Structural and functional brain alterations of post-chemotherapy cognitive impairment in gastric cancer

Abstract

Despite clinical significance of chemobrain, no longitudinal study has been made on change in cognitive function related to chemotherapy in gastric cancer. The aim of this study is to define structural and functional changes in brains of gastric cancer patients caused by chemotherapy-induced cognitive impairment after adjuvant chemotherapy. Thirteen gastric cancer patients with adjuvant chemotherapy (CTx+ group), nine gastric cancer patients without adjuvant chemotherapy (CTx- group), and ten healthy controls (HC) were enrolled for this study. We performed self-report questionnaires, neurocognitive tests, voxel-based morphometry (VBM), resting-state functional magnetic resonance imaging (rsfMRI) and diffusion tensor imaging (DTI) analysis twice at before and 3 months after chemotherapy. Compared to CTx- group, CTx+ group exhibited statistically significant decrease in attention and executive function over time, and also exhibited dysfunction in delayed recognition performance. DTI analysis had interesting results that showed reduced fractional anisotropy (FA) and increased mean diffusivity (MD) in left hippocampus. In addition, results in resting state functional connectivity analysis show significant group-by-time interaction in left hippocampus-anterior thalamus. However, results from VBM analysis confirms that chemotherapy does not cause structural changes in brain. To the best of our knowledge, this is the first longitudinal neuroimaging study on the effect of chemotherapy in gastric cancer patients. Based on the results of this study, we suggest that neuropathological processes and clinical presentation of chemobrain is ultimately similar disease as age-related neurodegenerative disorder. Results of this study help in viewing underlying basis of chemobrain at a new angle and puts emphasis in importance of continuous assessment and intervention.

위암 환자에서의 항암화학요법 이후 인지기능저하 현상의 임상적 중요성에도 불구하고, 아직까지는 항암화학요법 이후 인지기능저하 현상에 대한 종적 뇌영상 연구가 이루어진 바가 없다. 본 연구에서는 위암 환자에서의 항암 화학 요법 이후 인지 기능 저하 현상 기저의 뇌의 구조적, 기능적 변화를 탐색하기 위해 13명의 항암 화학 요법을 시행 받은 위암 환자, 9명의 항암 화학 요법을 시행 받지 않은 위암 환자, 10명의 정상 대조군을 모집하였다. 연구에 참여한 항암 화학 요법을 시행 받은 위암 환자 피험자들은 수술 후 항암화학요법 시행 전과 항암화학요법 시행 3개월 후 두 차례에 걸쳐 자가보고식 설문지, 신경인지검사, 뇌영상 검사를 시행하였다. 항암 화학 요법을 시행 받지 않은 위암 환자와 정상 대조군 또한 동일한 기간을 두고 기저점과 추적 관찰 시점에 동일한 검사들을 시행하였다. 연구 결과 항암 화학 요법 치료를 받지 않은 위암 환자 군에 비해, 항암 화학 요법 치료를 받은 위암 환자 군에서 주의력, 실행 기능 및 지연된 재인 기능이 유의미하게 저하되는 소견이 관찰 되었다. 더하여 항암 화학 요법 치료를 받은 위암 환자 군에서 항암 화학 요법 치료를 받지 않은 위암 환자 군에 비해 확산 텐서 영상 분석 연구 결과 좌측 해마에서 분획 이방성(fractional anisotropy)이 유의미하게 감소하고, 평균 확산성(mean diffusivity)이 유의미하게 증가하는 소견이 확인되었다. 더하여 휴지기 기능성 뇌 자기공명영상 연구 결과 좌측 해마와 전측 시상에서의 통계적으로 유의미한 수준의 그룹간 시간(group-by-time interation)에 따른 상호작용이 관찰되었다. 하지만, 화소 기반 형태 분석(Voxel based morphometry) 결과에서는 의미 있는 뇌의 구조적 변화가 관찰되지 않았다. 본 연구는, 위암 환자에서 발생하는 항암 화학 요법 이후 인지 기능 저하 현상에 대한 최초의 종적 뇌영상 연구이다. 본 연구 결과는 항암 화학 요법 이후 인지 기능 저하 현상이 노화와 연관된 신경 퇴행성 질환(neurodegenerative disorder)과 유사한 임상적 변화와 신경 병리학적(neuropathologiacl) 변화를 보임을 시사한다.