作者：黄丽娜，李晓露，卜书婷，范国光，中国医科大学附属第一医院放射科

神经退行性疾病以神经元功能丧失及认知功能持续下降为特征，其中阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)和帕金森病(Parkinson disease，PD)最常见，是导致认知障碍、致残及相关死亡的主要原因之一。胆碱能、多巴胺能、去甲肾上腺素能及血清素能通路对于调控认知功能具有关键作用，可通过调节神经递质释放和突触可塑性来影响大脑皮层多区域活动。

近年相关研究聚焦于神经递质机制、多种影像学技术与人工智能(artificial intelligence，AI)辅助诊断相结合，以及影像学监测药物治疗效果。作为非侵入性技术，MRI可通过多种序列衍生参数定量分析脑内微观结构及功能改变，有助于评估代谢通路变化。PET是功能成像技术，通过放射性示踪剂追踪神经递质代谢及受体功能，深入揭示神经退行性疾病的病理机制。

MRI与PET融合有助于从结构及分子层面综合分析认知障碍机制，为早期诊断与精准治疗疾病提供关键依据。本文就MRI及PET针对AD与PD认知相关代谢通路最新研究进展进行综述。

1. 胆碱能通路

胆碱能通路指从基底前脑和脑干向皮层脑区投射的胆碱能纤维路径，对于神经退行性疾病认知损伤具有重要影响。Meynert基底核(nucleus basalis of Meynert，NBM)/Ch4是基底前脑的主要胆碱能核团，其投射纤维沿内侧及外侧胆碱能通路分布于大脑皮层及杏仁核，广泛参与注意、记忆及情绪等认知过程的调控。NBM 体积减少及胆碱能通路的白质损伤与AD和PD 伴认知障碍(PD with cognitive impairment，PD-CI)密切相关。弥散张量成像(diffusion tensorimaging，DTI)研究发现，AD及PD-CI患者内外侧胆碱能通路完整性下降，分别与记忆、注意力和执行功能等损伤相关，提示胆碱能系统受损在不同疾病中的表现具有异质性。

另外，功能连接(functional connectivity，FC)研究表明，PD早期NBM-皮层连接已发生特异性改变并与多维认知功能变化相关，且可早于结构变化。多模态MRI研究结果显示，基底前脑胆碱能核团结构、完整性及FC值下降与PD认知障碍密切相关，提示其具有揭示结构—功能—认知关系的潜力。但现有研究多关注结构或网络改变，仅少数研究利用多模态MRI观察AD患者NBM 体积萎缩与小脑的连接改变。

未来研究应整合多模态MRI、病理及基因纵向数据，系统探讨胆碱能通路与认知障碍的联系。胆碱能神经传递PET成像对于诊断、监测神经退行性疾病及研究其病理机制具有重要价值。已知轻度认知障碍(mild cognitive impairment，MCI)患者海马、额叶皮层等认知相关脑区与PET显像剂结合的胆碱能受体明显减少并伴随皮层萎缩。KHAN等发现PD 早期可通过增强胆碱能神经支配对海马CA2-CA3区萎缩形成补偿。ZHANG 等报道，GBA 突变PD患者额叶胆碱能结合降低，提示基因可能参与神经递质系统调控。

此外，GERMANCASTELAN等结合PET 及分子研究发现女性AD患者海马及额叶区域β-淀粉样蛋白(amyloidβ-protein，Aβ)沉积与结构退化更为显著。RICHTER等指出，年龄是影响MCI患者基底前脑体积及胆碱能缺损的关键因素，高龄个体认知恶化更为显著。上述研究结果提示，性别与年龄等人口学因素可能与胆碱能调节功能相关，能够影响AD 进程及MCI转化。

2. 多巴胺能通路

大脑存在3个主要多巴胺能通路，分别涉及黑质-纹状体(nigrostriatal，NS)、中脑皮质-边缘系统(mesocorticolimbic，MCL)及结节漏斗部。纹状体、中脑、边缘系统及前额叶皮层中的多巴胺能系统通过NS及MCL通路参与记忆和认知调节。几乎所有PD患者NS通路均存在不同程度多巴胺能神经元丢失。

DTI研究显示，PD-CI患者黑质、背侧纹状体及前额叶皮层的纤维微结构受损；功能成像研究亦发现，PD患者基底节(尤其纹状体)与前额叶皮层间的功能连接下降，与认知功能减退密切相关。一项联合PET和结构MRI的纵向研究结果显示，PD患者基底节多巴胺功能受损及灰质体积减少与执行及注意障碍密切相关。AD患者NS通路改变与认知功能变化存在一定相关性。

动物实验结果提示，AD早期阶段可能已有多巴胺能神经元丧失；而NS通路受损与视觉空间及执行功能障碍相关。尸检证据进一步表明，AD患者突触前多巴胺功能受损主要见于黑质背侧区，而在PD中更常见于腹侧区，提示NS通路对AD具有一定易感性，可能与黑质神经元广泛分布及轴突分支结构相关。AD所致MCL通路受损甚至可能比NS通路更为关键。

SALA等通过结构MRI及SPECT发现MCI与AD患者MCL通路结合电位及连接完整性显著下降。PET研究显示，AD患者MCL皮质下与皮质靶点之间的连接明显丢失，而其NS回路变化并不显著。MANCA等结合MRI、临床数据及AD生物标志物进行分析，认为腹侧被盖区与皮质边缘区功能断裂可能加速MCI向AD的转化。MCL通路损伤可能成为AD进展的重要影像学标志，但尚缺乏多中心、纵向研究结果的支撑，有待继续深入探讨。

3. 去甲肾上腺素能通路

蓝斑(locus coeruleus，LC)是脑干最主要的去甲肾上腺素(norepinephrine，NE)来源核团，其投射广泛分布于大脑皮层，构成去甲肾上腺素能通路，对于调节注意力、行为灵活性、工作记忆及长期记忆等认知功能具有重要作用。神经黑色素敏感MRI及高亲和力PET已用于评估PD及AD所致LC结构与NE转运蛋白功能变化。针对LC的MRI随访研究结果显示，LC变性与AD认知退化密切相关。

YE等通过7T磁化传递成像发现PD患者LC完整性下降主要始于尾部，之后累及中段与喙部；而AD与健康老年人的LC细胞损失集中于喙部；提示PD与AD的亚区易损性存在差异。AD患者LC体积减少与NE系统功能下降呈正相关，且涉及记忆与执行功能损害。此外，LAURENCIN等通过PET及神经黑质MRI发现PD患者皮层及基底核等区域NE系统功能下降，并与黑质退化密切相关，提示其间可能存在病理协同作用。PD早期LC功能障碍与认知障碍相关，且可能涉及多种神经递质间的相互作用。

已有研究表明，早期PD所致LC退变可造成海马NE 水平下降、结构萎缩及记忆损害。多模态PET研究发现，AD早期海马内LC活性降低与认知退化相关。额叶功能下降与注意力及情绪障碍相关，血清素系统也可能参与其中。老年人群LC对比度与皮层厚度密切相关，特别是在顶叶、额叶及枕叶区域。上述研究结果提示，海马及额叶通过NE通路参与认知调控；应结合多模态MRI及其他影像学技术、联合AI算法深入探究具体调控机制。

4. 血清素能通路

血清素即5-羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)，主要来源于脑干中缝核，尤其是中缝背核及中缝正中核。依据解剖分布及功能投射，5-HT能通路可分为头侧和尾侧2组，通过与多种膜受体结合参与认知、情绪、睡眠、食欲及体温调节等神经活动。目前对于AD所致5-HT能通路变化的研究主要采用PET，并发现5-HT减低与AD患者认知相关。早期AD患者前额叶、海马及扣带皮层等区域5-HT1A受体结合力下降，后者或可作为早期AD生物学标志物。

动物模型研究发现选择性5-HT2C受体激动剂可改善AD小鼠突触可塑性及记忆功能，可能是潜在治疗靶点。MCI患者5-HT 转运蛋白(serotonin transporters，SERT)可用性下降与Aβ沉积空间重叠，且与执行与言语记忆损害显著相关，即5-HT系统退化可能参与认知障碍早期机制。PD早期多巴胺转运蛋白减少与SERT水平升高相关，可能存在早期代偿机制。多模态PET及高分辨率结构MRI研究发现，随病情进展，MCI患者5-HT系统退化与认知障碍的关联增强，尤其是执行功能与记忆。

MAILLET等利用多模态PET成像发现PD患者前额叶及边缘系统中5-HT系统受损与认知及情绪障碍密切相关；KASPER等通过功能MRI发现5-HT系统对PD具有重要影响，特别是在情绪及认知功能方面，且5-HT变化可影响前额叶皮层及海马的静息态连接。上述研究表明，5-HT 受体和SERT对于AD及PD所致认知障碍的作用具有区域特异性与动态性。未来应推动基于MRI的5-HT能通路研究，结合多模态成像与AI进一步阐明其在认知障碍中的作用机制及预测价值。

来源：黄丽娜，李晓露，卜书婷，等.神经退行性疾病认知功能与代谢通路的MRI与PET研究进展[J].中国医学影像技术，2025，41(05):821-825.DOI:10.13929/j.issn.1003-3289.2025.05.027.