的视角，并可能为未来的治疗指明了潜在靶点。

2. 情绪亚型FC 的MRI

FC 症状与情绪状态密切相关。一方面，情绪状态，尤其是负面情绪如焦虑和抑郁，可能通过影响肠道的运动和分泌功能而诱发或加重便秘症状；另一方面，肠道不适（如腹胀）也可能激活大脑中处理不适的区域，从而引发或加剧负面情绪。有研究表明，伴有焦虑/抑郁状态的FC（FC with anxietyand/or depression，FCAD）病人的便秘症状往往难以缓解。尽管FCAD 病人的精神共病机制尚未完全阐明，但现有神经影像学研究主要聚焦于FC 病人与健康对照组之间的脑功能差异，缺乏对FCAD 和不伴有焦虑/抑郁状态的FC（FC without anxiety and/or depression，FCNAD）亚型病人之间的比较，从而限制了对FC 神经机制的全面了解，因此有必要进行深入探讨。

Li 等采用fALFF 和功能连接分析方法研究发现，无论是否伴有焦虑/抑郁状态，FC 病人均表现出前扣带皮质、背内侧前额叶皮质和楔前叶的fALFF显著降低，同时中央前回-丘脑功能连接增强，而楔前叶-丘脑连接减弱；此外，FCAD 组还表现出眶额皮质和丘脑的fALFF 降低，以及眶额皮质-海马功能连接增强；相关分析进一步表明，FCAD 病人的大脑活动和功能连接性与便秘症状及焦虑/抑郁状态评分均显著相关，而FCNAD 病人的大脑活动仅与便秘症状相关。

另一项研究则聚焦于FCAD 与FCNAD病人在突显网络和SMN 内部及之间的功能连接差异，结果发现FCAD 和FCNAD 病人均表现出较低的标准化聚类系数和小世界属性；此外，FCAD 病人的腹部疼痛与前扣带皮质的节点度呈正相关，而排便困难与辅助运动区的节点度呈负相关，突显网络与SMN 之间的功能连接强度在FCAD 或FCNAD病人中均显著增加，且仅与FCAD 组中的焦虑评分呈负相关。

综上，FC 病人的胃肠道症状与情绪状态之间存在复杂的交互机制，涉及生理和心理的多重因素。因此，进一步探索这一领域不仅有助于揭示FC 的神经机制，还可能为开发个体化治疗策略提供理论依据，从而改善FC 病人的生活质量并优化临床管理方案。

3. FC 的脑影像遗传学MRI

脑影像遗传学是一个跨学科的研究领域，它整合了神经影像学、遗传学、心理学和分子生物学等多学科的知识与技术，旨在探索基因变异如何影响大脑的结构、功能及神经化学特征，以及这些遗传影响如何与个体的行为、认知和疾病状态相关联。在FC 的研究中，脑影像遗传学的最新进展揭示了一些重要的脑结构和功能变化与基因表达之间的关联。一项关于FC 病人脑GMV 变化及其与基因表达关联的研究发现，FC 病人在右侧眶额皮质、左侧中央前回和双侧丘脑的GMV 显著减少；此外，FC病人的抑郁自评量表得分、生活质量问卷得分和Wexner 便秘评分与眶额皮质的GMV 呈负相关；研究还基于艾伦人脑图谱（allen human brain atlas，AHBA）数据，识别出18 个与FC 病人GMV 变化显著相关的基因，这些基因可能为揭示FC 病人异常的生物学机制提供重要线索。

最近的一项研究进一步从功能角度探讨了FC 病人ReHo 的变化及其与基因表达模式的联系，结果发现FC 病人在双侧尾状核、壳核、前岛叶、丘脑和右中扣带皮质和辅助运动区的ReHo 显著降低，而在双侧眶额皮质ReHo则显著增加。通过AHBA 分析，该研究还发现与ReHo 变化相关的基因表达模式涉及突触信号传导、中枢神经系统发育、脂肪酸代谢和免疫反应等生物学过程。尽管目前关于FC 的遗传学研究已取得了一些进展，但仍需要更多的研究来验证这些发现，并进一步探索基因在疾病机制中的具体作用。

来源：俞翔,李一鸣.脑MRI评估功能性便秘脑肠交互的研究进展[J].国际医学放射学杂志,2025,48(02):173-177.DOI:10.19300/j.2025.Z21838.