陳蜜蜜 ，周善磊，劉福軍，汪潔，羅維，鄧大同，余永強*

血糖變異性亦稱血糖波動，是指血糖水平在最大值與最小值之間的非穩(wěn)定狀態(tài)，已有研究表明血糖變異與糖尿病血管疾病、神經(jīng)疾病、視網(wǎng)膜病變等多種并發(fā)癥密切相關(guān)[1]。針對餐后血糖發(fā)布的指南中表明糖尿病患者血糖變異性越大，出現(xiàn)并發(fā)癥的概率越高，患者整體預(yù)后也越差[2]。監(jiān)測血糖變異性的方法很多，目前最新技術(shù)為連續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能減輕指尖血糖測試的痛感，還能提高患者的依從性和生活質(zhì)量[3]。MRI研究證實糖尿病患者存在額葉、顳葉、枕葉等多個腦區(qū)灰質(zhì)體積減小，認知功能下降[4]。雖然大量臨床研究已證實血糖變異性與認知功能相關(guān)，部分研究證實2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者血糖變異性與某些腦區(qū)功能連接相關(guān)，但尚未有研究調(diào)查T2DM患者血糖變異性與灰質(zhì)體積之間的關(guān)系，尤其是血糖變異性、灰質(zhì)體積及認知功能三者之間的關(guān)聯(lián)，因此該研究旨在探討血糖變異性對T2DM患者大腦結(jié)構(gòu)及認知功能的影響。

1 材料與方法

1.1 研究對象

前瞻性分析2019年11月至2020年12月就診于安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科并確診為T2DM的患者，同期招募性別年齡教育年限匹配的健康對照(healthy control，HC)組。入組標(biāo)準(zhǔn)：T2DM組入組標(biāo)準(zhǔn)：(1)T2DM的診斷符合國際公認診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]，且病程≥1年；(2)右利手，年齡30～65歲，教育年限≥6年；(3)簡易智力狀態(tài)檢查量表(the Mini-Mental State Examination，MMSE)≥24分，蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)≥19分，以排除癡呆[6]。HC組入組標(biāo)準(zhǔn)：(1)空腹血糖＜6.1 mmol/L或餐后2 h血糖≤7.8 mmol/L；(2)右利手，年齡 30～65歲，教育年限≥6年；(3)MMSE≥24分，MoCA≥19分，以排除癡呆。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)甲狀腺、心血管、肝腎等疾??；(2)抑郁、焦慮、帕金森病、癲癇等神經(jīng)、精神疾??；(3)腦出血、腦梗死、腫瘤等腦部疾病或腦外傷或手術(shù)史；(4)MRI掃描禁忌證：幽閉恐懼癥、體內(nèi)金屬植入物等。共納入完成所有檢查的T2DM組71例，其中49例男性，22例女性，年齡(47.34±7.86)歲。HC 70名，其中48名男性，22名女性，年齡(45.69±7.49)歲。本研究經(jīng)過安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會審批(批準(zhǔn)號：P2021-10-13)。所有參與者均自愿參加并簽署知情同意書。

1.2 神經(jīng)心理學(xué)評估

測試內(nèi)容包括：Folstein編制的MMSE、Nasreddine編制的MoCA、香港大學(xué)-安徽醫(yī)科大學(xué)版本的聽覺詞語學(xué)習(xí)測驗(Auditory Verbal Learning Test，AVLT)、Halstead-Teitan版本的連線測驗_A(the Trail Making Test_A，TMT_A)、Aaron版本的符號數(shù)字模式測驗(Symbol Digital Modalities test，SDMT)、韋氏版本的數(shù)字廣度測驗(the Digit Span Test，DST)和Thurstone等編制的詞語流暢性測驗(the Verbal Fluency Test，VFT)以及William編制的抑郁自評量表(Self-rating Depression Scale，SDS)和焦慮自評量表(Self-rating Anxiety Scale，SAS)。

1.3 動態(tài)血糖測試

使用美國雅培公司連續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)獲取全面的血糖信息并評估血糖變異性。連續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)由一次性電子設(shè)備和粘附在皮膚上的皮下傳感器組成。由護理人員將傳感器佩戴于患者上臂，最長時可監(jiān)測間長達14 d內(nèi)的血糖值。在此過程中患者需規(guī)律飲食、避免劇烈運動。數(shù)據(jù)獲取方法為通過讀取器對傳感器進行快速無線掃描，最終通過計算機軟件持續(xù)血糖譜得到血糖均值(mean blood glucose，MBG)、血糖水平標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation of blood glucose，SDBG)、變異系數(shù)(coefficient of variation，CV)、平均血糖波動幅度(mean amplitude of glycemic excursion，MAGE)、日間血糖平均絕對差(absolute mean of daily difference，MODD)和葡萄糖目標(biāo)范圍內(nèi)時間(time in range，TIR)等一系列血糖變異性的測量值。

1.4 磁共振數(shù)據(jù)采集與分析

1.4.1 數(shù)據(jù)采集

所有參與者均使用3.0 T GE掃描儀(Discovery MR 750w，General Electric，Milwaukee，WI，USA)進行頭顱磁共振掃描以獲取T1WI、T2 FLAIR和3D T1相。掃描前被試安靜休息30 min，并與被試充分溝通掃描流程及注意事項等，掃描過程中要求被試清醒、閉眼、放松、保持不動，并用耳塞減少掃描儀的噪音，舒適的泡沫墊填充頭部周圍以減少頭部運動。先掃描T1WI、T2 FLAIR圖像用以檢查參與者是否存在器質(zhì)性疾病。隨后利用快速自旋回波序列獲得3D T1相，參數(shù)如下：TR 8.5 ms，TE 3.2 ms，TI 450 ms，F(xiàn)A 12°，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層厚1 mm，采集時間296 s。圖像采集完成后由2名工作10年以上的經(jīng)驗豐富的診斷醫(yī)師獨立對圖像進行檢查，且醫(yī)師對圖像信息未知。如遇分歧，則協(xié)商解決。主要觀察是否存在偽影、頭動情況、圖像清晰度、掃描序列是否齊全、顱內(nèi)是否有病灶等。

1.4.2 數(shù)據(jù)分析

采用基于體素的形態(tài)學(xué)測量(voxel-based morphological analysis，VBM)分析3D T1像。首先運用dcm2nii軟件包進行格式轉(zhuǎn)換。在MatLab(11.0，Mathworks，Inc.，Sherborn，Mass)上使用SPM8(SPM，Wellcome Department of cognitive Neurology，London，UK)軟件包中VBM8工具箱(http://dbm.neuro.unijena.de/wbm8)進行圖像預(yù)處理。包括將圖像分割成灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液，DARTEL算法進行空間標(biāo)準(zhǔn)化，6 mm高斯平滑核完成空間平滑。然后采用兩獨立樣本t檢驗分析兩組參與者灰質(zhì)體積的差異，以團塊水平的FWE方法進行多重比較校正，性別、年齡、教育年限和顱內(nèi)總體積作為協(xié)變量。特定腦區(qū)的灰質(zhì)體積概率值提取采用DPABI(http://rfmri.org/dpabi)軟件包完成。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPM8軟件中兩獨立樣本t檢驗比較兩組灰質(zhì)體積的差異，且均行雙側(cè)檢驗。后續(xù)分析使用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件。計量資料以±s表示，計數(shù)資料以中位數(shù)和四分位數(shù)間距[M(P25，P75)]表示。χ2檢驗分析性別差異，雙樣本t檢驗用于比較一般資料、認知測試分?jǐn)?shù)等的組間差異。偏相關(guān)分析用于分析T2DM患者動態(tài)血糖數(shù)據(jù)與腦區(qū)灰質(zhì)體積概率值及認知測試分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，其中性別、年齡、教育年限作為協(xié)變量。P＜0.05認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料及認知、血糖變異性數(shù)據(jù)的組間比較

本研究最初共招募參與者157人(T2DM：80例；HC：77名)，因MoCA＜19分排除5名(其中T2DM：3例)，因未完成認知或嗅覺測試或MRI掃描排除7名(其中T2DM：6例)。HC組中因MR掃描結(jié)束后發(fā)現(xiàn)異常者排除4名。最終，本研究共納入T2DM患者71例，HC組70名。兩組性別、年齡、教育年限差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。T2DM組MoCA、SDMT、DST_forword、VFT測試分?jǐn)?shù)較HC組減低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。兩組在AVLT(immediate)、AVLT(delay)、AVLT(recognize)、MMSE、TMT_A、TMTA_F、SDMT_F、DST_backward差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。結(jié)果見表1。

表1 兩組一般資料、認知測試分?jǐn)?shù)及血糖變異性血糖數(shù)據(jù)比較Tab.1 Comparison of general information,cognitive test scores and glycemic variability data between the two groups

2.2 全腦灰質(zhì)體積的組間比較

與HC組相比，T2DM組灰質(zhì)體積減小的腦區(qū)有右側(cè)小腦4、5區(qū)、左側(cè)尾狀核、左側(cè)丘腦、左側(cè)額中回及左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回。T2DM組與HC組相比不存在灰質(zhì)體積增加的腦區(qū)(圖1)。

圖1 2型糖尿病組與健康對照組組灰質(zhì)體積差異腦區(qū)圖。注：紅色為健康對照組灰質(zhì)體積增加的腦區(qū)(即2型糖尿病組灰質(zhì)體積減小腦區(qū))，F(xiàn)WE校正，P＜0.05，團塊＞420為差異有統(tǒng)計學(xué)意義Fig.1 Brain regions of the gray matter volume difference between the T2DM group and the HC group.Note:Red is the brain area where the gray matter volume increases in the HC group(that is,the gray matter volume decreases in the T2DM group),FWE correction,P＜0.05,cluster＞420,the difference is statistically significant.

2.3 腦區(qū)灰質(zhì)體積與認知測試分?jǐn)?shù)的偏相關(guān)分析

在T2DM組中，左側(cè)尾狀核灰質(zhì)體積與TMT_A呈負相關(guān)(Pr=-0.276，P=0.023)。左側(cè)丘腦灰質(zhì)體積與AVLT(delay)呈正相關(guān)(Pr=0.251，P=0.039)。左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回灰質(zhì)體積與DST_forward呈正相關(guān)(Pr=0.258，P=0.034；圖2)。

圖2 2型糖尿病組腦區(qū)灰質(zhì)體積值與認知測試分?jǐn)?shù)的偏相關(guān)分析。A：左側(cè)尾狀核灰質(zhì)體積與連線測驗A用時(s)(TMT_A)測試分?jǐn)?shù)偏相關(guān)分析圖；B：左側(cè)丘腦灰質(zhì)體積與聽覺詞語學(xué)習(xí)測驗短時延遲回憶[AVLT(delay)]測試分?jǐn)?shù)偏相關(guān)分析圖；C：左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回灰質(zhì)體積與數(shù)字廣度測驗(順背)(DST_forward)測試分?jǐn)?shù)偏相關(guān)分析圖。圖3 2型糖尿病組血糖變異性指標(biāo)與腦區(qū)灰質(zhì)體積的偏相關(guān)分析圖。A：血糖水平標(biāo)準(zhǔn)差(SDBG)與左側(cè)尾狀核灰質(zhì)體積偏相關(guān)分析圖；B：SDBG與左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回灰質(zhì)體積偏相關(guān)分析圖Fig.2 Partial correlation analysis of brain gray matter volume and cognitive test scores.A:Partial correlation analysis of left caudate gray matter volume and TMT_A test scores.B:Partial correlation analysis of left thalamus gray matter volume and AVLT(delay)test scores.C:Partial correlation analysis of left medial frontal superior gyrus gray matter volume and DST_forward test scores.Fig.3 Partial correlation analysis of glycemic variability index and brain gray matter volume in T2DM group.A:Partial correlation analysis between SDBG and gray matter volume of left caudate.B:Partial correlation analysis between SDBG and gray matter volume of left medial frontal superior gyrus.

2.4 血糖變異性指標(biāo)與腦區(qū)灰質(zhì)體積的偏相關(guān)分析

在T2DM組中，SDBG與左側(cè)尾狀核、左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回灰質(zhì)體積呈負相關(guān)(Pr=-0.449，P=0.009；Pr=-0.376，P=0.031；圖3)。

2.5 血糖變異性指標(biāo)與認知功能的偏相關(guān)分析

在T2DM組中，MBG與SDMT、VFT測試分?jǐn)?shù)呈負相關(guān)(Pr=-0.357，P=0.042；Pr=-0.374，P=0.032)。SDBG 與DST_forward測試分?jǐn)?shù)呈負相關(guān)(Pr=-0.465，P=0.006)。CV與DST_forward測試分?jǐn)?shù)呈負相關(guān)(Pr=-0.383，P=0.028)。MODD與SDMT測試分?jǐn)?shù)呈負相關(guān)(Pr=-0.562，P=0.002)。TIR與DST_forward測試分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)(Pr=0.406，P=0.032；圖4)。

圖4 2型糖尿病組血糖變異性指標(biāo)與認知功能的偏相關(guān)分析圖。A、B：血糖均值(MBG)與符號數(shù)字模式測驗(SDMT)、詞語流暢性測驗(VFT)測試分?jǐn)?shù)的偏相關(guān)分析圖；C：血糖水平標(biāo)準(zhǔn)差(SDBG)與數(shù)字廣度測驗(順背)(DST_forward)測試分?jǐn)?shù)的偏相關(guān)分析圖；D：變異系數(shù)(CV)與DST_forward測試分?jǐn)?shù)的偏相關(guān)分析圖；E：日間血糖平均絕對差(MODD)與符號數(shù)字模式測驗(SDMT)測試分?jǐn)?shù)的偏相關(guān)分析圖；F：葡萄糖目標(biāo)范圍內(nèi)時間(TIR)與DST_forward測試分?jǐn)?shù)的偏相關(guān)分析圖Fig.4 Partial correlation analysis of glycemic variability index and cognitive function in T2DM group.A,B:Partial correlation analysis between MBG and SDMT,VFT test scores.C:Partial correlation analysis between SDBG and DST_forward test scores.D:Partial correlation analysis between CV and DST_forward test scores.E:Partial correlation analysis between MODD and SDMT test scores.F:Partial correlation analysis between TIR and DST_forward test scores.

3 討論

既往研究已證實血糖變異性與T2DM患者腦區(qū)功能連接存在相關(guān)性，但尚未探究血糖變異性對灰質(zhì)體積及認知功能的影響。因此，筆者運用VBM方法比較T2DM患者與健康對照之間全腦灰質(zhì)體積的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與HC組相比，T2DM患者存在相應(yīng)腦區(qū)灰質(zhì)體積減小。偏相關(guān)分析中，血糖變異性指標(biāo)與部分腦區(qū)灰質(zhì)體積及多項認知功能存在負相關(guān)關(guān)系。該研究結(jié)果是對前人研究成果的補充，更加證明血糖變異性與T2DM患者認知功能及大腦結(jié)構(gòu)和功能的改變有著密不可分的聯(lián)系。

3.1 T2DM患者腦區(qū)灰質(zhì)體積與認知功能的關(guān)系

T2DM會導(dǎo)致認知障礙已成為共識。一項薈萃分析稱糖尿病患者患癡呆的風(fēng)險增加了73%[7]。MRI技術(shù)能無創(chuàng)性檢查大腦結(jié)構(gòu)變化，有利于疾病的早期診斷和治療。Li等[8]研究報道T2DM患者不論是否伴發(fā)輕度認知障礙(mild cognitive impairment，MCI)均存在多個腦區(qū)灰質(zhì)體積的減少，并且T2DM-MCI患者丘腦、殼核及海馬灰質(zhì)體積越小，MMSE、MoCA等認知測試分?jǐn)?shù)越低。另有研究證實T2DM患者存在島葉、海馬和額葉、顳葉皮層的局部灰質(zhì)體積下降，與視覺空間構(gòu)造、規(guī)劃和視覺記憶有關(guān)[9]。本研究亦得出T2DM組左側(cè)尾狀核、左側(cè)丘腦及左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回灰質(zhì)體積越小，AVLT(delay)、TMT_A及DST_forward認知測試分?jǐn)?shù)越差。筆者推測出現(xiàn)腦區(qū)萎縮及認知功能下降的潛在機制可能為：(1)腦胰島素抵抗降低葡萄糖攝取和利用率，進而導(dǎo)致認知功能障礙。腦內(nèi)胰島素和胰島素受體在海馬、小腦、大腦皮層等區(qū)域水平最高[10]。長期血糖波動會使腦胰島素水平下降、與受體親和力降低，進而會損壞3-磷酸肌醇激酶/蛋白激酶B信號通路，誘發(fā)腦能量代謝障礙，導(dǎo)致T2DM患者認知功能障礙[11]。(2)T2DM患者腦萎縮可能涉及皮層-丘腦-小腦網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)涉及很多高級認知功能[12]。Bruchhage等[13]研究發(fā)現(xiàn)小腦萎縮可能是阿爾茲海默病(Alzheimer's disease，AD)患者早期標(biāo)志物。Tang等[14]指出MCI和AD患者存在皮層-小腦功能連接的改變，并與認知功能下降有關(guān)。Ou等[15]報道小腦-丘腦-大腦皮層環(huán)路與計劃、工作記憶等相關(guān)。

3.2 T2DM患者血糖變異性指標(biāo)與腦區(qū)灰質(zhì)體積及認知功能的關(guān)系

血糖變異性指標(biāo)主要通過CGM系統(tǒng)獲得，包括MBG、SDBG、MAGE、CV、MODD、TIR，均是反映血糖波動幅度大小的重要參數(shù)[16]。MBG是指血糖監(jiān)測值的平均值，能反映血糖控制的總體水平。SDBG和MODD均反映血糖波動的離散程度，一般認為SDBG＜1.4 mmol/L、MODD＜1.84 mmol/L為血糖波動正常[17]。MAGE不受整體血糖水平的影響，能準(zhǔn)確反映血糖變異性大小[18]。CV是指血糖水平在最高值與最低值之間的不停波動的狀態(tài)，其與糖尿病微血管并發(fā)癥及低血糖發(fā)生率、病死率密切相關(guān)[19]。TIR即目標(biāo)范圍內(nèi)時間，其目標(biāo)范圍一般為3.9～10.0 mmol/L。其可作為評估短期內(nèi)血糖控制的指標(biāo)[20]。

近年研究提出血糖變異性越大，T2DM患者認知功能越差。Xia等[21]研究證實與血糖變異性大的T2DM患者MoCA、VFT得分更低。王凱亮等[22]報道MBG、SDBG、MAGE、CV、MODD、TIR是T2DM患者認知障礙的獨立危險因素，并且血糖變異性越大，認知水平越差。本研究亦得出MBG、SDBG、MODD、CV波動幅度越大，TIR占比越小，T2DM患者記憶、執(zhí)行控制、注意力等多方面認知功能越差，這些結(jié)果均與前人研究相似。在血糖變異性指標(biāo)中，SDBG是常用且準(zhǔn)確的參數(shù)。丁文萃等[23]發(fā)現(xiàn)SDBG越大，T2DM患者認知越差。本研究證實SDBG越高，T2DM患者左側(cè)尾狀核和左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回灰質(zhì)體積越小，記憶、注意力等認知功能越差。尾狀核體積縮小會導(dǎo)致認知障礙[24]。內(nèi)側(cè)額上回與記憶、持續(xù)注意力密切相關(guān)[25]。

3.3 血糖變異導(dǎo)致T2DM患者認知功能減退的潛在病理生理學(xué)機制

人腦不能合成葡萄糖或儲存大量糖原，需要持續(xù)的葡萄糖供應(yīng)，因此人腦是對葡萄糖水平最敏感的器官之一。而血糖變異會加劇糖尿病患者神經(jīng)損傷，加速認知功能的惡化，其潛在病理生理學(xué)機制可能為：(1)血腦屏障受損。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠中，因緊密連接蛋白的減少和相應(yīng)蛋白酶的活性的升高，血腦屏障通透性會增加[26]。(2)血糖變異性增加，導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species，ROS)過度產(chǎn)生，進而誘導(dǎo)線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激受損、促炎因子釋放增加和細胞凋亡。Quincozes-Santos等[27]報道血糖波動會使星形膠質(zhì)細胞中線粒體功能障礙以及內(nèi)皮細胞損傷。Xue等[28]證實施萬細胞因血糖波動造成氧化應(yīng)激受損，導(dǎo)致神經(jīng)纖維脫髓鞘、周圍神經(jīng)再生能力下降、軸突萎縮。由血糖波動引起的過量ROS還可激活促炎癥因子，如核轉(zhuǎn)錄因子-kβ、激活蛋白-1、生長因子-1、腫瘤壞死因子-α和白介素家族等[29]。Hsieh等[30]通過體外實驗證實絲裂原激活蛋白激酶和3-磷酸肌醇激酶/蛋白激酶B通路介導(dǎo)了小膠質(zhì)細胞中大多數(shù)氧化應(yīng)激反應(yīng)。因此，血糖波動可能通過以上途徑損傷人腦，導(dǎo)致糖尿病認知障礙的發(fā)生。

本研究的不足之處：(1)71例T2DM患者中只有36例患者有動態(tài)血糖數(shù)據(jù)，且健康對照組未收集相關(guān)數(shù)據(jù)，無法分析血糖波動對健康人大腦結(jié)構(gòu)及認知功能的影響。(2)血糖變異性指標(biāo)、腦區(qū)灰質(zhì)體積和認知功能三者之間的相關(guān)性較弱。推測其原因可能與血糖變異性數(shù)據(jù)樣本量較小以及納入的T2DM患者癥狀輕、年齡偏小有關(guān)。未來將繼續(xù)擴大樣本量并收集全面數(shù)據(jù)進行深入研究。

綜上所述，T2DM患者存在不同腦區(qū)的灰質(zhì)體積減小及認知水平的降低，且血糖變異性越大，T2DM患者部分腦區(qū)灰質(zhì)體積萎縮越明顯，認知功能越差。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。