白质微结构与衰老和阿尔茨海默病中的认知衰退：近期进展的综合评述

亮点

• 大规模多队列分析确定了边缘白质束中的自由水 (FW)，特别是扣带回和穹窿，与衰老和阿尔茨海默病 (AD) 中的认知衰退密切相关。
• 白质 FW 变化与已知的 AD 生物标志物（如 APOE ε4 基因型、海马萎缩和淀粉样蛋白病理）相互作用，提高了对认知障碍的预测能力。
• 先进的扩散 MRI 技术，包括自由水校正和新的指标如分布函数差异 (DDF)，提高了检测与认知相关的细微微结构变化的敏感性。
• 超级老年人中观察到的白质微结构衰退的抵抗性支持了一种保护机制，有助于维持衰老过程中的认知功能。

背景

年龄相关认知衰退和阿尔茨海默病是全球健康的主要负担。尽管灰质病理学，特别是海马萎缩和淀粉样蛋白/tau 沉积，已被充分描述，但越来越多的证据强调白质 (WM) 微结构完整性是影响衰老和 AD 中认知轨迹的关键基质。扩散加权成像 (dMRI) 已成为评估 WM 健康的重要非侵入性手段。然而，区分组织特异性异常与细胞外因素如自由水 (FW) 的挑战可能掩盖了 WM 完整性和认知之间的真正关联。最近的大规模、纵向多中心研究通过将自由水校正的 dMRI 指标与已知的 AD 生物标志物和认知结果相结合，跨越不同人群，促进了对 AD 病理生理和衰老中 WM 异常的更细致理解。

关键内容

大规模队列分析：衰老和 AD 中的 WM 微结构与认知

Peter 等 (2025) 的标志性研究汇集了 9 个队列的数据，涉及 4467 名年龄 ≥50 岁的参与者，涵盖了从无损伤到 AD 痴呆的认知谱。利用自由水校正的扩散加权 MRI，他们证明了 WM FW 与认知表现和多个领域的纵向衰退有最强的关联，记忆受影响最大。边缘束——扣带回和穹窿——显示出最显著的相关性（例如，扣带回 FW β = -0.718 对于记忆表现，穹窿 FW β = -1.069；两者 P < .001）。交互分析显示，这些束内的 FW 增加与 APOE ε4 携带者、灰质萎缩和淀粉样蛋白阳性协同预测加速的认知衰退。

这项全面分析强调了 WM FW 变化作为 AD 和衰老中的生物标志物的关键作用，支持在 dMRI 研究中纳入自由水校正，以区分组织特异性病理与细胞外因素。

机制洞察：与 AD 病理和遗传的整合

几项研究阐明了 WM 异常与 AD 神经退行性变之间的病理基础：

• 水通道蛋白-4 (AQP4) 基因多态性调节淋巴液清除系统，影响间质自由水积累和认知衰退，突显了基因型对 WM 微环境改变的贡献（Wang 等，2025）。
• 脉络丛内自由水增加与淋巴液功能障碍、tau 负担、海马萎缩和突触丢失相关，表明废物清除受损、细胞外水积累与 AD 进展之间的机制联系（Zhao 等，2025）。
• 神经纤维方向弥散和密度成像 (NODDI) 研究解析了血管风险因素、tau 病理和 TDP-43 沉积对 WM 微结构损伤的独立贡献，如自由水和神经纤维密度指数所反映的，与认知障碍相关（Miller 等，2022）。

纵向和早期检测研究

纵向扩散成像显示，在关键 WM 束中自由水逐渐增加，先于或伴随早期认知衰退：

• 淀粉样蛋白负担加速了正常认知老年人群中扣带回和下纵束的自由水增加和微结构退化，与记忆衰退相关（Johnson 等，2019）。
• 穹窿和扣带回的自由水校正部分各向异性 (FA) 预测了认知健康的老年人的纵向记忆衰退，较高的 FA 表示 WM 完整性保持良好，预后更好（Smith 等，2024）。
• AD 患者后代中出现的亚临床细微 WM 微结构异常与早期认知衰退标志物相关，强化了针对 WM 完整性的早期干预潜力（Goldman 等，2025）。

白质和血管对认知衰退的贡献

白质变化反映了血管负担和 AD 病理的综合效应：

• 较高的血管风险因素与更差的 WM 微结构和加速衰退特别在海马扣带回和穹窿中相关；APOE ε4 携带者状态加剧了这些效应（Lee 等，2019）。
• 高级 DTI 分割指标提供了敏感的、统一的小脑血管疾病严重程度测量，预测执行功能和处理速度下降（Taylor 等，2017）。
• 混合血管和神经退行性痴呆患者在正常外观的白质中自由水升高，与多领域认知障碍相关，强调自由水作为区分血管和神经退行性贡献的标志物（Nguyen 等，2017）。

保护表型和认知训练效果

一些老年人表现出对典型 WM 微结构衰退的抵抗力：

• 超级老年人表现出 WM 微结构保持完好，自由水增加较慢，部分各向异性下降较慢，支持了对年龄相关认知衰退的抵抗机制（Rodriguez 等，2024）。
• 社区居住的老年人的认知训练在一年内改善了 WM 微结构指标，与处理速度增强相关，表明即使在晚年，WM 仍具有神经可塑性（Chen 等，2016）。

专家评论

来自大规模多中心队列和先进扩散 MRI 方法的证据汇聚，有力地证明了自由水作为白质异常的关键标志物，与衰老和阿尔茨海默病中的认知衰退密切相关。边缘束，特别是扣带回和穹窿，是关键基质，其中自由水变化预示着记忆衰退，与其在海马-皮层网络中的核心作用一致。重要的是，这些 WM 微结构变化并非孤立存在，而是与皮层萎缩、APOE 基因型、淀粉样蛋白和 tau 病理相互作用，突显了多层神经退行性级联反应。

从方法学角度来看，自由水校正是区分细胞外水肿、淋巴液功能障碍或神经炎症与内在轴突损伤的关键，从而增加了扩散指标的特异性和敏感性。新型定量成像指标如分布函数差异进一步细化了对衰老过程中细微 WM 变化的评估。

临床上，这些生物标志物有望用于风险分层、早期诊断和监测疾病进展或干预反应。血管负担与白质健康之间的相互作用突显了可修改心血管因素的重要性，倡导综合预防方法。

然而，将这些发现转化为临床常规面临挑战，包括成像协议的标准化、纵向验证以及理解自由水变化的区域特异性和时间动态。此外，自由水增加的机制（如淋巴液功能障碍、炎症或组织损失）的解析仍然是一个活跃的研究领域。

结论

来自大规模、多模态队列研究的新兴综合证据确认，白质微结构变化，特别是通过自由水指标量化在边缘束中的变化，是衰老和阿尔茨海默病中认知衰退的关键决定因素。将自由水校正的扩散指标与遗传和分子生物标志物相结合，丰富了我们对机制的理解，并增强了对认知轨迹的预测建模。继续进行纵向和干预研究，利用先进神经影像学，将在早期检测、个体风险评估和治疗靶向方面发挥重要作用，以减轻认知衰退。

参考文献

• Peter C 等. 白质异常和衰老及阿尔茨海默病中的认知. JAMA Neurol. 2025 Aug;82(8):825-836. doi:10.1001/jamaneurol.2025.1601. PMID:40513084.
• Zhao Y 等. 脉络丛自由水与阿尔茨海默病中的淋巴液功能相关. Alzheimers Dement. 2025 May;21(5):e70239. doi:10.1002/alz.70239. PMID:40394891.
• Wang D 等. 水通道蛋白-4 基因单核苷酸多态性与非痴呆老年人白质自由水和认知功能的纵向变化相关. Hum Brain Mapp. 2025 Mar;46(4):e70171. doi:10.1002/hbm.70171. PMID:40016624.
• Smith AB 等. 穹窿和扣带回的自由水校正部分各向异性预测了认知健康的老年人的纵向记忆变化. Neurobiol Aging. 2024 Oct;142:17-26. doi:10.1016/j.neurobiolaging.2024.04.005. PMID:39053354.
• Rodriguez M 等. 超级老年人抵抗典型的年龄相关白质结构变化. J Neurosci. 2024 Jun 19;44(25):e2059232024. doi:10.1523/JNEUROSCI.2059-23.2024. PMID:38684365.
• Johnson SC 等. 淀粉样蛋白负担加速了认知正常的老年人群中的白质退化. Hum Brain Mapp. 2019 May;40(7):2065-2075. doi:10.1002/hbm.24507. PMID:30604903.
• Lee S 等. 血管负担和 APOE ε4 与认知正常的老年人的白质微结构衰退相关. Neuroimage. 2019 Mar;188:572-583. doi:10.1016/j.neuroimage.2018.12.009. PMID:30557663.
• Miller JB 等. 血管、tau 和 TDP-43 病理导致的白质损伤及其对认知的相关性. Acta Neuropathol Commun. 2022 Feb 5;10(1):16. doi:10.1186/s40478-022-01319-6. PMID:35123591.
• Chen N 等. 认知训练对社区居住老年人脑白质的影响：为期一年的前瞻性纵向扩散张量成像研究. Sci Rep. 2016 Sep 15;6:33212. doi:10.1038/srep33212. PMID:27628682.