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【佑安学术】学术新突破:佑安李宏军团队6篇文章同时在国际期刊发表揭示影像组学空间表征与HIV相关脑认知损伤风险的因果关系

作者:放射科 浏览次数:
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HIV相关神经认知障碍综合征(HAND)严重损害患者认知功能,给家庭和社会带来严重负担。研究HAND临床前期无症状神经认知损伤(ANI)脑机制,对理解其发病机制和研发早诊早治新方法具有重要科学意义和临床价值。近年来,以核磁共振成像为代表的的脑成像技术,可用于活体无创定量评估人脑结构、链接和功能的特性。尽管李宏军教授团队长期在系列国家自然基金重点项目、多项国家自然科学基金面上项目及多项北京市自然基金面上项目的支持下,成功建立了中国源灵长类认知损伤模型和临床基础模型(队列研究),积累了丰硕的研究成果,并在国际学术领域产生重要积极的影响。研究证据表明HIV相关脑认知损伤与脑影像空间组学表型特征与正常人的脑影像空间组学表型特征存在显著差异,但基于影像与知识图谱的空间组学特征和HIV相关脑认知损伤风险机制尚不清楚,探讨其因果互作机制有重要的生物学和临床研究意义。2022年10月李宏军教授应Frontiers in neurology(2022年影响因子/JCR分区:IF:4.086/Q2)编辑部邀请组织专题真对HIV与脑认知损伤的互作机制特征、HAND可逆转期(ANI)预警指标、干预靶点和抗逆转录病毒药物治疗疗效评估指标体系等问题进行系列研究。带领团队经过近一年时间的研究总结分析,组织本团队的6篇文章在Frontiers in neurology专刊“Diagnostic Imaging for HIV-associated Neurocognitive Disorders”同时发表。

(1) Han S, Aili X, Ma J, Liu J, Wang W, Yang X, Wang X, Sun L and Li H (2022). Altered regional homogeneity and functional connectivity of brain activity in young HIV-infected patients with asymptomatic neurocognitive impairment. Front. Neurol. 13:982520. doi: 10.3389/fneur.2022.982520。首次结合脑局部一致性指标和基于ROI的功能连接分析,针对年轻HIV感染人群的ANI患者,分析其脑网络改变的特征,研究结果表明,视觉网络可能是年轻HIV感染ANI患者脑功能最脆弱的区域。额中回、小脑蚓部和岛叶的改变也和无症状神经认知障碍密切相关。这些区域的功能改变与疾病的病程和神经认知功能有关。这些神经影像学特征的发现进一步揭示了年轻HIV感染人群ANI患者的脑功能模式的变化,对HAND的早诊早治起着重要的参考诊断价值。

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图1 两组人在ROI区域的功能连接(FC)方面有明显差异。

(2) Li R, Gao Y, Wang W, Jiao Z, Rao Bo, Liu G, Li H. Altered gray matter structural covariance networks in drug-naïve and treated early HIV-infected individuals. Front Neurol. 2022 Sep 20;13:869871. doi: 10.3389/fneur.2022.869871.

首次应用脑结构图论分析的研究方法针对HIV感染接受以及未接受抗逆转录病毒治疗(cART)治疗人群进行分析,结果提示HIV感染者和未接受cART治疗的人在不同尺度上有灰质网络的改变规律,并对灰质结构协方差网络的发现认为可能有望成为HIV相关认知障碍的潜在疾病标志物。

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图2a,区域结节指标Bc的组间结果。色条刻度代表组间Bc差异的t值。蓝色(负t值)表示前者<后者。2b,网络群落指标模块数(A,B)和模块化指数Q(C,D)的组间结果。在阈值为0.20时,HIV+/cART+的模块数多于HCs(阈值为0.20时)和HIV+/cART-(阈值为0.20和0.25时)。

(3) Aili X, Wang W, Zhang A, Jiao Z, Li X, Rao B, Li R, Li H. Rich-Club Analysis of Structural Brain Network Alterations in HIV Positive Patients With Fully Suppressed Plasma Viral Loads. Front Neurol. 2022 Jun; 13:825177. doi: 10.3389/fneur.2022.825177. eCollection 2022. PMID: 35812120. PMCID: PMC9263507.

首次应用脑白质束分析和图论分析的研究方法,针对HIV感染中年轻且病毒载量被抑制的群体,分析在早期认知损伤阶段大脑微观结构链接的改变,研究表明,在病毒被抑制的年轻患者中,局部指标变化明显,主要变化在枕叶及皮质下层脑区,提示在早期认知障碍患者中该区域的局部脑损伤及脑结构链接的重分布,针对HIV患者年轻化的趋势,该研究提示了早期该群体在早期认知损伤时大脑的改变。

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图3 HIV+患者和健康对照组之间全脑结构网络分析中的节点属性的明显改变(P<0.05)投射到大脑表面的两个半球和一系列的阈值上。

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图4 组间的结构网络的枢纽节点、异常的富豪俱乐部连接显示在功能网络中:红色边缘表示正的T得分以及比较HIV+患者和HC组以及ANI组和非HAND组之间所有节点的结构网络结点特性。

(4) Nguchu BA, Zhao J, Wang Y, de Dieu Uwisengeyimana J, Wang X, Qiu B, Li H.Altered Glymphatic System in Middle-Aged cART-Treated Patients With HIV: A Diffusion Tensor Imaging Study. Front Neurol. 2022 Mar 11;13:819594. doi: 10.3389/fneur.2022.819594. eCollection 2022.

首次为探讨HIV和抗逆转录病毒联合疗法(cART)对脑部类淋巴系统的影响,并建立HIV相关神经认知障碍(HAND)的潜在生物标志物。研究表明HIV引起的对脑部类淋巴系统流动和清除的变化,可能是接受cART治疗HIV患者认知障碍的基础。脑部类淋巴系统活动的增加可能反映了一种补偿机制,以调节被HIV破坏的微环境的平衡性,这种补偿可能是在应对HIV病理生理的同时,也是维持大脑正常功能所必需的。这些发现也阐明了根据ALPS指数评估乙肝功能的临床重要性,并表明改善乙肝系统方法可作为HAND的替代治疗策略设想。

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图5用于ALPS指数评估的兴趣区域(ROI)以及髓部静脉。

(5.)Qi Y, Li RL, Wang YY, Wang W, Liu XZ, Liu J, Li X, Zhang XD, Yu W, Liu JJ, Guo YF, Rao B, Li HJ. Characteristics of Brain White Matter Microstructure in HIV Male Patients With Primary Syphilis Co-Infection. Front Neurol. 2022 Jan 18;12:776818. doi: 10.3389/fneur.2021.776818.

首次为研究梅毒感染对HIV感染的男性患者白质(WM)微结构的影响。结果显示HIV+/梅毒患者和HC之间的DTI指标没有显著差异。与HC相比,HIV+/梅毒患者的胼胝体体部(BCC)、胼胝体脾部(SCC)、胼胝体属部(GCC)、双侧前放射冠(ACR)、上放射冠(SCR)、后放射冠(PCR)和丘脑后放射(PTR)的FA较低(P < 0.05)。在BCC和SCC中发现较高的RD(P < 0.05)。与HIV+/Syphilis-相比,HIV+/Syphilis+的复杂运动技能(CMS)得分较低,BCC、SCC、GCC、双侧ACR、SCR、PCR、PTR、扣带回(CGC)的FA较低。右下额枕束(IFO)、内囊后部(RLIC)、矢状层(SS)、外囊(EC)在HIV+/梅毒+中的FA较低(P<0. 01). 未经多重比较校正的相关分析显示,在HIV+/梅毒+中,GCC和CMS的FA、BCC的FA和CMS之间存在着正相关。研究表明梅毒合并感染可对HIV感染者的大脑WM产生附加或协同效应。无梅毒的HIV感染者应积极治疗,避免梅毒感染。

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图6 三组之间DTI指标的差异以及健康对照组和HIV+/梅毒+组之间的DTI指标的差异。

(6.)Ma J, Yang X, Xu F, Li H. Application of Diffusion Tensor Imaging (DTI) in the Diagnosis of HIV-Associated Neurocognitive Disorder (HAND): A Meta-Analysis and a System Review. Front Neurol. 2022 Jul 7;13:898191. doi: 10.3389/fneur.2022.898191. PMID: 35873786; PMCID: PMC9302369.

本研究首次采用DTI在HIV相关认知损伤的应用进行了荟萃分析,并归纳总结了之前对于HIV患者出现的相关白质纤维损伤的研究,结果证明了DTI在HAND诊断中的有效性,尤其在胼胝体等部位,但结果仍受诸多因素影响而存在一定的不确定性。


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图7 HIV阳性组与对照组之间的FA和MD的Meta分析结果。

荟萃分析结果的漏斗图。

在此鸣谢我的博士研究生团队、临床团队和参与合作的专家教授的共同参与!

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基本情况:李宏军

医学博士、教授、主任医师、博士研究生导师/博士后导师/国家卫健委传承项目导师;享受国务院政府特殊津贴专家、国家突出贡献专家、北京市首批十百千卫生人才、北京市首批215高层次卫生人才学科(骨干)带头人。国家感染疾病临床医学研究中心首席医学影像学专家,特聘教授。被誉为传染病放射学开创者及创新学科体系奠基者。

研究方向:传染病放射学

业务专长:传染病放射学诊断、感染与炎症放射学诊断、炎症相关肿瘤放射学诊断、推崇循证医学理念,致力于基于影像学与多源异构数据融合的无创精准分级诊断。

获得荣誉:2020年被评为北京市优秀共产党员;农工党北京市委优秀党员;2019-2021年连续获得“名师带徒”称号;2019年获得“人民好医生”称号。2020年授予“国之名医-卓越建树”专家。2020年授予“北京市抗疫先进个人”。2020年授予“中国农工党中央全国抗疫先进个人”。2020年授予“中国农工党中央北京市抗疫先进个人”。2015年被北京市授予“科技创新培育团队”、2015年被北京市授予科技领军人署名“李宏军科技创新工作室”。2020年北京市授予“李宏军示范科技创新工作室”。2021“北京学者”候选人。

现任职务:首都医科大学附属北京佑安医院医学影像学中心主任,首都医科大学医学影像与核医学系副主任,国际英文刊物Journal Radiology of Infectious Diseases创始主编(国家卫健委主管),Radiology Science 创始主编,Frontiers Neuroscience GUEST 主编,Wily BMC Neurology副主编,新发复发传染病电子杂志副主编。

学术兼职:国家卫健委全国卫生健康技术推广传承应用项目放射学专业委员会主任委员,中国研究型医院学会感染与炎症放射学分会主任委员,中国艾滋病性病防治协会艾滋病放射学专业委员会主任委员,中国科技产业促进会数字健康专委会主任委员;中华医学会放射学分会传染病放射学专业委员会主任委员,中国医院协会传染病管理分会传染病影像管理学组组长,中国医疗保健国际交流促进会循证医学分会副主任委员,北京影像学诊疗技术创新联盟理事长,中国医学装备学会放射专业委员会副主任委员,北京医学会放射学分会常务委员。国家科技进步奖评审专家、中华医学科技进步奖评审专家,科技部重大研发专项评审专家、国家自然科学基金委项目评审专家、国家留学基金委评审专家等。

科研经历:近年获批科技部重大研发项目首席科学家项目2项、获批主持重点国家自然科学基金、面上项目及北京自然科学基金等7项。主持北京重大科技研发计划项目等15余项。发表在AIDS等核心及英文论文210余篇。获中华医学科技奖等省部级奖项10项,国家发明专利及知识产权及软件著作权登记等30项。主编专著48部、教材5部、指南2部、标准8部;主编英文版专业原著16部(包括in press),被国际著名的Springer Nature&PMPH系列出版发行,代表性著作Radiology of Infectious Diseases 1-2和Radiology of HIV/AIDS于2014和2015年双双获得年度“输出版优秀图书奖”、在2017年双双获得国家新闻出版总局版权“普遍奖励”。医工结合及多学科交叉融合转化产品4套(肺结核一体化管理系统及多语言用户信息管理系统及5G+互联网数字医疗新模式系统)。

突出贡献:长期从事临床医学影像诊疗工作30年。遵循“国际视野、患者需求、系统思考、整体推进”的学科建设理念和“医疗技术规范化、技术设备现代化、医工结合信息化、技术队伍专业化”的国际化学科建设思想。联合全国著名医学影像专家开启了传染病影像学与病原、病理机制的系统理论体系与技术研究,创新实践,开创了全球艾滋病影像学、传染病影像学、感染与炎症放射学、感染炎症相关肿瘤放射学等的系统创新理论体系和教材、规范、指南、标准和学科体系为核心的现代医学影像信息学科模式。全球率先建成了现代传染病影像信息学的国际化创新集成学科,被誉为传染病影像学的开拓者和奠基者。推动了我国乃至国际传染病防控诊疗技术的发展。