蘇宇 齊菲 王嫚 謝清明 高潔 張東升 張小玲

糖尿病是一種常見的代謝性疾病，全球患病率逐年遞增［1,2］。我國2015年糖尿病患者已超過1 億，其中2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）占90%，其發(fā)病也逐漸趨于年輕化［3］。T2DM會造成廣泛的大腦結(jié)構(gòu)和功能損傷，從而導(dǎo)致多種認知單元受損。既往研究及系統(tǒng)性綜述表明腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損害與T2DM 患者認知障礙密切相關(guān)［4］，對不伴認知障礙的T2DM患者腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)異常的研究較少［5］。有研究表明，T2DM 患者在未出現(xiàn)認知障礙前，可出現(xiàn)早期認知能力改變［6］，但其損傷神經(jīng)機制尚不清楚，因此，筆者致力于探討不伴認知障礙的中年T2DM 患者認知功能與腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)異常的潛在聯(lián)系，以期早期識別T2DM 合并認知改變的影像學(xué)標(biāo)記物，為臨床早期干預(yù)提供依據(jù)。

資料與方法

1.研究對象

收集2018 年12 月～2019 年6 月陜西省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科28 例中年T2DM 患者及26 例中年健康被試。T2DM 患者納入標(biāo)準(zhǔn)： 符合2 型糖尿病的診斷標(biāo)準(zhǔn)［2014 美國糖尿病協(xié)會（American Diabetes Association，ADA）］：（1）糖化血紅蛋白≥6.5%（48 mmol/mol）；（2）空腹血糖（FDG）≥7.0 mmol/L（126 mg/dl）；（3）口服葡萄糖耐量試驗（OGTT）2 h餐后血糖≥11.1 mmol/L（200 mg/dl），和高血糖癥狀或高血糖危象且隨機血糖≥11.1 mmol/L（200 mg/dl）；（4）無高血糖癥狀，應(yīng)復(fù)查以上1～3 項。所有被試滿足年齡在45～65 歲［7］，右利手，母語為漢語，簡易智力狀態(tài)檢查量表（mini-mental state examination，MMSE）和蒙特利爾認知評估量表（Montreal cognitive assessment，MOCA）評分≥26 分。排除標(biāo)準(zhǔn)：年齡相關(guān)白質(zhì)改變評分量表（age-related white matter changes，ARWMC）評分＞2；有聽力、語言交流困難、幽閉恐懼癥等無法配合MRI 檢查者；合并其他肝、腎、功及內(nèi)分泌疾患者；顱內(nèi)器質(zhì)性病變；酒精依賴以及其他精神藥物濫用者。所有被試檢查前均詳細告知實驗內(nèi)容并簽署知情同意書。

2.小血管疾病評估

腦白質(zhì)異常高信號和腔隙性梗死的定量評估采用FLAIR 和T2WI 圖像，采用ARWMC 對雙側(cè)額葉、頂葉和枕葉、顳葉、小腦和腦干、基底神經(jīng)節(jié)5個區(qū)域進行評分［8］。評分規(guī)則：白質(zhì)改變定義為在T2WI/FLAIR 圖像上大于5 mm 邊界不清的高信號病灶。評分為2 分以上的參與者均被排除在外，由兩名高年資神經(jīng)影像醫(yī)生對被試分別進行評分，兩人意見分歧通過協(xié)商解決，最終共有3 名被試被排除在外，其中兩名2 型糖尿病患者評分為4分和6 分，1 名健康被試評分為3 分。

3.神經(jīng)心理學(xué)測試

所有被試者在接受DTI 掃描前1 h 內(nèi)需完成一系列神經(jīng)心理學(xué)量表測試，包括MMSE、MoCA、連線測試A（trail-making test part A，TMT-A）及畫鐘測試（clock drawing test，CDT），MMSE 及MOCA用于評估被試者的一般認知功能，TMT-A 評估被試神經(jīng)反應(yīng)速度及注意力，CDT 評估視覺空間功能，神經(jīng)心理學(xué)測試由經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)的心理科醫(yī)生完成。

4.數(shù)據(jù)采集

采用3.0 T Philips Ingenia 磁共振掃描儀，使用16 通道相控陣頭線圈，被試采取仰臥位，佩戴耳塞，頭兩側(cè)加海綿墊，以盡量減少頭部運動。以前后聯(lián)合的連線作為掃描基線行DTI 掃描，采用平面回波成像（echo-planar imaging，EPI）序列。掃描參數(shù)：TR 10000 ms，TE 92 ms，矩陣128×128，視野224 mm×224 mm，層間隔0，層厚5 mm，擴散敏感梯度方向64 個，擴散敏感系數(shù)（b）取0、1000 s/mm2。所有被試者在DTI 掃描前均進行常規(guī)T2WI 掃描以排除顱內(nèi)器質(zhì)性病變。

5.DTI 數(shù)據(jù)預(yù)處理

DTI 數(shù)據(jù)的預(yù)處理使用FSL 5.04 版本，采用MRICRON 的dcm2 nii 工具將DICOM 格式轉(zhuǎn)化為NIfTI 格式，生成FDT，再進行頭動渦流校正，提取腦模板和B0，去除腦組織以外的頭皮、顱骨，基于最小二乘法擬合張量模型計算然后得出部分各向異性分數(shù)（fraction anisotropy，F(xiàn)A）、λ1［軸向擴散張量（axial diffusion，AD）值］、λ2 和λ3 的均值［垂直擴散張量（radial diffusion，RD）值］，以及λ1、λ2 和λ3 的均值平均擴散系數(shù)（mean diffusion，MD）值。

6.空間統(tǒng)計分析（tract-based spatial statistics，TBSS）方法

具體如下：（1）將FA 圖非線性配準(zhǔn)到約翰霍普金斯大學(xué)提供的FA 模板上，對所有對齊的FA 圖像的均值進行骨架化，得到平均FA 骨架。（2）將每個受試者的FA 數(shù)據(jù)投射到FA 骨架上，得到每個受試者的大腦白質(zhì)FA 纖維骨架圖。（3）使用平均FA 骨架為模板，F(xiàn)A 均值為0.2，排列數(shù)目設(shè)定為5000，對T2DM 組與對照組的FA 骨架進行基于體素的全腦非參數(shù)統(tǒng)計比較。（4）以P＜0.05 作為統(tǒng)計檢驗水準(zhǔn)，無閾值簇增強（threshold-free cluster enhancement，TFCE）進行多重比較。（5）將所有被試各自的FA 圖非線性配準(zhǔn)到其他參量圖上，生成各自的配準(zhǔn)后的參數(shù)圖，并將之投射到平均FA纖維束骨架上，再進行與步驟4 相同的兩組間比較。（6）將各參數(shù)圖兩組間比較結(jié)果通過FSL Viewer 工具疊加到FA 模板上，顯示有統(tǒng)計學(xué)差異的區(qū)域。約翰霍普金斯大學(xué)的JHU 白質(zhì)模板可以將全腦白質(zhì)分為48 個白質(zhì)纖維束，未考慮小腦和腦干。

7.統(tǒng)計學(xué)方法

人口學(xué)資料、臨床和神經(jīng)心理學(xué)行為數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 進行分析，兩組間的人口統(tǒng)計學(xué)和臨床變量采用兩獨立樣本t 檢驗及卡方檢驗進行統(tǒng)計比較，P＜0.05 被認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。提取有統(tǒng)計學(xué)差異的腦區(qū)的參數(shù)值與HbA1C、病程及行為學(xué)量表采用Pearson 相關(guān)性分析。

結(jié) 果

1.人口學(xué)資料及神經(jīng)心理學(xué)測試結(jié)果

兩組被試者年齡、性別、受教育程度、BMI、血壓、總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白、MMSE、MOCA、ARWMC、TMT-A 評分均無顯著差異（P＞0.05）；T2DM 組空腹血糖、糖化血紅蛋白均顯著高于健康被試（healthy controls，HC）組（P＜0.05）。T2DM患者CDT 評分明顯低于HC 組（P＜0.05）（表1）。

2.TBSS 分析結(jié)果

相對于HC，T2DM 組胼胝體體部、壓部、左側(cè)大腦腳、右側(cè)內(nèi)囊前、后肢、雙側(cè)內(nèi)囊（豆?fàn)詈撕蟛浚?、外囊、穹?終紋、上縱束、左側(cè)放射冠前部、扣帶、右側(cè)放射冠、丘腦后輻射（包括視輻射）及矢狀層（包括下縱束及額枕下束）FA 減低；胼胝體壓部、右側(cè)放射冠后部、丘腦后輻射（包括視輻射）MD 升高；整個胼胝體、左側(cè)大腦腳、雙側(cè)內(nèi)囊前后肢、雙側(cè)內(nèi)囊（豆?fàn)詈撕蟛浚?、外囊、放射冠、丘腦后輻射（包括視輻射）、矢狀層（包括下縱束及額枕下束）、上縱束、右側(cè)扣帶束、左側(cè)穹隆/終紋RD 升高（圖1）。

3.FA 顯著差異腦區(qū)

相對于HC，T2DM 患者右側(cè)丘腦后輻射、右側(cè)矢狀層、左側(cè)大腦腳、胼胝體壓部、右側(cè)內(nèi)囊后肢FA 下降（＞200 像素），未發(fā)現(xiàn)FA 升高的腦區(qū)。腦區(qū)、體素值及P 值（表2）。

4.相關(guān)性分析結(jié)果

對存在顯著差異腦區(qū)的FA 值與行為學(xué)評分行相關(guān)性分析顯示： 在不加入?yún)f(xié)變量的相關(guān)分析中，T2DM 患者右側(cè)丘腦后輻射（含視輻射）FA 值與CDT 評分呈正相關(guān)（P=0.022，r=0.448），將年齡及受教育程度作為協(xié)變量，T2DM 患者右側(cè)丘腦后輻射（含視輻射）的FA 與CDT 評分仍呈正相關(guān)（P=0.034，r=0.434）（圖2）。

表1 T2DM 及HC 組人口學(xué)、臨床資料及神經(jīng)心理學(xué)白質(zhì)評分

表2 T2DM 組FA 顯著下降腦區(qū)

討 論

本研究圍繞腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損傷的研究方法、損傷的重點區(qū)域、DTI 參數(shù)值與神經(jīng)心理學(xué)評分相關(guān)性及參數(shù)值改變意義四方面做如下探討。

適用于全腦白質(zhì)DTI 的分析方法包括基于體素的全腦分析（voxel-based analysis，VBA）和基于纖維束示蹤的空間統(tǒng)計分析（TBSS），兩者都是自動化的分析方法，對全腦逐個體素水平進行FA等擴散特性的比較。VBA 比較組間的整體體素，而TBSS 則局 限于分析白質(zhì)骨 架［9］。許多研究者更傾向于TBSS 而非VBA，是因VBA 會遇到由腦白質(zhì)萎縮而引起白質(zhì)纖維束配準(zhǔn)不良，從而導(dǎo)致精確性下降，此外，在某種程度上，其平滑核大小是隨意的，而TBSS 不需進行空間標(biāo)準(zhǔn)化和平滑，通過提取白質(zhì)纖維束骨架進行精確對齊和比較，能更準(zhǔn)確的對差異區(qū)進行定位［10,11］。最近一項關(guān)于T2DM 腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變的綜述報道指出VBA 方法出現(xiàn)的結(jié)果差異較大，而TBSS 方法出現(xiàn)腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)異常的一致性較高［5］。

腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)損傷是認知改變的神經(jīng)基礎(chǔ)［12］。本次研究結(jié)果表明，T2DM 患者在出現(xiàn)認知功能障礙之前，腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)已存在廣泛損傷，包括胼胝體、左側(cè)大腦腳、雙側(cè)內(nèi)囊前后肢、雙側(cè)內(nèi)囊（豆?fàn)詈撕蟛浚⑼饽?、放射冠、丘腦后輻射（包括視輻射）、矢狀層（包括下縱束及額枕下束）、上縱束、右側(cè)扣帶束、左側(cè)穹隆/終紋，其中胼胝體損傷最為嚴重，與先前的研究結(jié)果一致［13］。胼胝體是連接左右大腦半球的主要聯(lián)合纖維，在大腦半球間信息傳遞、整合和協(xié)調(diào)中發(fā)揮關(guān)鍵作用［14］，胼胝體損傷與多種認知能力下降密切相關(guān)，包括記憶、情感和執(zhí)行等［15］。

腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)異常與T2DM 患者相關(guān)認知損害具有一定的相關(guān)性。先前研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)囊前肢和外囊白質(zhì)完整性下降與執(zhí)行功能損傷具有潛在聯(lián)系［12］，鉤狀束損傷與信息處理速度下降密切相關(guān)［7］。本次研究發(fā)現(xiàn)，即使在整體認知功能沒有損傷的情況下，T2DM 患者較健康被試者視空間評分（CDT）下降，而且右側(cè)丘腦后輻射（含視輻射）的白質(zhì)完整性下降與視空間評分具有相關(guān)性。丘腦后幅射連接丘腦與枕葉，在整體認知控制和消除干擾方面具有重要意義［16］，其與后側(cè)丘腦以及來自外側(cè)膝狀體的視輻射連接，從而產(chǎn)生視覺，而且，丘腦-皮層反饋環(huán)路是維持視覺區(qū)域的活動的重要環(huán)路。有學(xué)者認為，早產(chǎn)的成年人的視覺短時記憶與右側(cè)丘腦后輻射具有密切聯(lián)系，視覺注意損傷主要影響右側(cè)大腦半球纖維束［17,18］。一項探討2 型糖尿病早期認知改變的研究發(fā)現(xiàn)，2 型糖尿病患者視覺空間功能損害出現(xiàn)較早，也較為突出［19］。此外，評估視覺空間功能不僅可以從健康人群中辨別輕度認知障礙（mild cognitive impairment，MCI）患者，而且可預(yù)測輕度認知障礙到阿爾茨海默病的轉(zhuǎn)化，是檢測有前期癥狀阿爾茨海默病患者的認知標(biāo)記。因此，在T2DM 患者眾多認知功能方面，視覺空間可能是最早出現(xiàn)功能異常的認知單元。多項研究證實枕部的視覺處理區(qū)域是T2DM最易受累的區(qū)域［20,21］，視覺空間功能異常不僅會導(dǎo)致視覺相關(guān)功能受損，且會導(dǎo)致更廣泛的認知改變［22］，也同樣提示視覺空間功能損傷可能早于其他認知單元。

腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)異常的表現(xiàn)為DTI 參數(shù)值的改變。FA、MD、AD 和RD 是主要的DTI 參數(shù)，其中FA、MD 可反映腦白質(zhì)的健康、成熟［23］，AD 和RD分別反映軸突、髓鞘的完整性，可用于理解潛在的神經(jīng)病理學(xué)機制［7,24,25］。本次研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A 減低存在于整個腦白質(zhì)，MD 升高存在于胼胝體壓部、右側(cè)放射冠后部、丘腦后輻射（包括視輻射），這些廣泛的腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)破壞會逐漸造成腦認知網(wǎng)絡(luò)的破壞，引起更廣泛的認知損害。T2DM 患者出現(xiàn)FA 減低、MD 升高、RD 升高，而AD 無顯著差異，因此FA 和MD 的改變主要歸因于RD 而非AD，這可能是胰島素抵抗產(chǎn)生氧化應(yīng)激所致。氧化應(yīng)激通過多種途徑使自由基對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA造成破壞，導(dǎo)致神經(jīng)損傷和節(jié)段性脫髓鞘，出現(xiàn)RD 的升高［26］。相關(guān)研究還認為，長期高糖會導(dǎo)致髓鞘糖基化，其涉及高級糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGE）形成的代謝途徑，與高糖性神經(jīng)損傷有關(guān)，變性的神經(jīng)髓鞘被吞噬細胞吞噬，導(dǎo)致脫髓鞘［27］。

本次研究存在的局限。首先，本研究采用TBSS 來評估腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變，發(fā)現(xiàn)右側(cè)丘腦后輻射（含視輻射）存在異常，今后應(yīng)將其提取出來作為ROI 進一步深入研究。其次，樣本量較少，加之部分被試有合并高血壓癥狀，可能對結(jié)果產(chǎn)生一定的偏倚。

綜上，不伴認知障礙的中年T2DM 患者廣泛存在腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變，胼胝體是損傷最為嚴重的區(qū)域；視覺空間功能可能是T2DM 患者損傷較早的認知功能，通過評估視覺空間功能，有助于盡早發(fā)現(xiàn)T2DM 患者認知功能損傷；右側(cè)丘腦后輻射（含視輻射）可能是早期識別T2DM 認知障礙的敏感影像學(xué)標(biāo)記物。