一份关于皮质下区域灰质体积随年龄和性别变化的图谱：以46,111名英国生物银行（UK Biobank）参与者为例

《Mechanisms of Ageing and Development》：An atlas of age- and sex-related volumetric alterations of grey matter in subcortical regions: the case of 46,111 UK Biobank participants

衰老过程中下丘脑灰质体积性别差异及轨迹研究。利用英国生物银行46,111名健康个体的T1加权MRI数据，结合线性与非线性路径分析，发现脑干、双侧杏仁核和海马体对衰老最敏感，男性萎缩程度更显著；而纹状体和丘脑体积相对稳定。研究揭示性别特异性衰老模式，建立了下丘脑灰质体积变化的基准图谱，为神经退行性疾病早期诊断和再生治疗提供依据。 衰老|性别差异|灰质体积|脑结构|神经退行性疾病|英国生物银行|轨迹分析|病理诊断基准|

　　随着全球人口老龄化趋势的加剧，理解大脑结构在衰老过程中的正常变化对于区分病理性的衰退与健康的衰老变得尤为重要。大脑结构的衰老不仅影响认知功能，还可能增加神经退行性疾病的患病风险。为了填补这一领域研究的空白，本研究利用英国生物银行（UK Biobank）中46,111名认知健康个体的T1加权磁共振成像（MRI）数据，探讨了衰老对大脑皮层下灰质体积（GMV）的影响，包括其线性和非线性变化模式，以及生物性别的调节作用。这些研究结果不仅有助于早期诊断神经退行性疾病，还为再生医学和治疗策略提供了重要的参考。

研究团队首先对数据进行了全面的预处理，包括使用FMRIB的线性图像配准工具和脑提取工具，将数据标准化并去除可能影响测量的扫描位置变量。通过使用FMRIB的自动化分割工具，研究人员对T1加权MRI图像进行了组织类型分割，生成了灰质、白质、脑脊液以及部分体积图像。这些图像经过处理后，形成了用于分析的完整数据集。为了评估衰老对GMV的影响，研究团队采用了路径分析方法，考虑了年龄、年龄的平方项、生物性别以及年龄与性别之间的交互作用。这种非线性路径分析模型能够更全面地捕捉到大脑结构变化的复杂性，识别出可能被线性模型忽略的加速或减速变化。

研究结果表明，大脑的某些皮层下结构对衰老的敏感度较高，其中脑干、左右两侧的杏仁核和海马体是最容易发生年龄相关萎缩的区域。在这些区域中，男性表现出比女性更明显的萎缩趋势。然而，衰老并非单向的萎缩过程，某些结构如苍白球和尾状核则表现出随着年龄增长而体积增加的现象，这种变化在老年阶段尤为显著。这一发现提示我们，衰老过程中可能存在两种不同的机制：一种是萎缩，另一种是炎症。这种非线性变化模式为理解大脑衰老的多样性提供了新的视角。

在探讨生物性别对GMV的影响时，研究发现男性在大多数皮层下结构中表现出更高的GMV，但在某些关键区域如海马体、杏仁核和丘脑中，性别差异尤为明显。例如，左侧和右侧海马体的GMV变化在男性和女性之间存在显著差异，而苍白球的GMV变化则相对较少受到性别影响。这种性别差异可能与这些结构在记忆和情绪调节中的功能有关，而这些功能可能受到性激素的影响。相比之下，苍白球主要参与运动控制和协调，其功能可能较少受到性激素变化的影响，因此GMV变化与性别之间的关联较弱。

此外，研究还发现年龄与性别的交互作用对某些皮层下结构的GMV变化具有显著影响。例如，在脑干、左右丘脑和苍白球中，年龄与性别之间的相互作用影响了GMV的变化曲线。这表明，不同性别在衰老过程中对某些结构的萎缩或炎症反应可能存在差异。在这些区域中，男性表现出较慢的线性萎缩速度，而女性则显示出更快的萎缩趋势。这种差异可能与性激素水平、遗传因素或生活方式等多种因素有关，值得进一步研究。

研究还揭示了皮层下结构在不同年龄阶段的体积变化模式。例如，脑干、左右杏仁核和海马体的体积变化在男性和女性中呈现出不同的时间点，表明这些结构的衰老过程可能受到性别因素的显著影响。相比之下，尾状核和苍白球的体积变化在两个性别中表现出相似的模式，这可能意味着这些结构的衰老过程在性别之间较为一致。值得注意的是，某些结构如左侧苍白球的体积变化似乎不受年龄和性别之间交互作用的显著影响，这可能意味着这些结构在衰老过程中具有较强的稳定性。

本研究的发现为神经退行性疾病的早期诊断和干预提供了重要的依据。通过识别那些对年龄相关萎缩和炎症最敏感的皮层下结构，研究人员能够建立一个基准模型，用于区分正常衰老与病理性的改变。这种模型不仅可以帮助临床医生更好地评估个体的脑健康状况，还可以指导再生医学和治疗策略，特别是在针对特定结构的保护措施方面。例如，针对那些对年龄相关萎缩最敏感的区域，可以开发更具针对性的干预措施，以延缓或防止这些结构的退化。

在方法学方面，本研究采用了一个大规模、高质量的数据集，这为结果的可靠性和普遍性提供了保障。此外，通过结合线性和非线性路径分析模型，研究人员能够更全面地捕捉到大脑结构变化的复杂性，避免了传统线性模型可能忽略的重要信息。这种多维度的分析方法不仅提高了研究的科学性，也为未来的相关研究提供了新的思路和方法。

研究还强调了生物性别在衰老过程中的重要性。尽管在许多皮层下结构中，男性表现出更高的GMV，但在某些关键区域如海马体、杏仁核和丘脑中，性别差异更为显著。这种差异可能与性激素对这些结构的影响有关，而这些结构在认知和情绪调节中起着重要作用。因此，理解性别对这些结构的影响对于制定个性化的医疗干预措施具有重要意义。

总的来说，本研究通过大规模的MRI数据集，揭示了大脑结构在衰老过程中的复杂变化模式，以及生物性别在这些变化中的调节作用。这些发现不仅有助于理解正常的衰老过程，还为识别病理性的改变提供了重要的参考。此外，研究还强调了在不同性别中，某些皮层下结构的体积变化可能具有不同的时间点和速率，这提示我们需要考虑性别因素在制定衰老相关的医疗策略时的重要性。未来的研究可以进一步探讨这些变化背后的生物学机制，以及如何利用这些信息来开发更有效的干预措施，以应对老龄化带来的挑战。