張慧姸，沈過，楊琛，譚健，田靜，李周樂，黃剛，趙蓮萍*

作者單位：1.寧夏醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，銀川 750000；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院（甘肅省人民醫(yī)院），蘭州 730000；3.甘肅省人民醫(yī)院放射科，蘭州 730000

0 前言

糖尿病患病率逐年攀升，已成為本世紀(jì)的一項重大公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)[1-2]。據(jù)統(tǒng)計，2021 年全球約有5.366 億人患糖尿病[1]，其中，2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus, T2DM）占90%以上[3]。隨著糖尿病管理策略的改善，其傳統(tǒng)大血管和微血管并發(fā)癥的發(fā)生率有所下降，但其相關(guān)腦損傷導(dǎo)致的認(rèn)知情緒異常嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，帶來沉重社會負擔(dān)[1]，引起廣泛關(guān)注，但其神經(jīng)病理生理機制尚不清楚。

胰島素抵抗是T2DM 的重要特征[4-5]，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，胰島素促進神經(jīng)元軸突生長，調(diào)節(jié)突觸可塑性和神經(jīng)元存活[6]，其可影響認(rèn)知和情緒調(diào)節(jié)、飲食行為等多種行為和代謝效應(yīng)[4,7]。尸檢標(biāo)本發(fā)現(xiàn)，胰島素受體基因在人腦各個區(qū)域差異性表達，其中小腦表達量較高[4]，研究表明，小腦參與了多種認(rèn)知情緒加工和獎勵過程[8-9]。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者小腦與大腦間的功能連接紊亂[10-11]。然而，T2DM患者小腦結(jié)構(gòu)改變及其與胰島素抵抗和認(rèn)知情緒異常的關(guān)系尚不清楚。

傳統(tǒng)的基于體素的形態(tài)學(xué)分析（voxel-based morphometry, VBM）發(fā)現(xiàn)T2DM 患者小腦灰質(zhì)體積減小，與較差的認(rèn)知表現(xiàn)相關(guān)[12-13]，但傳統(tǒng)的蒙特利爾神經(jīng)研究所（Montreal Neurological Institute,MNI）標(biāo)準(zhǔn)空間模板缺乏對小腦亞區(qū)結(jié)構(gòu)信息的詳細描述[14]?？臻g無偏倚幕下（spatially unbiased infratentorial, SUIT）模板通過非線性圖譜生成算法，可將小腦分割為28個亞區(qū)，保留了更多的小腦解剖細節(jié)，但尚未見應(yīng)用于T2DM的研究中。

因此，本研究擬采用VBM 分析方法，利用SUIT 模板對小腦進行亞區(qū)分割，探討T2DM 患者小腦亞區(qū)灰質(zhì)體積變化及其與胰島素抵抗和認(rèn)知情緒功能之間的關(guān)系。試圖進一步闡明T2DM患者小腦損傷的神經(jīng)病理生理機制，為T2DM 伴認(rèn)知情緒功能異?；颊叩脑\治提供新的思路和見解。

1 材料與方法

1.1 研究對象

前瞻性納入2017 年11 月至2023 年5 月就診于甘肅省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科的T2DM 患者75 名（T2DM組），廣告招募與之性別、年齡和受教育年限相匹配的健康對照（healthy controls, HCs）53 名（HCs組）。T2DM 組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡30～65 歲；（2）右利手；（3）受教育年限≥6 年；（4）收縮壓＜140 mmHg（1 mmHg=1.333 kPa），舒張壓＜90 mmHg；（5）至少兩個月內(nèi)未接受過任何精神藥物治療；（6）符合世界衛(wèi)生組織2019 年糖尿病診斷與分型標(biāo)準(zhǔn)，無T2DM 相關(guān)并發(fā)癥（糖尿病腎病、糖尿病周圍神經(jīng)病變、糖尿病視網(wǎng)膜病變、糖尿病酮癥酸中毒等），病程＞1年。HCs組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡30～65 歲；（2）右利手；（3）受教育年限≥6 年；（4）收縮壓＜140 mmHg，舒張壓＜90 mmHg；（5）至少兩個月內(nèi)未接受過任何精神藥物治療；（6）隨機血糖≤11.1 mmol/L，且未被明確診斷為糖尿病，蒙特利爾認(rèn)知評估（Montreal Cognitive Assessment, MoCA）評分≥26分，24項漢密爾頓抑郁量表（24-item Hamilton Depression Scale, HAMD-24）評分＜8 分，漢密爾頓焦慮量表（Hamilton Anxiety Scale, HAMA）評分＜7 分。T2DM 組和HCs 組排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）中樞神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性病變；（2）精神心理疾病史及家族史；（3）物質(zhì)濫用及成癮史；（4）女性在妊娠、哺乳期及避孕藥服用期；（5）3 個月內(nèi)做過電抽搐或經(jīng)顱磁刺激治療；（6）磁共振檢查禁忌。

本研究遵守《赫爾辛基宣言》，經(jīng)甘肅省人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，全體受試者均簽署了知情同意書，批準(zhǔn)文號：2017-188/2023-098。

1.2 臨床資料與認(rèn)知心理量表采集

收集所有受試者的年齡、性別、受教育年限和身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index, BMI）等一般臨床資料，收集T2DM患者的病程、糖化血紅蛋白、空腹血糖、空腹胰島素、總膽固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白等臨床生化指標(biāo)，采用HOMA Calculator 軟件（https://www.dtu.ox.ac.uk/homacalculator）計算T2DM 患者的更新版胰島素抵抗穩(wěn)態(tài)模型指數(shù)（updated homeostasis model assessment insulin resistance index, HOMA2-IR）。

所有受試者在頭顱磁共振掃描前1 h 內(nèi)完成認(rèn)知心理量表測試。包括MoCA 北京版、HAMD-24 和HAMA。

1.3 頭顱結(jié)構(gòu)MRI數(shù)據(jù)采集

顱腦結(jié)構(gòu)MRI 數(shù)據(jù)使用3.0 T 磁共振掃描儀（MAGNETOM Skyra, Siemens Healthcare, Erlangen,Germany）以32通道頭部線圈采集。所有受試者掃描期間頭部固定、閉眼、告知盡量不做專注思維活動。使用3D-MPRAGE 序列采集頭顱高分辨率三維T1WI 圖像，參數(shù)如下：TR 2530 ms，TE 2.35 ms，F(xiàn)A 7°，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層數(shù)192，體素大小1 mm×1 mm×1 mm，層厚1 mm，總掃描時間5 min 23 s。

1.4 數(shù)據(jù)處理

結(jié)構(gòu)像數(shù)據(jù)處理使用基于SPM 12（Statistical parametric mapping software,https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12）的SUIT 軟 件（https://www.diedrichsenlab.org/imaging/suit_function.htm）。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括：（1）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；（2）原點校正，圖像朝向檢查和修改，以滿足后續(xù)SUIT處理的要求；（3）小腦亞區(qū)分割（圖1）；（4）配準(zhǔn)到SUIT模板空間；（5）重采樣到SUIT模板空間；（6）平滑（半高全寬為3 mm）；（7）在SPM 12中構(gòu)建一般線性模型，評估T2DM和對照組小腦灰質(zhì)體積差異。

圖1 基于空間無偏倚幕下（SUIT）模板的小腦分區(qū)示意圖。Fig.1 Schematic diagram of cerebellar subregions based on spatially unbiased infratentorial (SUIT) template.

使 用FreeSurfer 軟 件（https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu）評估顱內(nèi)總體積，作為后續(xù)分析的協(xié)變量。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

臨床資料的統(tǒng)計分析使用SPSS 軟件（version 26, Inc., Chicago, IL, USA），連續(xù)近似正態(tài)分布變量使用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，差異性分析使用獨立樣本t檢驗；非正態(tài)分布變量使用中位數(shù)（上下四分位數(shù)）表示，差異性分析使用秩和檢驗；性別使用卡方檢驗，以上均以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。以性別、年齡、受教育年限和顱內(nèi)總體積作為協(xié)變量，分析兩組小腦亞區(qū)灰質(zhì)體積差異（體素水平P＜0.001，簇大小＞100）。提取差異腦區(qū)灰質(zhì)體積，與臨床變量進行Pearson或Spearman相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 臨床資料及認(rèn)知心理量表評分

T2DM組和HCs組在年齡、性別和受教育年限上相匹配（P＞0.05），所有受試者的臨床資料與認(rèn)知心理量表評分比較見表1。與HCs 組相比，T2DM 患者MoCA評分降低，HAMD-24和HAMA評分增高（P＜0.001），BMI組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。T2DM 組病程（年）：7.00（5.00，11.00）；糖化血紅蛋白（%）：8.34±1.97；空腹血糖（mmol/L）：8.80（7.36，11.49）；空腹胰 島 素（μU/mL）：7.10（5.70，10.20）；HOMA2-IR：1.16（0.81，1.69）；總膽固醇（mmol/L）：4.46±0.88；甘油三酯（mmol/L）：1.58（1.06，2.21）；高密度脂蛋白（mmol/L）：1.07（0.97，1.21）；低 密 度 脂 蛋 白（mmol/L）：2.44（2.04，3.03）。

表1 T2DM和HCs組臨床資料與認(rèn)知心理量表評分比較Tab.1 Comparison of clinical information and cognitive psychological scale scores between T2DM and HCs groups

2.2 VBM結(jié)果

VBM 發(fā) 現(xiàn)，與HCs 組 相 比，T2DM 患 者 小 腦 右 側(cè)Crus Ⅰ、小葉Ⅰ-Ⅴ和左側(cè)小葉Ⅰ-Ⅳ亞區(qū)灰質(zhì)體積減小，未發(fā)現(xiàn)T2DM 灰質(zhì)體積增大的小腦亞區(qū)（表2，圖2）。

表2 T2DM和HCs組相比小腦灰質(zhì)體積組間差異腦區(qū)Tab.2 Differential brain regions of cerebellar gray matter volume between T2DM and HCs groups

圖2 2 型糖尿病組與健康對照組相比灰質(zhì)體積減小的小腦亞區(qū)（體素水平P＜0.001, 簇大?。?00，坐標(biāo)為小腦冠狀面坐標(biāo)）。Fig.2 Compared with healthy controls, cerebellar subregions with reduced gray matter volume in type 2 diabetes (voxel level P＜0.001,cluster＞100, coordinates are cerebellar coronal plane coordinates).

2.3 相關(guān)性分析

相關(guān)性分析顯示，T2DM 組BMI 與小腦右側(cè)小葉Ⅰ-Ⅴ灰質(zhì)體積（r=0.265，P=0.022）和左側(cè)小葉Ⅰ-Ⅳ灰質(zhì)體積（r=0.323，P=0.005）呈正相關(guān)。小腦右側(cè)Crus Ⅰ與空腹胰島素水平（r=-0.263，P=0.023）和HOMA2-IR（r=-0.327，P=0.004）呈負相關(guān)（圖3）。余臨床變量及認(rèn)知心理量表評分與差異腦區(qū)間的相關(guān)性分析差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

圖3 2型糖尿病灰質(zhì)體積減小的小腦亞區(qū)與臨床變量的相關(guān)性。HOMA2-IR：更新版胰島素抵抗穩(wěn)態(tài)模型指數(shù)。Fig.3 The correlation between reduced gray matter volume of cerebellar subregions and clinical variables in type 2 diabetes.HOMA2-IR: updated homeostasis model assessment insulin resistance index.

3 討論

本研究采用VBM的方法，利用SUIT結(jié)構(gòu)圖譜對小腦進行精細亞區(qū)分割，探討T2DM患者是否存在小腦亞區(qū)灰質(zhì)體積的異常及其與胰島素抵抗和認(rèn)知情緒功能之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，T2DM患者存在認(rèn)知功能減退及輕度抑郁焦慮情緒，其右側(cè)小腦Crus Ⅰ、小葉Ⅰ-Ⅴ和左側(cè)小腦小葉Ⅰ-Ⅳ灰質(zhì)體積減小，其中右側(cè)Crus Ⅰ灰質(zhì)體積與空腹胰島素水平和HOMA2-IR呈負相關(guān)，右側(cè)Ⅰ-Ⅴ和左側(cè)Ⅰ-Ⅳ小葉灰質(zhì)體積與身體質(zhì)量指數(shù)呈正相關(guān)。既往研究多關(guān)注T2DM患者大腦損傷相關(guān)的認(rèn)知情緒功能異常，本研究基于文獻報道及課題組最新研究發(fā)現(xiàn)了小腦在T2DM中的重要作用，并對其進行了精細亞區(qū)分割及分析，為未來研究T2DM認(rèn)知情緒異常的臨床管理提供了新的思路。

3.1 T2DM患者右側(cè)小腦Crus Ⅰ灰質(zhì)體積減小

傳統(tǒng)觀點認(rèn)為小腦的主要功能是維持肌張力、軀體平衡和協(xié)調(diào)隨意運動。近年來，學(xué)者發(fā)現(xiàn)小腦在認(rèn)知情緒等高級功能中發(fā)揮著重要作用[15-16]。小腦后葉又被稱為認(rèn)知/邊緣小腦，其損傷可引起小腦認(rèn)知情感綜合征，包括視覺空間加工、語言能力、執(zhí)行功能和情緒調(diào)節(jié)異常[17-18]。本研究發(fā)現(xiàn)T2DM 患者右側(cè)小腦Crus Ⅰ灰質(zhì)體積減小，與空腹胰島素水平和HOMA2-IR 呈負相關(guān)。小腦Crus Ⅰ是小腦后葉的重要組成部分，其可映射到默認(rèn)和執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)負責(zé)自我參照加工、冥想和自覺意識，執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)包括背外側(cè)前額葉和外側(cè)頂葉新皮質(zhì)，參與工作記憶、反應(yīng)選擇、記憶提取和情緒評估[19-24]。課題組前期基于靜息態(tài)功能MRI 的研究發(fā)現(xiàn)T2DM 患者Crus Ⅰ與額下回三角部間功能連接異常[10-11]，但其結(jié)構(gòu)是否存在異常是課題組關(guān)注的重要問題之一。已有研究表明，小腦Crus Ⅰ參與高級認(rèn)知功能，如工作記憶、執(zhí)行功能、反應(yīng)選擇、信息更新和情感功能等[23]。小腦Crus Ⅰ體積減小在額顳葉癡呆、雙相障礙和阿爾茨海默病中均有報道[19,24-25]，此外，基于傳統(tǒng)VBM 的研究發(fā)現(xiàn)T2DM 患者小腦體積減小[12,26]，并且在血糖異常患者中，小腦灰質(zhì)體積與胰島素抵抗和執(zhí)行功能測試表現(xiàn)不佳之間存在相關(guān)性[12]。本研究發(fā)現(xiàn)T2DM 患者Crus Ⅰ體積變化與胰島素抵抗存在相關(guān)性。胰島素是神經(jīng)營養(yǎng)、調(diào)節(jié)和保護過程中極為重要的神經(jīng)肽，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，參與調(diào)節(jié)外周葡萄糖代謝、突觸維持、血管功能、tau蛋白磷酸化以及Aβ淀粉樣蛋白沉積，在維持視覺和空間情景記憶、工作記憶、陳述性記憶功能及改善情緒異常和癡呆患者的認(rèn)知功能過程中起著重要作用[7,27-30]。一項正電子發(fā)射斷層掃描的研究發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病大鼠的小腦對胰島素攝取明顯升高，提示其小腦中的胰島素受體對胰島素敏感性降低[31]，經(jīng)鼻給予胰島素后可減少神經(jīng)元凋亡、tau蛋白磷酸化和Aβ沉積[32]。本研究結(jié)果可能為進一步理解T2DM 患者小腦Crus Ⅰ功能異常提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，提示Crus Ⅰ可能是T2DM患者胰島素抵抗相關(guān)的易損腦區(qū)之一，可能參與其認(rèn)知和情緒功能損傷的過程。

3.2 T2DM 患者雙側(cè)小腦小葉Ⅰ-Ⅴ/Ⅰ-Ⅳ灰質(zhì)體積減小

小腦前葉（小葉Ⅰ-Ⅴ）與運動控制和軀體感覺有關(guān)，其病變可引起小腦運動綜合征，包括平衡功能異常、共濟失調(diào)、構(gòu)音障礙和動眼控制異常等[33-35]。本研究發(fā)現(xiàn)T2DM 患者右側(cè)小腦Ⅰ-Ⅴ和左側(cè)小腦Ⅰ-Ⅳ小葉灰質(zhì)體積減小，均與BMI 呈正相關(guān)。以往研究表明，進行性核上性麻痹、多系統(tǒng)萎縮患者小腦小葉Ⅰ-Ⅳ萎縮[19]。另外，伴有糖尿病周圍神經(jīng)病變的患者與不伴者相比，小腦灰質(zhì)萎縮與步行表現(xiàn)較差具有更強的相關(guān)性，提示T2DM 患者可能存在運動損傷[36]。遺憾的是，本研究未對T2DM 患者進行運動功能的評價，尚無法探討雙側(cè)小腦小葉Ⅰ-Ⅴ/Ⅰ-Ⅳ灰質(zhì)體積減小與運動功能的關(guān)系。當(dāng)前關(guān)于小腦灰質(zhì)體積與BMI 的關(guān)系仍存在爭議[37-38]，有文獻報道，在老年人群中，較高的BMI與小腦灰質(zhì)體積增加相關(guān)[37]，但在首發(fā)精神病患者中，BMI增加與小腦灰質(zhì)體積減小有關(guān)[38]，這是否因不同疾病所致有待進一步研究。課題組后續(xù)將進一步收集BMI增大的T2DM患者，基于BMI分組探討其與T2DM患者小腦前葉灰質(zhì)體積的關(guān)系。

3.3 局限性

本研究仍存在以下局限性：（1）本研究為橫斷面設(shè)計，無法闡明T2DM患者小腦損傷與胰島素抵抗、認(rèn)知情緒功能受損間的因果關(guān)系；（2）由于糖尿病患者的個體差異，應(yīng)用的降糖藥物種類和劑量不同，尚不能闡明用藥對小腦亞區(qū)灰質(zhì)體積的影響；（3）本研究未對T2DM 患者運動功能進行評價，未來研究需測量T2DM 患者運動相關(guān)指標(biāo)，以進一步探索其運動功能與小腦前葉損傷的關(guān)系。

4 結(jié)論

總之，本研究發(fā)現(xiàn)T2DM 患者存在認(rèn)知情緒功能的異常，其小腦前葉及右側(cè)Crus Ⅰ亞區(qū)灰質(zhì)體積減小，尤其是右側(cè)Crus Ⅰ體積變化與胰島素抵抗呈負相關(guān)，提示右側(cè)Crus Ⅰ 可能是T2DM胰島素抵抗的易損腦區(qū)。本研究重點關(guān)注小腦在T2DM患者中的體積變化，從新的角度進一步闡明了T2DM 患者認(rèn)知情緒功能異常的潛在神經(jīng)病理生理機制，為未來早期干預(yù)T2DM認(rèn)知情緒損傷提供潛在的治療靶點。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：趙蓮萍設(shè)計本研究的方案，對稿件重要內(nèi)容進行了修改；張慧姸起草和撰寫稿件，獲取、分析和解釋本研究數(shù)據(jù)；沈過、楊琛、譚健、田靜、李周樂、黃剛獲取、分析本研究的數(shù)據(jù)，對稿件重要內(nèi)容進行了修改；趙蓮萍獲得了國家自然科學(xué)基金的資助，張慧姸獲得了甘肅省人民醫(yī)院院內(nèi)科研基金的資助；全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠信。