帕金森病中升高的大脑氧提取分数与运动障碍严重程度相关

为何大脑能量重要于帕金森病研究

帕金森病最为人所知的是其外在表现——震颤、僵硬与运动迟缓——但这些症状背后是大脑在努力满足其能量需求的挣扎。本研究探讨早中期帕金森病患者大脑如何利用氧气，氧气是神经细胞的重要燃料。通过评估大脑从血液中提取多少氧气，研究者希望找到一种无创指标，用以反映个体运动问题的严重程度，并揭示受累脑区内部发生的病理变化。

窥探活跃大脑内部

传统上，科学家通过测量大脑对糖的利用或使用放射性示踪剂来追踪氧气的使用来研究帕金森病。这些方法表明，与运动相关的某些深部脑结构（如基底节）在帕金森病中表现出异常的活动模式。然而，氧气的使用本身较难以安全且常规地衡量，因为经典技术依赖短寿命的放射性物质和复杂设备。在这项工作中，研究团队改用先进的 MRI 扫描——许多医院已有的技术——来估算大脑从血液中提取氧气的量，即氧提取分数（oxygen extraction fraction，OEF）。较高的 OEF 表明脑组织在相同血供下提取了更多氧气。

研究如何开展

研究者检查了 50 名帕金森病患者和 30 名健康志愿者。所有参与者均接受了专门的 MRI 扫描，使团队能够构建全脑的 OEF 地图。科学家特别关注基底节——如黑质、红核、苍白球、壳核和尾状核——这些区域在运动控制中居于核心地位，并且在帕金森病中已知会受损。他们也评估了白质，即连接不同脑区的“线路”。对于患者，还收集了标准化的运动功能评分和病程分期，以便将脑部测量与症状严重程度直接比较。

帕金森病中哪些区域氧气利用更高

MRI 地图显示，帕金森病患者在关键运动相关区域的 OEF 平均比健康志愿者高约 8%。这一增加在黑质、红核、苍白球和壳核中最为明显，尾状核和白质也出现了较弱但仍有意义的变化。换言之，那些协调整体运动平滑性的深部枢纽看起来比无该疾病者更“用力”工作——至少是从血液中提取了更多氧气。当团队在全头部逐体素（voxel）检查时，发现多处 OEF 升高的广泛斑块，尤其集中在深部灰质及其周围组织。

将大脑氧气利用与运动障碍联系起来

除了简单的群体差异外，OEF 水平还与患者的功能受损程度相关。黑质、红核、苍白球和白质中更高的 OEF 与标准运动评分更差有关。每增加 10 分的运动症状评分，这些区域的 OEF 大约上升 1.6%。在控制了年龄等变量后，这一模式仍然成立，并且与先前发现的同一结构血流随症状加重而上升的结果相呼应。综合来看，这些结果提示受累回路可能处于代谢应激状态——要么通过更高的工作量补偿神经元丧失，要么反映了血管对这些区域供血方式的变化。

对患者及未来研究的意义

该研究表明，一种相对简单的基于 MRI 的指标——大脑从血液中提取氧气的量——在早到中期帕金森病患者的深部运动中枢中升高，并随运动症状严重程度增加。尽管单独的 OEF 尚不足以在个体层面准确诊断帕金森病，它为观察疾病如何扰乱大脑能量利用提供了有前景的视角。通过进一步改进，并将其与血流和结构变化等其他测量结合，OEF 成图有望成为监测疾病进展、检验新治疗方法并更好理解为何帕金森病中脑细胞如此脆弱的工具。

引用: Candan, H.E., Lee, D., Lee, H. et al. Elevated cerebral oxygen extraction fraction in Parkinson’s disease correlates with motor impairment severity. Sci Rep 16, 5673 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36435-z

关键词: 帕金森病, 大脑氧气利用, MRI 生物标志物, 运动症状, 基底节