2 型糖尿病血糖水平致慢性腦損害腦區(qū)差異的磁共振波譜研究

梁曉瑩 肖葉玉 張萍 陳杰 侯衛(wèi)武

糖尿病腦病是2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，可引起認(rèn)知功能、腦結(jié)構(gòu)及神經(jīng)生理異常，而且因病情隱匿，腦功能損害臨床發(fā)現(xiàn)時已不可逆［1,2］。因此，研究慢性糖尿病腦病的早期診斷，進(jìn)一步為臨床提供早期治療的客觀依據(jù)具有重要的臨床意義。磁共振功能成像技術(shù)因其無創(chuàng)、客觀、易應(yīng)用于臨床的特點(diǎn)成為研究糖尿病腦病的熱點(diǎn)技術(shù)，既往研究表明磁共振功能成像技術(shù)能早期發(fā)現(xiàn)和定量評價糖尿病腦病患者腦微結(jié)構(gòu)和功能改變［3,4］，而氫質(zhì)子磁共振波譜（proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS）因其具有無創(chuàng)、在體定量檢測生物體內(nèi)代謝變化的能力，能從分子層面解析腦部生理功能和病理改變而成為研究焦點(diǎn)［5］。近年關(guān)于T2DM慢性腦損害MRS 研究發(fā)現(xiàn)在腦結(jié)構(gòu)發(fā)生異常之前，海馬及前額葉皮質(zhì)等特定部位即可檢出代謝物異常［5］。Roy 等［6］研究發(fā)現(xiàn)T2DM 慢性腦病與糖化血紅蛋白（hemoglobin A1c，HbAlc）水平呈輕度負(fù)相關(guān)，與病程呈中度負(fù)相關(guān)，但目前血糖控制水平對不同腦區(qū)灰白質(zhì)代謝物的相關(guān)性尚不明確。因此，本研究試圖通過多體素1H-MRS 對不同HbAlc 水平T2DM 患者的不同腦區(qū)灰白質(zhì)代謝物進(jìn)行相對定量檢測，進(jìn)一步探討HbAlc 水平與不同腦區(qū)慢性腦損害的關(guān)系，試圖為糖尿病慢性腦損害確定重點(diǎn)監(jiān)控腦區(qū)與代謝物。

資料與方法

1.納入和排除標(biāo)準(zhǔn)

T2DM納入標(biāo)準(zhǔn)：符合T2DM診斷標(biāo)準(zhǔn)［7］：空腹血糖大于等于7.0 mmo/L 或隨機(jī)血糖大于等于11.1 mmo/L 或OGTT 2 h 血糖大于等于11.1 mmo/L。T2DM 排除標(biāo)準(zhǔn)：繼發(fā)性糖尿病患者、T1DM 患者、懷孕或哺乳期婦女；既往有嚴(yán)重低血糖、嚴(yán)重心血管疾病、糖尿病酮癥酸中毒、酒精依賴、精神發(fā)育遲滯、腦外傷、腦出血等病史；不能正常交流者；有MRI 禁忌證患者。健康對照納入標(biāo)準(zhǔn)：平素體健，無糖尿病、高血壓、高脂血癥、顱腦外傷等病史。健康對照排除標(biāo)準(zhǔn)：有MRI 禁忌證患者。

2.研究對象

收集本院T2DM 患者45 例（T2DM組），男21例，女24 例，年齡42～80 歲，平均（62.32±7.12）歲。依據(jù)糖尿病控制目標(biāo)（亞洲-太平洋地區(qū)2 型糖尿病政策組）中HbAlc 水平將T2DM 患者分為A～C 3組，其中A組（HbAlc＜6.5%）15 例，男6 例，女9例，平均（63.41±7.25）歲，HbAlc（5.91±0.52）%，病程（4.51±0.45）年；B組（HbAlc 6.5～7.5%）15 例，男7 例，女8 例，平 均（59.66±7.32）歲，HbAlc（7.21±0.30）%，病程（4.35±0.32）年；C組（HbAlc＞7.5%）15 例，男8 例，女7 例，平均（64.02±6.42）歲，HbAlc（9.12±1.71）%，病程（4.72±0.41）年。納入與T2DM組年齡、性別、受教育程度匹配的健康志愿對照34 例［正常組（healthy controls，HC）組］，男15 例，女19 例，年齡42～78 歲，平均（59.92±6.44）歲。入組者均為右利手。本研究屬于前瞻性研究，經(jīng)汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（倫理批號：汕大醫(yī)附二2014-36）。患者均已簽署知情同意書。

3.檢查方法

應(yīng)用Signa HDX-Speed 1.5 T 超導(dǎo)型磁共振掃描儀（GE）及其配套的標(biāo)準(zhǔn)8 通道頭線圈。多體素1H-MRS 檢測：采用T2WI 三平面定位（圖1），選擇半卵圓中心層面作為興趣區(qū)（region of interest，ROI），體素8 cm×10 cm×2 cm，點(diǎn)解析頻譜（point resolved selective spectroscopy，PRESS）序列采集頻譜數(shù)據(jù)（TR/TE 1500/35 ms，NEX 1，相位×頻率18×18，視野16×16，矩陣521×512），在自動和手動勻場后進(jìn)行掃描，掃描完成后在GE Signa ADW 4.3 工作站獲取相應(yīng)體素波譜數(shù)據(jù)，通過水模作為外標(biāo)進(jìn)行基線及相位校正，最后用SAGE（spectroscopy analysis by general electric，SAGE）聯(lián)合LC-Model（linear combination of model，LC-Model）軟件定位定量測定左側(cè)額葉皮質(zhì)及頂葉白質(zhì)N-乙?；扉T冬氨酸（n-acetylaspartate，NAA）/肌酸（creatine，Cr）、膽堿復(fù)合物（choline，Cho）/Cr和肌醇（myoinositol，mI）/Cr 的相對濃度比值。

圖1 多體素 1H-MRS掃描ROI三平面定位圖，ROI置于半卵圓中心層面。a)T2WI橫軸位；b)T2WI冠狀位；c)T2WI 矢狀位

4.統(tǒng)計分析

采用SPSS 22.0 軟件包進(jìn)行統(tǒng)計分析，計量資料用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，T2DM組和HC組間兩兩比較采用單因素方差分析（One-way ANOVA）中的Bonferroni 法。計數(shù)資料用例數(shù)表示，應(yīng)用卡方檢驗對T2DM組與HC組間性別差異進(jìn)行比較，獨(dú)立樣本t 檢驗對兩組年齡差異進(jìn)行檢驗。采用Spearman 相關(guān)分析法對T2DM組NAA/Cr、Cho/Cr及mI/Cr 與HbA1c 水平作相關(guān)性分析。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義，P＜0.01 為差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié)果

1.T2DM組與HC組間年齡及性別差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）（表1）

表1 T2DM組與HC組年齡及性別的比較

2.T2DM組與HC組左額葉皮質(zhì)代謝物的比較

不同HbA1c 水平T2DM組與HC組間左額葉皮質(zhì)Cho/Cr 及mI/Cr 差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05，P＜0.05）。A、B、C 三組Cho/Cr 均較HC組低，其中B、C 兩組Cho/Cr 較HC組下降具有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.047，P=0.001）（圖2），且Cho/Cr 隨HbA1c 水平升高而降低，與A組比較，B、C 兩組Cho/Cr 降低有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.019，P=0.003）（圖3）。隨著HbA1c水平的升高，A、B、C 三組mI/Cr 較HC組僅A組稍降低，B、C組均升高，但僅C組mI/Cr 較HC組及A組升高且有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.038，P=0.026）（圖3）。NAA/Cr 隨著HbA1c 水平的升高逐漸降低，但不同HbA1c 水平T2DM組與HC組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表2）。

圖2 HC組與T2DM B組左額葉皮質(zhì)經(jīng)LC-Model 擬合前后1H-MRS 圖。a)女，60 歲（HC組），左額葉皮質(zhì)經(jīng)LC-Model 擬合前后1H-MRS圖，黑色線為擬合前波譜圖，紅色線為擬合后波譜圖；b)男，65 歲（T2DM B組，HbAlc=7.4%），左額葉皮質(zhì)經(jīng)LC-Model 擬合前后 1H-MRS圖，可見T2DM組Cho/Cr 較HC組降低；c)MRI T2WI 橫軸位，F(xiàn) 為左額葉皮質(zhì)單個體素興趣區(qū)在多體素 1H-MRS 中定位圖 圖3 T2DM A組與C組左額葉皮質(zhì)經(jīng)LC-Model 擬合前后 1H-MRS 圖。a)男，58 歲（A組），擬合前后 1H-MRS 圖，黑色線為擬合前波譜圖，紅色線為擬合后波譜圖；b)男，65 歲（C組），擬合前后 1H-MRS 圖，可見C組Cho/Cr 較A組顯著降低，mI/Cr 較A組升高 圖4 HC組與T2DM組左頂葉白質(zhì)經(jīng)LC-Model 擬合1H-MRS 圖。a)女，55 歲（HC組），左頂葉白質(zhì)經(jīng)LC-Model擬合前后1H-MRS 圖，黑色線為擬合前波譜圖，紅色線為擬合后波譜圖；b)女，60 歲（T2DM B組，HbAlc=7.4%），左頂葉白質(zhì)經(jīng)LC-Model 擬合前后1H-MRS 圖示T2DM組Cho/Cr 較HC組顯著降低；c)MRI T2WI 橫軸位，P 為左頂葉白質(zhì)單個體素興趣區(qū)在多體素1H-MRS 中的定位

表2 T2DM組與HC組左額葉皮質(zhì)代謝物的比較

3.T2DM組與HC組左頂葉白質(zhì)代謝物的比較

不同HbA1c 水平T2DM組與HC組間左頂葉白質(zhì)Cho/Cr 及mI/Cr 差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01，P＜0.05）。與HC組比較，A～C組Cho/Cr 均顯著降低（P=0.008，P=0.005，P=0.002）（圖4）；另外隨著HbA1c 水平升高，Cho/Cr 逐漸下降，但A、B、C 三組組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（F=0.072，P=0.930）。對于mI/Cr，A、B 兩組較HC組降低，C組較HC組升高，但僅C組mI/Cr 較HC組及A組升高有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.049，P=0.045）（圖5）。另外，A～C組NAA/Cr 較HC組呈先升高后降低趨勢，但不同HbA1c 水平T2DM組與HC組間NAA/Cr 差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表3）。

圖5 T2DM A組與C組左頂葉白質(zhì)經(jīng)LC-Model 擬合前后1H-MRS圖。a)女，56 歲（A組），擬合前后1H-MRS 圖，黑色線為擬合前波譜圖，紅色線為擬合后波譜圖；b)男，62 歲（C組），擬合前后1H-MRS 圖示C組Cho/Cr 較A組降低，mI/Cr 較A組升高

表3 T2DM組與HC組左頂葉白質(zhì)代謝物的比較

4.相關(guān)性分析

T2DM組左額葉皮質(zhì)Cho/Cr 與HbA1c 水平呈中度線性負(fù)相關(guān)（r=-0.453，P=0.003），但NAA/Cr及mI/Cr 與HbA1c 水平均無相關(guān)性（r=-0.073，P=0.649；r=0.214，P=0.173）。T2DM組左頂葉白質(zhì)NAA/Cr、Cho/Cr 及mI/Cr 值與HbA1c 水平均無相關(guān)性（r=-0.262，P=0.093；r=-0.145，P=0.359；r=0.246，P=0.116）。

討 論

1.多體素1H-MRS 檢測腦代謝物研究早期慢性糖尿病腦損害的可行性

生物體內(nèi)代謝物變化通常早于組織結(jié)構(gòu)的改變，MRS 是目前極少數(shù)可無創(chuàng)、無輻射、在體定量檢測生物體內(nèi)代謝變化，在分子水平反映腦部疾病的功能和病理生理學(xué)改變的方法之一，因而利用MRS 研究早期糖尿病腦損害切實可行。多體素1H-MRS 相對單體素具有采樣大、代謝物覆蓋興趣區(qū)廣及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)［8］，能更準(zhǔn)確檢測腦內(nèi)代謝物的變化。以往研究［9］表明，正常人雙側(cè)大腦半球代謝物分布對稱，但筆者前期研究發(fā)現(xiàn)［10］右利手糖尿病性高血壓患者左側(cè)額頂葉代謝物改變較右側(cè)明顯，因此本研究采用多體素1H-MRS 探索不同HbAlc 水平T2DM 患者左額葉皮質(zhì)及頂葉白質(zhì)代謝物變化與HbAlc 水平的關(guān)系，以便早期發(fā)現(xiàn)糖尿病血糖變化對腦區(qū)的影響。

2.HbAlc 水平對不同腦區(qū)灰白質(zhì)差異神經(jīng)元影響

NAA 作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元完整性的代表，本研究中，隨著HbAlc 水平的升高，A～C 三組左額葉皮質(zhì)NAA/Cr 較HC組逐漸降低，左頂葉白質(zhì)NAA/Cr 較HC組先增高后降低，但不同HbAlc水平T2DM組與HC組間比較均無統(tǒng)計學(xué)意義，這與以往許多研究結(jié)果［10-13］不一致。筆者認(rèn)為可能與本研究選取的T2DM 患者基本沒有或僅有輕微并發(fā)癥或輕度神經(jīng)元功能障礙有關(guān)，這也在Sinha 等［14］及Ozsoy 等［15］研究中得到證實。另外，本研究發(fā)現(xiàn)T2DM 患者左額葉皮質(zhì)及左頂葉白質(zhì)NAA/Cr 基本隨著HbAlc 水平升高逐漸降低，表明當(dāng)血糖控制水平越差，T2DM 患者左額葉皮質(zhì)及頂葉白質(zhì)NAA 水平下降越明顯，Zhao 等［16］研究也有類似的發(fā)現(xiàn)，這可能與糖尿病慢性高血糖引起腦神經(jīng)元線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激增強(qiáng)及活性氧增多等能量代謝異常，進(jìn)而導(dǎo)致腦神經(jīng)元功能障礙甚至細(xì)胞凋亡有關(guān)，當(dāng)血糖水平越高，高血糖持續(xù)時間越長，腦神經(jīng)元損傷及功能障礙也越顯著。

3.HbAlc 水平對不同腦區(qū)灰白質(zhì)差異細(xì)胞膜影響

本研究結(jié)果顯示，不同HbA1c 水平T2DM組左額葉皮質(zhì)及左頂葉白質(zhì)Cho/Cr 均較HC組降低。Zhang 等［17］也得到了類似的結(jié)果，可能因糖尿病的慢性高血糖作用引起細(xì)胞膜脂質(zhì)活性及轉(zhuǎn)運(yùn)功能降低，繼而導(dǎo)致細(xì)胞損傷、丟失所致。但目前對T2DM 患者腦部Cho 水平的變化尚有爭議，有研究指出T2DM 患者腦內(nèi)Cho/Cr 比值較正常人升高［10］，同時亦有研究發(fā)現(xiàn)腦部Cho 水平無顯著變化［12］。另外，本研究發(fā)現(xiàn)隨著HbA1c 水平的升高，T2DM組左額葉皮質(zhì)及左頂葉白質(zhì)Cho/Cr 逐漸降低，但僅T2DM組左額葉皮質(zhì)Cho/Cr 與HbA1c 水平呈中度負(fù)相關(guān)，而左頂葉白質(zhì)Cho/Cr與HbA1c 水平無相關(guān)性?？赡芘c額葉皮質(zhì)神經(jīng)元具有豐富的胰島素受體而頂葉白質(zhì)主要成分為軸突有關(guān)，當(dāng)糖尿病慢性高血糖引起血液高凝狀態(tài)，形成微血栓，進(jìn)而導(dǎo)致腦組織缺血缺氧及葡萄糖缺乏時，腦神經(jīng)元因缺乏胰島素刺激而出現(xiàn)細(xì)胞代謝障礙，導(dǎo)致神經(jīng)元失營養(yǎng)甚至凋亡［18］。因此左額葉皮質(zhì)較左頂葉白質(zhì)更易出現(xiàn)Cho 水平的降低，且當(dāng)HbA1c 水平越高時，腦組織缺血越明顯，Cho 濃度降低也越顯著。

4.HbAlc 水平對不同腦區(qū)灰白質(zhì)差異mI 影響

mI 主要反映膠質(zhì)細(xì)胞的增殖或活化，同時也是細(xì)胞膜滲透改變的標(biāo)志。以往有許多關(guān)于糖尿病腦代謝變化的研究報道m(xù)I/Cr 明顯升高，張倩等［19］研究發(fā)現(xiàn)T2DM 腦病患者左側(cè)后扣帶回mI/Cr 顯著升高，Wang 等［20］研究表明T2DM 患者腦部左側(cè)海馬mI 濃度明顯升高。本研究中，雖C組左額葉皮質(zhì)及左頂葉白質(zhì)mI/Cr 較HC組升高具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），但不屬于顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.01），這與以往較多研究報道不一致，可能與本研究的興趣區(qū)不同，篩選的DM 患者沒有出現(xiàn)明顯的神經(jīng)元壞死及膠質(zhì)細(xì)胞增生改變而只有輕度的神經(jīng)元功能障礙。

綜上所述，1H-MRS 定量分析檢測腦部代謝物濃度變化可作為臨床上一種早期診斷糖尿病腦損害的可行技術(shù)手段。另外，本研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元損傷額葉皮質(zhì)較頂葉易受影響，因此可將額葉皮質(zhì)作為監(jiān)測慢性腦損害的重點(diǎn)腦區(qū)；且神經(jīng)元損傷程度隨HbA1c 水平升高逐漸加重，提示在臨床工作中要密切監(jiān)測血糖，嚴(yán)格控制血糖水平。