胰島素抵抗與2型糖尿病患者腦功能的相關(guān)性研究

葛 飛，程千鵬，周玉玲，王 雪，陳 曦，呂肖鋒

·論著·

胰島素抵抗與2型糖尿病患者腦功能的相關(guān)性研究

葛 飛，程千鵬，周玉玲，王 雪，陳 曦，呂肖鋒*

目的探討2型糖尿病(T2DM)患者腦功能變化與胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)的相關(guān)性。方法選取2015年8月—2016年9月就診于陸軍總醫(yī)院內(nèi)分泌科的T2DM患者31例為T2DM組；選擇同時(shí)期體檢非T2DM者28例為對(duì)照組。測量身高、體質(zhì)量、血壓，計(jì)算體質(zhì)指數(shù)(BMI)。檢測空腹胰島素(FINS)、空腹血糖(FPG)、糖化血紅蛋白(HbA1c)水平，計(jì)算HOMA-IR。采用3.0 T磁共振掃描儀監(jiān)測并收集受試者自發(fā)大腦活動(dòng)變化數(shù)據(jù)，運(yùn)用低頻振蕩幅度法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。采用Pearson相關(guān)性分析HOMA-IR與相應(yīng)腦區(qū)低頻振蕩幅度(ALFF)值的相關(guān)性。結(jié)果兩組性別、年齡、BMI、收縮壓、舒張壓比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；T2DM組HbA1c高于對(duì)照組(P<0.05)。T2DM組ALFF值小于對(duì)照組的有左后扣帶回、小腦、左側(cè)顳中回、右側(cè)顳極顳上回、左側(cè)三角部額下回、左側(cè)額中回、左側(cè)顳上回、左頂下小葉；T2DM組ALFF值大于對(duì)照組的有左側(cè)海馬旁回、右額上內(nèi)側(cè)回。Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示，HOMA-IR與小腦、右側(cè)顳中回ALFF值呈負(fù)相關(guān)(r=-0.362，P=0.047；r=-0.383，P=0.038)。結(jié)論胰島素抵抗對(duì)T2DM患者腦功能活動(dòng)產(chǎn)生影響，可能與抑郁有關(guān)。

糖尿病,2型；胰島素抵抗；腦功能

本研究創(chuàng)新點(diǎn)：

本研究跨學(xué)科利用了影像學(xué)腦功能磁共振技術(shù)對(duì)臨床2型糖尿病患者靜息態(tài)腦功能改變進(jìn)行監(jiān)測，直觀地反映出2型糖尿病患者不同腦區(qū)的基礎(chǔ)代謝水平以及較正常人增強(qiáng)或減低。通過將胰島素抵抗水平與不同腦區(qū)的低頻振蕩幅度(ALFF)值進(jìn)行相關(guān)性分析，探索2型糖尿病患者胰島素抵抗水平與不同腦區(qū)基礎(chǔ)代謝水平異常的關(guān)聯(lián)。胰島素抵抗是糖尿病發(fā)病的主要機(jī)制之一,同時(shí)伴有糖尿病的發(fā)生以及發(fā)展的整個(gè)過程。本文從不同角度提供新的證據(jù)證明胰島素抵抗可能與2型糖尿病患者精神行為異常有關(guān)。

糖尿病引起腦功能異常日益受到研究者的重視，情緒障礙是腦功能損傷的表現(xiàn)之一[1]；在長期高血糖對(duì)糖尿病患者的不利影響受到廣泛關(guān)注的同時(shí)，胰島素抵抗對(duì)糖尿病患者的重要性也逐漸受到重視[2]。國內(nèi)研究認(rèn)為胰島素抵抗可能通過β淀粉樣蛋白(Aβ)沉積、炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激等機(jī)制導(dǎo)致腦功能異常[3]。國外也有報(bào)道降低胰島素抵抗能使患者腦功能有所改善[4]。但關(guān)于胰島素抵抗與腦功能的關(guān)聯(lián)及機(jī)制目前仍不是很明確。本研究主要分析胰島素抵抗與腦功能變化的相關(guān)性，以期為臨床治療提供參考。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 選取2015年8月—2016年9月就診于陸軍總醫(yī)院內(nèi)分泌科的2型糖尿病(T2DM)患者31例為T2DM組，其中男13例，女18例；年齡30～65歲，平均年齡(51.3±9.9)歲；病程5～10年。選擇同時(shí)期體檢非T2DM者28例為對(duì)照組，其中男12例，女16例；年齡30～65歲，平均年齡(50.4±9.8)歲。T2DM組均符合世界衛(wèi)生組織(WHO)糖尿病診斷及分類標(biāo)準(zhǔn)(1999)[5]。排除標(biāo)準(zhǔn)：有糖尿病急癥者(如：酮癥酸中毒等)；近期有嚴(yán)重應(yīng)激情況者(如：手術(shù)等)；嚴(yán)重心、肝、腎功能不全者；其他內(nèi)分泌疾病者(如：甲狀腺功能亢進(jìn)、自身免疫性疾病等)；有冠狀動(dòng)脈支架手術(shù)史者；有腦梗死、腦出血病史者；依從性差者。研究對(duì)象均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 一般資料 對(duì)受試者進(jìn)行體檢，測量身高、體質(zhì)量、血壓，計(jì)算體質(zhì)指數(shù)(BMI)。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)室指標(biāo) 患者入院后次日清晨和對(duì)照組受試者體檢當(dāng)日清晨抽取空腹靜脈血，送至陸軍總醫(yī)院檢驗(yàn)科進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測。在37 ℃下，以2 400 r/min離心15 min,離心半徑為19 cm,分離上清液置于-70 ℃中保存。采用美國Beckman公司生產(chǎn)的Beckman-CX4全自動(dòng)生化檢測儀及其配套試劑盒檢測血清空腹血糖(FPG)水平，采用放射免疫分析方法檢測空腹胰島素(FINS)水平。采用美國Bio-Rad公司生產(chǎn)的DiaSTAT糖化血紅蛋白分析儀及其配套試劑盒檢測血清糖化血紅蛋白(HbA1c)水平。胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)=(FINS×FPG)/22.5，其中FINS單位為mU/L,FPG單位為mmol/L。由于計(jì)算結(jié)果為非正態(tài)分布,分析時(shí)取自然對(duì)數(shù)[6]。

1.2.3 磁共振數(shù)據(jù)采集 采用GE Medical Systems 3.0 T磁共振掃描儀，使用8HRBRAIN線圈接收磁共振掃描儀掃描信號(hào)。掃描時(shí)運(yùn)用梯度回波平面成像序列采集靜息態(tài)腦功能信息，受試者被要求放松、閉眼(不能入睡)、不要有特定思想活動(dòng)，保持頭部不動(dòng)(減少偽影)，基本掃描參數(shù)為：掃描層數(shù)39層，重復(fù)時(shí)間(TR)2 000 ms，回波時(shí)間(TE)30 ms，層厚3.4 mm，矩陣64×64，掃描視野(FOV)240 cm，采集時(shí)間點(diǎn)為210個(gè)。

靜息態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)處理：在MATLAB 2015B平臺(tái)上使用DPARSF、SPM 5.0對(duì)靜息態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，DICOM格式轉(zhuǎn)換為NIFTI格式；剔除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)；進(jìn)行時(shí)間層次校正(slice timing)：總層數(shù)為39層；頭動(dòng)校正(realign)；空間標(biāo)準(zhǔn)化(normalize)：將受試者腦結(jié)構(gòu)估計(jì)到標(biāo)準(zhǔn)空間；空間平滑(smooth)；去線性漂移(detrend)；濾波(filer)；計(jì)算低頻振蕩幅度(ALFF)值。

2 結(jié)果

2.1 一般資料比較 兩組性別、年齡、BMI、收縮壓、舒張壓比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；T2DM組HbA1c高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，見表1)。

2.2 兩組ALFF值比較 T2DM組ALFF值小于對(duì)照組的有左后扣帶回、小腦、左側(cè)顳中回、右側(cè)顳極顳上回、左側(cè)三角部額下回、左側(cè)額中回、左側(cè)顳上回、左頂下小葉；T2DM組ALFF值大于對(duì)照組的有左側(cè)海馬旁回、右額上內(nèi)側(cè)回(見表2、圖1，本文彩圖見本刊官網(wǎng)www.chinagp.net電子期刊相應(yīng)文章)。

表1 對(duì)照組與T2DM組一般資料比較

Table1 Comparison of general data between control group and T2DM group

組別例數(shù)性別(男/女)年齡(歲)BMI(kg/m2)收縮壓(mmHg)舒張壓(mmHg)HbA1c(%)對(duì)照組2812/1650.4±9.827.2±5.0130±379±144.6±0.6T2DM組3113/1851.3±9.926.7±3.5137±1781±148.3±2.3t(χ2)值0.005a0.335-0.5731.7680.6808.334P值0.9430.7390.5690.0830.500<0.001

注：T2DM=2型糖尿病，BMI=體質(zhì)指數(shù)，HbA1c=糖化血紅蛋白；a為χ2值

2.3 HOMA-IR與各腦區(qū)ALFF值相關(guān)性分析 Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示，HOMA-IR與小腦、右側(cè)顳中回ALFF值呈負(fù)相關(guān)(r=-0.362，P=0.047；r=-0.383，P=0.038，見圖2、3)；HOMA-IR與左后扣帶回、左側(cè)顳中回、右側(cè)顳極顳上回、左側(cè)三角部額下回、左側(cè)額中回、左側(cè)顳上回、左頂下小葉、左側(cè)海馬旁回、右額上內(nèi)側(cè)回的ALFF值均無直線相關(guān)關(guān)系(r=-0.349，P=0.088；r=0.029，P=0.889；r=0.306，P=0.070；r=0.055，P=0.804；r=-0.148，P=0.478；r=0.155，P=0.455；r=-0.095，P=0.581；r=-0.077，P=0.720；r=0.259，P=0.224)。

表2 T2DM組與對(duì)照組腦功能ALFF信號(hào)比較

Table2 Comparison of ALFF value between T2DM group and control group

ALFF值腦區(qū)MNI坐標(biāo)(X,Y,Z)體素BAAALT2DM組<對(duì)照組左后扣帶回(-3,36,18)3332Cingulum_Ant_L小腦(12,-45,-12)11-Cerebelum_4_5_R左側(cè)顳中回(-63,-6,-12)821Temporal_Mid_L右側(cè)顳極顳上回(51,3,-6)14-Temporal_Pole_Sup_R左側(cè)三角部額下回(-45,51,12)5-Frontal_Inf_Tri_L左側(cè)額中回(-36,51,3)20-Frontal_Mid_L左側(cè)顳上回(-51,-33,9)1622Temporal_Sup_L左頂下小葉(-27,-60,39)13-Parietal_Inf_LT2DM組>對(duì)照組左側(cè)海馬旁回(-21,-27,-21)7-ParaHippocampal_L右額上內(nèi)側(cè)回(12,66,15)1110Frontal_Sup_Medial_R

注：ALFF=低頻振蕩幅度，BA=布洛德曼腦區(qū)，AAL為由蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所(MNI)提供的全腦分區(qū)；X/Y/Z為MNI坐標(biāo)軸(mm)；-為未發(fā)現(xiàn)

注：紅色代表減弱區(qū)，藍(lán)色代表增強(qiáng)區(qū)

圖1 T2DM組與對(duì)照組ALFF值有差異腦區(qū)

Figure1 ALFF signal difference between T2DM group and control group

注：HOMA-IR=胰島素抵抗指數(shù)，ALFF=低頻振蕩幅度

圖2 HOMA-IR與小腦ALFF值相關(guān)性散點(diǎn)圖

Figure2 Scatter diagram of the correlation between the HOMA-IR and ALFF value in cerebellum

圖3 HOMA-IR與右側(cè)顳中回ALFF值相關(guān)性散點(diǎn)圖

Figure3 Scatter diagram of the correlation between the HOMA-IR and ALFF value in right middle temporal gyrus

3 討論

胰島素抵抗是T2DM的特點(diǎn)[2]，高胰島素血癥和胰島素敏感性降低在患糖尿病前很長一段時(shí)間就已經(jīng)存在。胰島素抵抗時(shí)機(jī)體為應(yīng)對(duì)高血糖，胰島素分泌增加，產(chǎn)生高胰島素血癥；胰島素抵抗一直受到研究者們高度關(guān)注[7]。血氧水平依賴的ALFF是反映靜息態(tài)功能磁共振圖像的新方法，可以度量每個(gè)體素神經(jīng)元的自發(fā)性活動(dòng)強(qiáng)度。目前已廣泛應(yīng)用于臨床及科研，其優(yōu)點(diǎn)有準(zhǔn)確、直觀反映腦功能活動(dòng)范圍及部位，還有無創(chuàng)性、無放射性等[8]。能測量出靜息狀態(tài)下局部腦區(qū)神經(jīng)元自發(fā)性活動(dòng)。目前ALFF已經(jīng)被用于區(qū)別不同患者之間大腦自發(fā)活動(dòng)的差異，也有用于研究T2DM患者與健康對(duì)照組之間靜息態(tài)腦功能變化[9-10]。

本研究中T2DM組左后扣帶回、小腦、左側(cè)顳中回、右側(cè)顳極顳上回、左側(cè)三角部額下回、左側(cè)額中回、左側(cè)顳上回、左頂下小葉的ALFF值降低，提示這些腦區(qū)功能受損。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)左側(cè)海馬旁回、右額上內(nèi)側(cè)回的ALFF值有所增高，之前有研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)顳下回、雙側(cè)眶部額下回和小腦前葉ALFF值增加[11]，本研究中并未發(fā)現(xiàn)，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究與分析，ALFF值增高可能是部分腦區(qū)出現(xiàn)代償效應(yīng)。Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示，HOMA-IR與小腦、右側(cè)顳中回ALFF值呈負(fù)相關(guān)，提示胰島素抵抗與小腦、右側(cè)顳中回的受損有關(guān)，與其他腦區(qū)未發(fā)現(xiàn)直線相關(guān)性也并不表示沒有關(guān)聯(lián)。有研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者HOMA-IR與額、顳葉與頂葉區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)呈負(fù)相關(guān)[12]。

本研究中異常腦區(qū)有左后扣帶回、小腦、左側(cè)顳中回、右側(cè)顳極顳上回、左側(cè)三角部額下回、左側(cè)額中回、左側(cè)顳上回、左頂下小葉。國內(nèi)也有相似研究顯示顳葉、頂下小葉、小腦、扣帶回ALFF值降低[11,13]。顳葉在大腦活動(dòng)如識(shí)別、記憶等中的作用已經(jīng)得到證實(shí)[14-15]，并與面部情緒的識(shí)別有關(guān)，可能參與了人類大腦對(duì)社會(huì)感知[16-17]。關(guān)于小腦功能眾人所熟知的是與平衡，即運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)以及控制有關(guān)，而關(guān)于小腦的感知覺，即情緒的加工與處理方面的功能以及小腦與額葉皮質(zhì)、邊緣系統(tǒng)等的神經(jīng)纖維連接也逐漸被研究者們發(fā)現(xiàn)[18-19]。后扣帶回在額葉與前扣帶回和紋狀體之間起中繼作用，是情緒回路的重要組成部分[20-21]。大腦額葉在認(rèn)知功能和情感活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用，如內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)一般角色就是情感的加工；頂下小葉是大腦中一個(gè)復(fù)雜的區(qū)域，主要負(fù)責(zé)回憶、鞏固和提取短期記憶信息[22]，頂下小葉和顳葉還協(xié)同完成記憶工作[23]。這些腦區(qū)代謝異常，腦功能也會(huì)出現(xiàn)異常?？梢钥闯鲂盘?hào)異常主要發(fā)生的腦區(qū)位于額葉、顳葉、小腦以及邊緣系統(tǒng)，主要分布于抑郁癥神經(jīng)解剖環(huán)路“邊緣系統(tǒng)-皮質(zhì)-紋狀體-蒼白球-丘腦”[24]。說明這些腦區(qū)代謝異?？赡芘c抑郁有關(guān)，而近年糖尿病抑郁患病率也逐年上升。LOPEZ-DE-ANDRéS等[25]對(duì)2001—2011在西班牙住院T2DM患者進(jìn)行統(tǒng)計(jì),T2DM患者抑郁癥的患病率從2001年的3.54%增加到2011年的5.80%。究其原因，目前一種觀點(diǎn)認(rèn)為與Aβ沉積有關(guān)。胰島素抵抗可引起不溶性Aβ沉積[26]，累積的Aβ會(huì)使胰島素與胰島素受體(INSR)親和力減小。長時(shí)間的外周高胰島素血癥也會(huì)影響血-腦脊液屏障功能以及INSR的活性，其結(jié)果是通過血-腦脊液屏障運(yùn)輸?shù)侥X組織中的胰島素減少[27-28]。有報(bào)道神經(jīng)遞質(zhì)釋放、微管蛋白活動(dòng)、神經(jīng)元生存和突觸可塑性是由胰島素直接調(diào)節(jié)的。腦組織中胰島素濃度減少，與葡萄糖利用、氧濃度高低直接相關(guān)，進(jìn)而在磁共振圖像上有所顯示，即不同腦區(qū)的異樣表現(xiàn)可能與腦組織中胰島素濃度，胰島素受體活性有關(guān)。

本次研究的樣本量相對(duì)較小，很有必要開展大樣本量的前瞻性研究，探究其具體機(jī)制。

綜上所述，胰島素抵抗可能通過Aβ沉積機(jī)制影響腦細(xì)胞能量代謝，從而對(duì)大腦細(xì)胞神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生影響，是T2DM患者腦功能受損的重要影響因素，對(duì)T2DM患者腦功能受損程度有一定預(yù)測意義。本研究對(duì)胰島素抵抗與T2DM患者腦功能受損進(jìn)行的僅是初步探討，其具體機(jī)制仍然需要大樣本及基礎(chǔ)研究來進(jìn)一步觀察與分析。

作者貢獻(xiàn)：葛飛進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，結(jié)果的分析與解釋，論文的撰寫及修訂，對(duì)文章整體負(fù)責(zé)，監(jiān)督管理；葛飛、周玉玲、王雪、陳曦進(jìn)行研究的實(shí)施與可行性分析、數(shù)據(jù)收集及整理；程千鵬、呂肖鋒負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校。

本文無利益沖突。

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RelationshipbetweenInsulinResistanceandBrainFunctioninPatientswithType2DiabetesMellitus

GEFei,CHENGQian-peng,ZHOUYu-ling,WANGXue,CHENXi,LYUXiao-feng*

DepartmentofEndocrinology,ArmyGeneralHospital,Beijing100700,China

*Correspondingauthor：LYUXiao-feng,Chiefphysician；E-mail:892659277@163.com

ObjectiveTo investigate the relationship between spontaneous brain activity changes and HOMA-IR in patients with type 2 diabetes mellitus(T2DM).MethodsFrom August 2015 to September 2016,31 T2DM patients treated in Department of Endocrinology,Army General Hospital were selected as T2DM group.At the same time,28 non-T2DM physical examination cases were selected as control group.Body height,body mass and blood pressure were measured,and body mass index (BMI) was calculated.The levels of fasting insulin (FINS),fasting blood glucose (FPG) and glycosylated hemoglobin (HbA1c) were measured and the HOMA-IR was calculated.3.0 T magnetic resonance scanner was used to monitor and collect the data of spontaneous brain activity changes,and the low frequency oscillation amplitude (ALFF) was used to process the data.Pearson correlation analysis was conducted to investigate the correlation between HOMA-IR and ALFF values in the corresponding brain regions.ResultsThere were no significant differences in gender,age,BMI,systolic blood pressure and diastolic blood pressure between the two groups (P> 0.05).HbA1cin T2DM group was higher than that in control group (P<0.05).The ALFF values in T2DM group were smaller than those in the control group,including left posterior cingulate gyrus,cerebellum,left middle temporal gyrus,right temporal superior temporal gyrus,left triangle,inferior frontal gyrus,left frontal gyrus,left superior temporal gyrus,and left inferior parietal lobule.The ALFF values in T2DM group were higher than those in the control group,including the left parahippocampal gyrus and the right superior frontal gyrus.Pearson correlation analysis showed that HOMA-IR was negatively correlated with ALFF value in cerebellum and right middle temporal gyrus (r=-0.362,P=0.047;r=-0.383,P=0.038).ConclusionInsulin resistance has an effect on brain function in T2DM and may be associated with depression.

Diabetes mellitus,type 2；Insulin resistance；Brain function

R 587.1

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.05.y08

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100700北京市，陸軍總醫(yī)院內(nèi)分泌科

*通信作者：呂肖鋒，主任醫(yī)師；E-mail:892659277@163.com

2016-10-25；

2017-04-16)

陳素芳)