QSM對(duì)無(wú)輕度認(rèn)知功能障礙的2型糖尿病病人腦內(nèi)鐵沉積的評(píng)估

倪民樺，李澤陽(yáng)，謝昊，于瀛，楊洋，朱俊玲，顏林楓，崔光彬

近年來(lái)糖尿病患病率顯著增加，預(yù)計(jì)2023年全球糖尿病病人可達(dá)到4．39億，其中2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）約占87%[1]。越來(lái)越多研究顯示，T2DM是認(rèn)知損傷的危險(xiǎn)因素，近半數(shù)T2DM病人伴有輕度認(rèn)知功能障礙（mild cognitive impairment，MCI）并快速發(fā)展為癡呆，不伴MCI的T2DM病人也可能存在不同程度的認(rèn)知受損[2]。研究[3]表明認(rèn)知損傷與腦內(nèi)鐵沉積有關(guān)，而定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）是一種新的MRI技術(shù)，可通過(guò)定量計(jì)算磁敏感值來(lái)反映組織內(nèi)鐵含量。既往QSM研究主要探索了T2DM病人與健康人群的鐵沉積差異[4]，但未見分析T2DM病人在早期認(rèn)知損傷時(shí)腦內(nèi)鐵沉積的變化。本研究擬采用QSM分析不伴MCI的T2DM病人大腦深部核團(tuán)鐵沉積，探討T2DM病人早期認(rèn)知改變的潛在病理生理改變，并尋找識(shí)別T2DM認(rèn)知改變的預(yù)警指標(biāo)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2017年5月—2019年4月空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院確診為不伴MCI的T2DM病人27例，其中男14例，女13例，年齡41～62歲，平均（52．31±7．05）歲；于同期納入性別、年齡、受教育程度相匹配的30例健康志愿者作為正常對(duì)照（healthy control，HC）組，其中男16名，女14名，年齡35～59歲，平均（49．03±8．06）歲。T2DM組納入標(biāo)準(zhǔn)：①根據(jù)2013年版《中國(guó)2型糖尿病防治指南》為診斷標(biāo)準(zhǔn)確診為T2DM；②年齡18～70歲；③右利手；④簡(jiǎn)易智力狀態(tài)檢查量表（mini-mental state examination，MMSE）評(píng)分＞27分或蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）評(píng)分＞24分。HC組納入標(biāo)準(zhǔn)：①不符合2013年版《中國(guó)2型糖尿病防治指南》T2DM診斷標(biāo)準(zhǔn)；②年齡18～70歲；③右利手。2組排除標(biāo)準(zhǔn)：①存在其他能引起鐵異常沉積疾病，或近期服用過(guò)補(bǔ)鐵藥物或食物；②有其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾??；③MMSE評(píng)分＜27分或MoCA評(píng)分＜24分；④有MRI檢查禁忌證。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（NCT02420470），所有研究對(duì)象均簽署書面知情同意書。

1.2 臨床資料及量表測(cè)評(píng) 所有受試者均于MRI檢查當(dāng)天抽取空腹靜脈血，檢測(cè)空腹血糖（fasting blood glucose，F(xiàn)BG）、糖化血紅蛋白（glycosylated hemoglobin，HbA1c）和總膽固醇（total cholesterol，TC）。記錄所有受試者的收縮壓（systemic blood pressure，SBP）、舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）、體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）。MRI檢查前，由經(jīng)過(guò)神經(jīng)心理學(xué)專業(yè)人士培訓(xùn)的研究人員在安靜的環(huán)境下對(duì)受試者進(jìn)行認(rèn)知功能和情緒狀態(tài)測(cè)試并記錄相關(guān)結(jié)果，包括：①采用MMSE和MoCA評(píng)估被試認(rèn)知功能；②利用焦慮自評(píng)量表（self-rating anxiety scale，SAS）和抑郁自評(píng)量表（self-rating depression scale，SDS）評(píng)估被試情緒狀態(tài)。受試者評(píng)分越高，代表認(rèn)知能力越好或焦慮抑郁程度越高。

1.3 設(shè)備與方法 采用GE Discovery 750 3．0 T MR掃描設(shè)備，8通道相控陣頭顱線圈，掃描范圍自顱頂至顱底。采集QSM序列影像，掃描參數(shù)：TI 41．6 ms，TE 3．2 ms，翻轉(zhuǎn)角20°，層數(shù)150，層厚1．0 mm，視野（FOV）256 mm×256 mm，矩陣256×256，帶寬62．5 kHz，成像時(shí)間9 min 22 s。

1.4 數(shù)據(jù)分析 采用磁化率成像與相位偽影消除工具（susceptibility mapping and phase artifacts removal toolbox，SMART）對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理[5]，并重建出QSM圖。由2名高年資神經(jīng)影像科醫(yī)師采用ITK-SNAP軟件分別在QSM圖上逐層手動(dòng)勾畫興趣區(qū)（ROI），包括雙側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球、丘腦、紅核、黑質(zhì)、小腦齒狀核，避開鄰近血管（圖1）。以2名醫(yī)師測(cè)量值的平均值作為每個(gè)ROI內(nèi)磁化率值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 21．0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，2組間一般資料和量表評(píng)分比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，2組內(nèi)同一腦區(qū)雙側(cè)ROI的磁化率值比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用例表示，2組間比較采用卡方檢驗(yàn)。對(duì)2組間每個(gè)腦區(qū)的磁化率值進(jìn)行分析，并使用Bonferroni法進(jìn)行多重比較校正，校正后以P＜0．004表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)于2組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)，以年齡、性別、受教育年限為協(xié)變量進(jìn)行偏相關(guān)分析，評(píng)估各參數(shù)與T2DM組病人的量表評(píng)分的關(guān)系。P＜0．05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 ROI勾畫示意圖

2 結(jié)果

2.1 2組間一般資料及量表評(píng)分比較 與HC組相比，T2DM組實(shí)驗(yàn)室檢查中的FBG、HbA1c均較高（均P＜0．05）；MoCA量表評(píng)分中的命名能力較低，抽象能力評(píng)分較高（均P＜0．05）。2組間其余一般資料及量表評(píng)分差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0．05）。詳見表1、2。

2.2 2組間各腦區(qū)的QSM磁化率值比較 經(jīng)Bonferroni校正后，T2DM組右側(cè)丘腦的磁化率值低于HC組（P＜0．05）。2組間其余ROI磁化率值的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0．05）。詳見表3、圖2。

2.3 2組內(nèi)雙側(cè)腦區(qū)的磁化率值比較T2DM組，左側(cè)小腦齒狀核的磁化率值高于右側(cè)（P＜0．05）；HC組，右側(cè)黑質(zhì)的磁化率值高于左側(cè)（P＜0．05）。其余腦區(qū)ROI雙側(cè)磁化率值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0．05）。詳見表4、5。

2.4 T2DM組右側(cè)丘腦磁化率值與各量表評(píng)分的相關(guān)性分析T2DM組右側(cè)丘腦磁化率值與MoCA的抽象能力評(píng)分呈負(fù)相關(guān)（r=-0．548，P=0．005）（圖3）。右側(cè)丘腦磁化率值與其余量表評(píng)分之間無(wú)相關(guān)性。

3 討論

腦內(nèi)鐵含量改變與認(rèn)知損傷密切相關(guān)，QSM能夠通過(guò)定量不同組織的磁敏感效應(yīng)來(lái)反映腦組織內(nèi)鐵含量改變[6]。以往T2DM的QSM研究多將T2DM與HC進(jìn)行比較，而T2DM在未發(fā)生MCI時(shí)腦內(nèi)鐵沉積是否異常，及其與認(rèn)知受損的關(guān)系仍不清楚[2-3]。本研究納入不伴MCI的T2DM病人和HC人群，探索了不伴MCI的T2DM病人腦內(nèi)鐵沉積模式，為揭示T2DM認(rèn)知改變潛在的神經(jīng)病理機(jī)制提供了新的思路。

3.1 不伴MCI的T2DM病人腦內(nèi)鐵沉積模式改變 本研究發(fā)現(xiàn)不伴MCI的T2DM病人右側(cè)丘腦的磁化率值較HC組顯著降低。丘腦是腦深部核團(tuán)重要的組成部分，其內(nèi)含有豐富的少突膠質(zhì)細(xì)胞（腦內(nèi)鐵的主要來(lái)源）。在一定年限內(nèi)，隨著年齡增長(zhǎng)丘腦內(nèi)鐵含量增加，可促進(jìn)具有神經(jīng)毒性的活性氧生成，導(dǎo)致少突膠質(zhì)細(xì)胞損傷和神經(jīng)炎性反應(yīng)，進(jìn)而激活具有吞噬作用的小膠質(zhì)細(xì)胞，使其內(nèi)鐵含量降低。同時(shí)，高血糖也會(huì)引起小膠質(zhì)細(xì)胞Na+離子通道電流增強(qiáng)，炎性因子釋放增加，而炎性因子又反作用于小膠質(zhì)細(xì)胞，增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬鐵的功能，形成惡性循環(huán)，進(jìn)一步降低鐵含量[7]。既往研究也證實(shí)T2DM丘腦發(fā)生改變，Toth等[8]發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠丘腦區(qū)域少突膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增加，且活性增強(qiáng)；Roy等[9]證實(shí)T2DM病人丘腦灰質(zhì)體積較HC顯著減小；Wang等[10]發(fā)現(xiàn)T2DM病人丘腦-皮質(zhì)功能連接顯著增強(qiáng)。因此，丘腦可能是T2DM早期病理改變的重要腦區(qū)。

表1 2組一般資料的比較

表2 2組各量表測(cè)試評(píng)分的比較

表3 2組各腦區(qū)磁化率值的比較 ppb（×10-9）

圖2 T2DM組和HC組丘腦的QSM圖。HC組病人（男，56歲，平均磁化率值為12．276ppb）與T2DM組病人（男，58歲，平均磁化率值為0．282ppb）右側(cè)丘腦同一層面QSM圖比較，T2DM組右側(cè)丘腦磁化率值較HC組顯著降低。

3.2 丘腦中鐵含量的改變趨勢(shì) 以往研究 顯示，[11]T2DM病人基底神經(jīng)節(jié)、黑質(zhì)、額下三角回、中央前回等腦區(qū)磁敏感值（鐵含量）顯著增高，與鐵調(diào)素（一種可降低組織內(nèi)鐵含量的蛋白）含量下降，以及胰島素抵抗造成炎癥和高血糖狀態(tài)有關(guān)。然而本研究顯示丘腦鐵含量下降，可能是由于本研究納入被試年齡偏大（平均年齡約55歲），處于丘腦磁敏感值下降階段[12]，且糖尿病病人腦內(nèi)炎癥和高血糖狀態(tài)會(huì)進(jìn)一步加速丘腦磁敏感值降低，導(dǎo)致丘腦鐵含量顯著下降。

3.3 不伴MCI的T2DM病人雙側(cè)腦區(qū)存在差異 本研究發(fā)現(xiàn)T2DM不伴MCI組左側(cè)小腦齒狀核的磁化率值高于右側(cè)，這種雙側(cè)鏡像腦區(qū)磁化率值的差異可能與利手狀態(tài)有關(guān)。早期研究[13]表明鐵含量與多巴胺能神經(jīng)元的分泌功能密切相關(guān)，多巴胺分泌越多，腦鐵含量越多。右利手者左側(cè)多巴胺神經(jīng)元較右側(cè)分泌增加，左側(cè)腦區(qū)磁化率值較相應(yīng)右側(cè)腦區(qū)偏高，這種改變?cè)诙喟桶纺苌窠?jīng)元投射或多巴胺遞質(zhì)合成腦區(qū)（如小腦齒狀核）更為顯著[14]。既往研究[12]顯示在HC中左側(cè)腦區(qū)磁化率值較相應(yīng)右側(cè)腦區(qū)也偏高，而本研究發(fā)現(xiàn)HC組右側(cè)黑質(zhì)的磁化率值高于左側(cè)黑質(zhì)，可能與本研究樣本量（30例）小于以往研究（498例）有關(guān)。

表4 T2DM組雙側(cè)腦區(qū)ROI的磁化率值比較 n=27，ppb

表5 HC組雙側(cè)腦區(qū)ROI的磁化率值比較 n=30，ppb

圖3 T2DM不伴MCI組右側(cè)丘腦磁化率值與MoCA量表內(nèi)抽象能力評(píng)分相關(guān)性散點(diǎn)圖。右側(cè)丘腦磁化率值與MoCA內(nèi)抽象能力評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。

3.4 不伴MCI的T2DM病人腦內(nèi)鐵含量與認(rèn)知表現(xiàn)的相關(guān)性分析 本研究顯示T2DM不伴MCI病人右側(cè)丘腦鐵含量降低與抽象能力改變密切相關(guān)。丘腦是皮質(zhì)下灰質(zhì)和皮質(zhì)的中繼站，對(duì)稱性分布于第三腦室兩側(cè)，與意識(shí)、感覺、運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能密切相關(guān)。丘腦核團(tuán)眾多，與大腦皮質(zhì)、邊緣系統(tǒng)等都有廣泛的纖維聯(lián)系。其中，皮質(zhì)-基底神經(jīng)節(jié)-丘腦環(huán)路參與了運(yùn)動(dòng)控制、學(xué)習(xí)、語(yǔ)言、認(rèn)知功能和成癮等重要功能[15]。既往研究[16]也發(fā)現(xiàn)，T2DM病人紋狀體-丘腦環(huán)路受損，并與執(zhí)行功能下降有關(guān)。因此，丘腦鐵沉積異?？赡苁荰2DM病人早期認(rèn)知功能改變潛在的病理生理改變。

3.5 局限性 盡管本研究較好地證實(shí)了丘腦可能是T2DM不伴MCI病人早期認(rèn)知改變相關(guān)病理改變的重要腦區(qū)，丘腦鐵含量下降可能成為T2DM認(rèn)知功能改變的潛在影像學(xué)標(biāo)志；但本研究尚有一定的局限性：①本項(xiàng)橫斷面研究未對(duì)T2DM病人腦內(nèi)鐵沉積模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察；②樣本量相對(duì)較小，有待大樣本研究驗(yàn)證；③無(wú)病理檢測(cè)對(duì)研究結(jié)果加以佐證，在未來(lái)的研究中可結(jié)合動(dòng)物實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)這一缺陷。