びまん性軸索損傷は、中程度の重症の外傷性脳損傷後の神経変性を予測する

外傷性脳損傷は、アルツハイマー病や慢性外傷性脳症などの神経変性疾患の割合の上昇に関連しています。実験モデルでは、拡散軸索損傷は心的外傷後の神経変性を引き起こし、軸索損傷はアミロイドのワレリアン変性および毒性タンパク質症を引き起こし、タウ過剰に毒性タンパク質障害を引き起こします。しかし、人間では、拡散軸索損傷とその後の神経変性との間のリンクはまだ確立されていません。ここでは、びまん性軸索損傷の重症度と位置が、心的外傷後の神経変性の程度を予測するという仮説をテストします。中程度の重症の外傷性脳損傷と19人の健康な対照被験者の後、慢性期の55人の患者の縦方向の変化を調査しました。分数異方性は、拡散軸索損傷の尺度として拡散テンソルイメージングから計算されました。ヤコビの決定要因萎縮率は、心的外傷後の神経変性の尺度の尺度として、連続体積T1スキャンから計算されました。心的外傷後の縦断的な神経変性の潜在的な予測因子を調査し、説明した脳萎縮の分散を比較しました。患者は、びまん性の軸索損傷の広範な証拠を示し、ベースラインでの分数異方性の減少と白質の大部分でのフォローアップを示しました。時間の経過に伴う部分異方性の有意な変化は観察されませんでした。対照的に、脳萎縮の異常に高い割合の灰色と白の両方で見られました。びまん性軸索損傷の位置と程度は、脳萎縮の程度を予測しました。分数異方性は、全脳とボクセルワイズの両方の分析で進行性萎縮を予測しました。最も強い関係は、びまん性軸索損傷の影響を最も一般的に影響を受ける脳梁の体を含む中央の白質管で見られました。びまん性の軸索損傷は、ベースラインの脳の体積、年齢、損傷の重症度の臨床測定、およびマイクロ出血の臨床測定値を含む、他の推定臨床またはイメージング測定よりも白質萎縮の大幅な変動性を予測しました（分数異方性の50％以上対他の測定では5％未満）。灰白質萎縮は、ベースラインでのびまん性軸索損傷によって予測されませんでした。要約すると、拡散軸索損傷の拡散MRI測定は、心的外傷後の神経変性の強力な予測因子です。これは、中程度/重度の外傷性脳損傷の後によく見られるが、不確実な病因である軸索損傷と進行性神経変性との間の因果関係をサポートします。拡散MRIによるびまん性軸索損傷の評価は、予後精度を改善し、臨床治療試験に含めるための最大の神経変性リスクの人々を特定するのに役立つ可能性があります。

Traumatic brain injury is associated with elevated rates of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease and chronic traumatic encephalopathy. In experimental models, diffuse axonal injury triggers post-traumatic neurodegeneration, with axonal damage leading to Wallerian degeneration and toxic proteinopathies of amyloid and hyperphosphorylated tau. However, in humans the link between diffuse axonal injury and subsequent neurodegeneration has yet to be established. Here we test the hypothesis that the severity and location of diffuse axonal injury predicts the degree of progressive post-traumatic neurodegeneration. We investigated longitudinal changes in 55 patients in the chronic phase after moderate-severe traumatic brain injury and 19 healthy control subjects. Fractional anisotropy was calculated from diffusion tensor imaging as a measure of diffuse axonal injury. Jacobian determinant atrophy rates were calculated from serial volumetric T1 scans as a measure of measure post-traumatic neurodegeneration. We explored a range of potential predictors of longitudinal post-traumatic neurodegeneration and compared the variance in brain atrophy that they explained. Patients showed widespread evidence of diffuse axonal injury, with reductions of fractional anisotropy at baseline and follow-up in large parts of the white matter. No significant changes in fractional anisotropy over time were observed. In contrast, abnormally high rates of brain atrophy were seen in both the grey and white matter. The location and extent of diffuse axonal injury predicted the degree of brain atrophy: fractional anisotropy predicted progressive atrophy in both whole-brain and voxelwise analyses. The strongest relationships were seen in central white matter tracts, including the body of the corpus callosum, which are most commonly affected by diffuse axonal injury. Diffuse axonal injury predicted substantially more variability in white matter atrophy than other putative clinical or imaging measures, including baseline brain volume, age, clinical measures of injury severity and microbleeds (>50% for fractional anisotropy versus <5% for other measures). Grey matter atrophy was not predicted by diffuse axonal injury at baseline. In summary, diffusion MRI measures of diffuse axonal injury are a strong predictor of post-traumatic neurodegeneration. This supports a causal link between axonal injury and the progressive neurodegeneration that is commonly seen after moderate/severe traumatic brain injury but has been of uncertain aetiology. The assessment of diffuse axonal injury with diffusion MRI is likely to improve prognostic accuracy and help identify those at greatest neurodegenerative risk for inclusion in clinical treatment trials.