《Orphanet Journal of Rare Diseases》：Deep learning assisted retinal microvasculature assessment and cerebral small vessel disease in Fabry disease
### 研究背景
法布里病（Fabry disease，FD，OMIM #301500）是一种罕见的 X 连锁隐性遗传性疾病，发病率为 1/40,000 - 1/117,000 活产儿。它由 GLA 基因突变导致溶酶体酶 α - 半乳糖苷酶 A（α - Gal A）缺乏，使得溶酶体球鞘糖脂（Gb3）在细胞和组织中逐渐积累，引发组织炎症、纤维化，进而导致多器官功能异常，如肾衰竭、心律失常和心肌病等。
Gb3 积累会影响微血管功能，导致内皮功能障碍、一氧化氮通路失调和微血管重塑，还会降低血管承受静水压力的能力，形成异常血管网络，影响组织灌注和细胞功能。在眼部，FD 患者常出现视网膜和结膜血管异常，且视网膜血管迂曲度与疾病进展和严重程度相关，但对视网膜血管网络的研究仍较少。
脑小血管病（CSVD）是 FD 患者脑部受累的主要表现，FD 患者中 CSVD 的发病率高达 62%。CSVD 在脑部磁共振成像（MRI）上主要表现为白质高信号（WMHs）、脑微出血（CMBs）、腔隙性梗死（LIs）和血管周围间隙扩大（EPVSs）。神经系统受累是 FD 患者预期寿命缩短和高死亡率的主要原因之一。由于视网膜和脑微血管在胚胎起源、解剖和生理功能上相似，视网膜微血管变化被认为可能是 CSVD 的潜在生物标志物，但 FD 患者中 CSVD 的成像特征与 RMPs 的具体关系尚未明确。
研究方法
本研究为回顾性病例对照研究，在北京大学第一医院进行，遵循赫尔辛基宣言原则，经当地机构审查委员会批准。研究纳入 27 例 FD 患者和 27 例年龄、性别匹配的健康对照者。FD 患者经综合评估确诊，收集其人口统计学、实验室检查、GLA 突变类型、病史、治疗及疾病严重程度评估（如 Mainz 严重程度评分指数，MSSI）等数据。对照者为在北京大学第一医院进行常规体检、眼部屈光度数小于 - 3.00 D 的健康人，排除患有糖尿病、原发性高血压等系统性疾病及严重近视、青光眼、白内障等眼部疾病的个体。所有参与者均签署知情同意书。
对所有受试者进行常规眼科检查，包括眼压、视力评估、眼底摄影和前段裂隙灯检查。使用 45° 数码眼底相机收集 54 名参与者以视盘后极部为中心的视网膜照片，并将眼底图像根据新加坡 I 血管评估法分为三个区域（Zone A、Zone B 和 Zone C）。利用基于 U - Net 架构的深度学习模型对视网膜血管进行自动分割和 RMPs 分析，该模型以 Inception - V3 为编码器，集成了空洞空间金字塔池化模块，通过 softmax 函数区分动脉和静脉，进而量化 RMPs。
通过特定公式或方案计算不同区域的 RMPs，包括血管直径相关参数（如中央视网膜动脉等效 CRAE、中央视网膜静脉等效 CRVE、动静脉比 AVR 等）、血管密度参数（血管长度密度 VLD、血管面积密度 VAD）、血管分支参数（长度直径比 LDR 等）、血管对称性参数（角不对称 AA、不对称比 AR 等）、血管分叉参数（分支角 BA、分支系数 BC 等）、血管迂曲度参数（曲率迂曲度 CT、简单迂曲度 ST）和分形维数（FrD）。
对 FD 患者进行 3T GE 1.5 Signa Twin Speed 扫描仪的脑部 MRI 扫描，由两名独立的经验丰富的医生评估 CSVD 病变和脑萎缩的评分。WMHs 通过 Fazekas 评分（0 - 3 分）和年龄相关白质变化（ARWMC）评分评估，CMB 通过可靠的微出血解剖评分量表（MARS）测量，EPVS 在基底节和半卵圆中心分别计算评分，同时评估综合小血管疾病评分（SVDS，0 - 4 分）和全球皮质萎缩（GCA）量表。
使用 Shapiro - Wilk 检验评估所有连续变量的分布正态性。数据（均值 ± 标准差）服从正态分布时，采用非配对 Student's t 检验比较 FD 组和对照组、男性和女性之间的 RMPs；否则，采用 Mann - Whitney U 检验。通过 Spearman 秩相关法分析 RMPs 与疾病标志物、严重程度和 CSVD 相关指数的相关性。为减少偏倚，仅对所有参与者的右眼进行分析。使用 SPSS 26.0 软件进行统计分析，双侧 p < 0.05 为差异有统计学意义。同时，进行受试者工作特征（ROC）曲线分析，评估 RMPs 区分轻度（MSSI 评分 < 20）和中重度（MSSI 评分≥20）FD 患者的能力。
研究结果
FD 组共纳入 27 例患者，其中男性 19 例，女性 8 例，年龄 16 - 73 岁，发病年龄 5 - 18 岁。6 例患者有高血压，仅 2 例有视力障碍。FD 患者血清中 α - Gal A 活性（22 例）和 Lyso - Gb3（15 例）平均浓度分别为 4.04±7.27 μmol/L/h 和 59.66±54.26 ng/ml。5 例患者的 MSSI 评分和 MRI 数据缺失，MSSI 评分范围为 5 - 42 分。CSVD 评分的中位数（四分位间距）为：ARWMC 3（2, 8）；Fazekas 1（0.75, 2）；EPVS 1（0, 2）；MARS 0（0, 2）；LI 0（0, 1）；SVDS 1（0.5, 3）；GCA 2（0, 7.5）。FD 组和对照组在年龄和性别上无显著差异。
与对照组相比，FD 组视网膜血管密度（VAD 和 VLD）降低，CRAE、CRVE 和 FrD 水平显著降低，而血管不对称性增加（AAv 降低，ARa 和 ARv 升高），静脉迂曲度（CTv 和 STv）增加，动脉分支角（BAa）减小，但部分差异未达统计学意义。
男性 FD 患者年龄显著小于女性，且 α - Gal A 活性更低，Lyso - Gb3 活性更高。在 RMPs 方面，男性 FD 患者的 STa 更高，NFBa 和 LDRv 更低。
RMPs 与血浆和 Lyso - Gb3 水平、MSSI 评分及 CSVD 相关评分存在显著相关性。如 STa、NFBa 与血浆相关，CRAE、AVR 等与 Lyso - Gb3 水平相关，AAv 与 MSSI 评分负相关，ARa 与多个 CSVD 相关评分（ARWMC、Fazekas、Lacuna、SVDS、GCA）负相关，同时 RMPs 中的 FrD、CTv、VAD 分别与 Fazekas 评分、Lacuna、SVDS 评分正相关。对 AAv 进行 ROC 曲线分析，其曲线下面积为 0.783（95% CI，0.563 - 1.000；p = 0.025），特异性为 83.3%，敏感性为 80%，表明 AAv 在识别轻度和中重度 FD 患者方面有一定效能。
研究讨论
本研究利用深度学习辅助模型，通过量化参数客观描述了视网膜血管网络的形态和延伸。研究发现，FD 患者与对照组在 RMPs 上存在显著差异，且 RMPs 与脑部 MRI 相关指数、疾病标志物和严重程度评分密切相关，对监测 CSVD 相关脑损伤、疾病严重程度和预后具有重要意义。
FD 患者视网膜血管的大小和密度小于对照组，这是由于 VLD、VAD、CRAE 和 CRVE 等血管形态学参数较低。血管直径减小会增加壁剪切应力，影响视网膜微循环，损伤血管内皮。同时，FD 患者的静脉迂曲度显著增加，约为对照组的 1.5 倍，这是由于 Gb3 在血管内皮细胞中积累，降低了血管壁对静水压力的抵抗力，导致内皮功能障碍和血管病变。男性 FD 患者的血管迂曲度高于女性，可能与 X 连锁遗传模式有关，男性的全身和眼部表型更严重。
在血管延伸方面，FD 患者的动脉分支角减小，静脉角不对称性降低，动静脉不对称比增加，分形维数降低，这些变化可能与 GB3 聚集导致的血管损伤有关。此外，RMPs 与 α - Gal A 和 Lyso - Gb3 水平密切相关，提示血管参数可用于监测 FD 患者的疾病进展。
由于视网膜和脑血管在解剖和生理上相似，RMPs 可作为监测脑微血管疾病和皮质损伤的窗口。研究发现，FD 患者的 RMPs，尤其是视网膜 ARa 的增加，与除 MARS 外的所有 CSVD 相关评分呈负相关，表明视网膜动脉不对称性与 WMHs、LIs 和脑萎缩有关，可能是这些疾病的预测因素。
ROC 曲线分析表明 AAv 可作为监测 FD 疾病进展的可靠生物标志物。眼底摄影结合 AI 辅助分析具有成本低、速度快、无创等优点，在监测微血管变化和疾病进展方面具有重要的临床意义和潜在价值。
本研究存在一定局限性，如基于横断面设计，需进一步队列研究确定因果关系；部分参数与评分的相关性可能受年龄等因素影响；样本量有限，部分相关性系数较低；眼底摄影局限于视网膜动静脉分析，未来可采用光学相干断层扫描血管造影（OCTA）进一步探索毛细血管系统、脉络膜变化与脑损伤的关系；研究未调整眼部屈光不正，部分 FD 患者患有高血压，且未研究酶替代疗法对血管病变的影响。尽管存在这些局限性，但本研究首次为视网膜微血管网络作为 FD 早期脑损伤的潜在工具提供了证据，为进一步研究和临床实践奠定了基础。
研究结论
本研究通过眼底照片对视网膜血管进行定量评估，发现法布里病患者存在血管迂曲度和不对称性增加、密度和直径减小、分支角减小以及血管分层更简单等特征。借助 AI 辅助图像分割和快速评估，眼底图像的无创快速采集有望在未来初步评估与 CSVD 相关的脑损伤，并监测 FD 疾病的严重程度和进展。
闁瑰灚鎹佺粊锟�
濞戞挸顑堝ù鍥┾偓鐟邦槹瀹撳孩瀵奸敂鐐毄閻庢稒鍔掗崝鐔煎Υ婵犲洠鍋撳宕囩畺缂備礁妫滈崕顏呯閿濆牓妯嬮柟娲诲幘閵囨岸寮幍顔界暠闁肩瓔鍨虫晶鍧楁閸撲礁浠柕鍡楊儐鐢壆妲愰姀鐙€娲ゅù锝嗘礋閳ь剚淇虹换鍐╃閿濆牓妯嬮柛鎺戞閻庤姤绌遍崘顓犵闁诡喓鍔庡▓鎴︽嚒椤栨粌鈷栭柛娆愬灩楠炲洭鎯嶉弮鍌楁晙
10x Genomics闁哄倹婢橀幖顪渋sium HD 鐎殿喒鍋撻柛姘煎灠瀹曠喓绱掗崱姘姃闁告帒妫滄ご鎼佹偝閸モ晜鐣遍柛蹇嬪姀濞村棜銇愰弴鐘电煁缂佸本妞藉Λ鍧楀礆閸℃ḿ鈧粙鏁嶉敓锟�
婵炲棎鍨肩换瀣▔鐎ｎ厽绁癟wist闁靛棗锕ｇ粭澶愬棘椤撶偛缍侀柛鏍ㄧ墱濞堟厤RISPR缂佹稒鐩埀顒€顦伴悧鍝ヤ沪閳ь剟濡寸€ｎ剚鏆╅悗娑欏姃閸旓拷
闁告娲滅划蹇涙嚄閻愬銈撮幖鏉戠箰閸欏棝姊婚妸銉ｄ海閻犱焦褰冮悥锟� - 婵烇絽宕崣鍡樼閸℃鎺撶鎼达綆鍎戝☉鎾亾濞戞搩浜滃畷鐔虹磼閸℃艾鍔掗悗鍦仱閻涙瑧鎷嬮幑鎰靛悁闁告帞澧楅弳鐔煎箲椤斿灝绐涢柟璨夊倻鐟㈤柛娆樺灥椤宕犻弽顑帡寮搁敓锟�
濞戞挸顑堝ù鍥Υ婵犲嫮鐭庨柤宕囧仜閸炴挳鎽傜€ｎ剚顏ら悹鎰╁妺缁ㄧ増鎷呭⿰鍐ㄧ€婚柡瀣姈閺岀喎鈻旈弴鐘虫毄閻庢稒鍔掗崝鐔煎Υ閿燂拷
