2型糖尿病患者海馬靜息態(tài)功能連接研究

趙蓮萍，柳瑞芳，陸亞姍，黃剛*，張文文，何萬利

1.甘肅省人民醫(yī)院放射科，甘肅蘭州 730000；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州 730000；*通訊作者 黃剛 keen0999@163.com

2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）患病率不斷升高，其認知障礙發(fā)生率顯著高于非糖尿病患者[1-2]，且罹患抑郁的風(fēng)險比正常人群高2～3倍[3]。這種腦損害嚴(yán)重影響患者的自我管理能力及依從性，增加了社會負擔(dān)。目前T2DM患者腦損害的機制尚未闡明。研究表明，海馬中存在豐富的胰島素受體及糖皮質(zhì)激素受體，可能與T2DM患者的認知損害和共病抑郁有關(guān)[4-5]。靜息態(tài)功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）已廣泛應(yīng)用于包括糖尿病在內(nèi)的多種認知神經(jīng)心理疾病的研究，并取得一定的成果[6-9]，但關(guān)于T2DM海馬靜息態(tài)功能連接（functional connectivity，F(xiàn)C）的研究鮮有報道。本研究擬采用rs-fMRI探討T2DM患者海馬與全腦之間的FC異常模式，為進一步闡明T2DM患者認知損害和共病抑郁的神經(jīng)病理生理機制提供神經(jīng)影像學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象 納入2017年11月—2019年6月在甘肅省人民醫(yī)院代謝病診療中心就診的63例T2DM患者以及64例性別、年齡、受教育年限匹配的健康志愿者作為對照組。納入標(biāo)準(zhǔn)：①T2DM符合1999年WHO 2型糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)，無嚴(yán)重T2DM并發(fā)癥[10]；對照組血壓、血糖、睡眠無異常；②漢族，年齡18～70歲，男女不限；③右利手；④受教育年限≥6年；⑤納入研究前2個月未服用任何精神藥物。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有中樞神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性病變；②有精神心理疾病史及家族史；③有嚴(yán)重頭部外傷史；④有酒精依賴及毒物使用史；⑤有明顯的聽力或視力障礙；⑥妊娠期、哺乳期及目前正在服用避孕藥的女性；⑦過去3個月內(nèi)進行過電抽搐、磁刺激治療者；⑧有MRI檢查禁忌證者。所有受試者均對本研究知情并簽署知情同意書。本研究已通過甘肅省人民醫(yī)院倫理委員會審核批準(zhǔn)（2018-088）。

1.2 臨床變量采集及認知心理量表評定

1.2.1 臨床變量采集 分別記錄兩組受試者的性別、年齡、受教育程度及體重指數(shù)。記錄T2DM患者的病程。T2DM患者禁食至少10 h后，清晨8點采集靜脈血檢測空腹血糖、糖化血紅蛋白、空腹胰島素、血漿皮質(zhì)醇等，并通過軟件HOMA2 Calculator計算穩(wěn)態(tài)模型胰島素抵抗指數(shù)。對照組以指尖采血法測量隨機血糖。

1.2.2 認知心理量表評定 由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的1名副主任醫(yī)師和1名住院醫(yī)師對所有受試者進行認知心理量表測定，包括簡易智能精神狀態(tài)檢查量表、蒙特利爾認知評估量表（Montreal cognitive assessment，MocA）[11]、漢密爾頓抑郁量表-24項（Hamilton depression scale-24，HAMD-24）[12]和漢密爾頓焦慮量表（Hamilton anxiety scale，HAMA）[12]。

1.3 MRI數(shù)據(jù)采集及處理

1.3.1 MRI數(shù)據(jù)采集 采用Siemens Agnetom Skyra 3.0T MR 32通道頭線圈采集。受試者清醒平臥，固定頭部。由同1名經(jīng)過培訓(xùn)的放射科醫(yī)師完成所有掃描。先行常規(guī)結(jié)構(gòu)像的MRI平掃，排除顱腦內(nèi)器質(zhì)性病變。rs-fMRI采用血氧水平依賴梯度回波-回波平面成像序列，軸面掃描，掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻轉(zhuǎn)角90°、視野（FOV）224 mm×224 mm，矩陣64×64，層厚3.5 mm，間距0.7 mm，層數(shù)33，激勵次數(shù)1，每次采集420個時間點，掃描時間14 min 8 s。結(jié)構(gòu)像采用三維顱腦容積MRI序列，矢狀面掃描，掃描參數(shù)：TR 2530 ms，TE 2.35 ms，TI 1100 ms，翻轉(zhuǎn)角7°，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層厚1.33 mm，間距0.665 mm，激勵次數(shù)1，掃描時間5 min 23 s。

1.3.2 圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理 采用基于Matlab的SPM 12和DPABI_V4.0軟件對rs-fMRI圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。具體過程包括DICOM格式轉(zhuǎn)換、剔除前10個時點、層時間校正、頭動校正（剔除頭動平動>2.0 mm，或轉(zhuǎn)動>2.0°的受試者數(shù)據(jù)）、空間標(biāo)準(zhǔn)化（重采樣為3 mm×3 mm×3 mm）、空間平滑（平滑核半高全寬為4 mm）、去線性漂移和回歸去除協(xié)變量（頭動、腦脊液、腦白質(zhì)和全腦均值信號）。由于大腦中的腦白質(zhì)、腦脊液信號以及頭動等可影響進一步分析，故將該信號及Friston 24個方向的頭動參數(shù)作為協(xié)變量回歸以減少其影響，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.3.3 基于種子點的FC分析 通過WFU_PickAtlas軟件，提取aal模板中的雙側(cè)海馬作為種子腦區(qū)，分別計算雙側(cè)海馬與全腦各體素之間的FC以及種子腦區(qū)的時間序列與全腦各體素時間序列間的Pearson相關(guān)系數(shù)r。為提高數(shù)據(jù)的正態(tài)性，通過Fisher'sr-to-z變換得到zFC圖，再進行后續(xù)統(tǒng)計分析。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 24.0軟件，計量資料以表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數(shù)資料組間比較采用χ2檢驗。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。將性別、年齡、受教育程度、體重指數(shù)及頭動參數(shù)作為協(xié)變量，以兩樣本t檢驗分別比較雙側(cè)海馬為種子點的全腦FC的組間差異，經(jīng)高斯隨機場（GRF）多重比較校正，以單個體素P<0.005，簇大小P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。提取組間差異顯著腦區(qū)的FC值分別與臨床變量、認知心理量表評分進行Pearson相關(guān)分析。P<0.05表示有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本資料比較 因頭動超標(biāo)，預(yù)處理時剔除7例T2DM患者及7例對照者，然后因組間年齡不匹配繼續(xù)剔除對照組年齡較大的9例，最終納入56例T2DM患者與48例對照組受試者。兩組受試者性別、年齡、受教育年限及體重指數(shù)比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；MoCA、HAMD-24、HAMA量表評分比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），見表1。

表1 T2DM組與對照組的基本資料比較（±s）

表1 T2DM組與對照組的基本資料比較（±s）

注：MoCA為蒙特利爾認知評估量表，HAMD-24項為漢密爾頓抑郁量表-24項，HAMA為漢密爾頓焦慮量表

變量 T2DM組（n=56） 對照組（n=48） t/χ2值 P值 性別（男/女，例） 44/12 32/16 1.862 0.172 0.058 受教育年限（年） 13.00±3.27 12.73±3.39 0.414 0.680 年齡（歲） 55.55±7.99 53.29±3.36 1.928 體重指數(shù)（kg/m2） 0.818 MoCA評分 24.24±3.93 27.28±1.49 -5.153 ＜0.001 23.96±2.67 23.83±2.98 0.231 ＜0.001 HAMA評分 6.29±4.78 2.69±2.01 4.898 ＜0.001 HAMD-24項評分 9.82±7.27 3.59±3.43 5.402 0.059 病程（年） 9.36±6.02 N/a - - Beck問卷評分 8.86±8.35 6.31±4.29 1.906 - 隨機血糖（mmol/L） N/a 5.90±0.983 - - 空腹血糖（mmol/L） 9.56±3.53 N/a - - 血漿皮質(zhì)醇 361.10±93.0 N/a - - 糖化血紅蛋白（%） 8.20±1.94 N/a -

2.2 基于種子點的FC分析結(jié)果 與對照組相比，T2DM組左側(cè)海馬與右側(cè)楔前葉、左側(cè)頂下小葉及后扣帶回FC顯著減低（表2，圖1）。未見左側(cè)海馬FC增高的腦區(qū)及右側(cè)海馬FC顯著差異腦區(qū)。相關(guān)分析顯示，左側(cè)海馬與右側(cè)楔前葉（r=0.271，P=0.044）及左側(cè)后扣帶回（r=0.353，P=0.008）FC值與高密度脂蛋白水平呈弱正相關(guān)，見圖2。

表2 T2DM組與對照組基于種子點功能連接分析的兩樣本t檢驗

圖1 T2DM組與對照組基于種子點功能連接分析的兩樣本t檢驗結(jié)果。

圖2 T2MD患者功能連接減低腦區(qū)的FC與臨床變量的相關(guān)性。

3 討論

本研究采用認知神經(jīng)心理量表評分結(jié)合靜息態(tài)基于種子點的FC方法，分析了T2DM患者雙側(cè)海馬與全腦之間的FC，發(fā)現(xiàn)T2DM患者MoCA認知功能評分顯著減低，漢密爾頓抑郁及焦慮評分顯著增加。左側(cè)海馬與后扣帶回、右側(cè)楔前葉及左側(cè)頂下小葉間的FC顯著減低。T2DM組左側(cè)海馬與右側(cè)楔前葉及左側(cè)海馬與左側(cè)后扣帶回間的FC值均與高密度脂蛋白水平呈弱正相關(guān)。

糖尿病伴發(fā)認知功能障礙及抑郁癥狀常見。本組T2DM患者的MoCA評分顯著低于對照組，漢密爾頓抑郁評分及焦慮評分顯著高于對照組，與文獻報道結(jié)果一致[1-3]。既往研究發(fā)現(xiàn)，45%～48%的T2DM患者有輕度認知功能障礙[13-14]，這可能與遺傳、炎癥及肥胖有關(guān)[13-15]。T2DM人群中罹患抑郁的患病率高達28%[16]；且T2DM與抑郁之間存在雙向聯(lián)系[17-18]。T2DM人群罹患抑郁的風(fēng)險高于普通人群，且抑郁也會使T2DM的患病風(fēng)險增加60%[19]。既往研究發(fā)現(xiàn)，T2DM共病抑郁與患者的年齡、病程長短及身體健康狀態(tài)等有關(guān)[20-21]。然而，T2DM伴發(fā)認知功能障礙和抑郁的具體機制尚不明確。

海馬是大腦邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，與其他邊緣腦區(qū)及默認網(wǎng)絡(luò)存在廣泛聯(lián)系，是學(xué)習(xí)記憶[22]及高級認知情感加工功能[23]的重要中樞。因海馬中存在豐富的胰島素受體[4]及糖皮質(zhì)激素受體[5]，故其功能改變可能與T2DM患者認知功能和情緒功能異常密切相關(guān)。Wang等[24]的大樣本磁共振波譜研究發(fā)現(xiàn)，T2DM患者海馬肌酸和肌醇升高，肌酸升高提示海馬的能量合成存在異常，可能與T2DM胰島素抵抗及葡萄糖代謝紊亂有關(guān)。肌醇升高可能是由于T2DM胰島素抵抗引起細胞內(nèi)第二信使傳遞障礙所致，進一步支持本研究結(jié)果。后扣帶回、楔前葉及頂下小葉均是默 認網(wǎng)絡(luò)（default mode networks，DMN）的核心腦區(qū)。本研究中，T2DM患者左側(cè)海馬與左側(cè)后扣帶回、頂下小葉及右側(cè)楔前葉間的FC顯著減低，提示T2DM患者的左側(cè)海馬與DMN之間的FC受損。DMN涉及的腦區(qū)主要包括內(nèi)側(cè)前額葉、前/后扣帶回、楔前葉、顳葉、頂下小葉及海馬等，其功能與人腦對內(nèi)外環(huán)境的監(jiān)測、清醒狀態(tài)維持、情緒加工、自我內(nèi)省及情景記憶提取等密切相關(guān)[25-26]。在重性抑郁障礙[27]、雙相障礙[28-29]及阿爾茨海默病[30]等認知神經(jīng)心理疾病中均發(fā)現(xiàn)了DMN的功能異常。另外，Sun等[31]研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者的海馬與DMN間的FC減低，進一步支持本研究結(jié)論。然而，F(xiàn)ang等[32]研究發(fā)現(xiàn)<40歲T2DM患者中，左側(cè)海馬與DMN的左側(cè)額下回及頂下小葉的功能連接增強。這可能與T2DM不同發(fā)展階段大腦的不同功能重組有關(guān)。因此，海馬與DMN間FC的異?？赡軈⑴c了T2DM患者認知損害和共病抑郁的神經(jīng)病理生理過程。

本研究還發(fā)現(xiàn)左側(cè)海馬與右側(cè)楔前葉間及左側(cè)后扣帶回間FC值與高密度脂蛋白水平呈正相關(guān)，提示T2DM患者高密度脂蛋白越低，海馬與右側(cè)楔前葉間及左側(cè)后扣帶間FC受損越明顯。T2DM患者易伴發(fā)脂代謝紊亂。Dan等[13]研究發(fā)現(xiàn)，T2DM伴輕度認知功能障礙者血漿脂肪素水平顯著增加，高血漿脂肪素是T2DM患者認知功能障礙的獨立決定因子，進一步支持本研究結(jié)論。因此，T2DM左側(cè)海馬FC受損與脂代謝紊亂及認知功能有關(guān)。但由于納入樣本量有限，本研究未發(fā)現(xiàn)靜息態(tài)FC值與認知功能評分之間的相關(guān)性。

總之，T2DM存在顯著的認知功能受損及抑郁癥狀，其左側(cè)海馬與多個DMN關(guān)鍵腦區(qū)的FC受損，提示海馬與DMN間FC受損可能是T2DM患者認知損害及共病抑郁的重要神經(jīng)病理生理機制。本研究的不足之處在于僅評價了T2DM患者海馬的功能連接，未行海馬結(jié)構(gòu)分析，故海馬功能改變與結(jié)構(gòu)改變的因果關(guān)系尚不能闡明。另外，海馬可根據(jù)不同功能更精細地分為不同的亞區(qū)[33]；但本研究并未分析海馬各功能亞區(qū)與全腦的FC改變。因此，后續(xù)研究中應(yīng)收集更大樣本資料，根據(jù)海馬不同亞區(qū)劃分，聯(lián)合結(jié)構(gòu)與功能影像學(xué)結(jié)合T2DM的認知神經(jīng)心理量表及臨床資料，更全面系統(tǒng)地分析T2DM患者認知及情緒功能受損的神經(jīng)機制，為早發(fā)現(xiàn)和早干預(yù)T2DM患者腦損害提供影像學(xué)依據(jù)。

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