基于1H-MRS聯合DTI定量檢測2型糖尿病患者后扣帶回損傷及其與認知功能的相關性

蔡 清，林 琳，汪 洋，張 弢，于 揚，沈 晶，伍建林*

(1.大連大學附屬中山醫院放射科，4.內分泌科，遼寧 大連 116001；2.遵義醫科大學第三附屬醫院放射科，貴州 遵義 563000；3.空軍軍醫大學西京醫院放射科，陜西 西安 710032)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)是臨床常見、以慢性高血糖為主要特征的代謝性疾病，可導致全身多器官損傷及功能障礙，目前其所引起的中樞神經系統損傷導致的認知功能障礙逐漸成為關注熱點[1]。T2DM同時也是阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)獨立危險因素之一，可增加輕度認知損傷(mild cognitive impairment, MCI)轉變為AD的風險[2]。研究[3]顯示，后扣帶回(posterior cingulate cortex, PCC)是AD最早累及的腦區之一，也是邊緣系統重要組成部分和默認網絡(default mode network， DMN)重要節點，在多項認知功能中有承接樞紐作用[4-5]。本研究采用DTI聯合MRS技術，探討T2DM患者PCC微結構損傷及其與認知功能的相關性，探索T2DM認知功能損傷的早期預測指標。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年4月—2017年1月大連大學附屬中山醫院內分泌科收治的43例T2DM患者，男22例，女21例，年齡48～72歲，平均(60.5±5.6)歲；按認知功能評分將其分為2組：T2DM伴認知功能障礙組(T2DM+CD組)，21例，男8例，女13例，蒙特利爾認知評估量表(Montreal cognitive assessment score， MoCA)評分<26分；T2DM不伴認知功能障礙組(T2DM組)，22例，男14例，女8例，MoCA評分≥26分。納入標準：右利手，可配合MR檢查和認知專項測試；無腦外傷及神經、精神系統疾病；常規MRI顯示腦內無出血、梗死灶、腫瘤等；無藥物依賴史及煙酒成癮；無服用引起認知功能改變藥物史；無低血糖發作史且均未接受胰島素增敏劑(噻唑烷二酮類藥物)治療。另擇同期年齡、性別、受教育年限相匹配的23名健康志愿者作為對照組(HC組，MoCA評分≥26分)，男8名，女15名。被試者一般資料見表1。本研究經大連大學附屬中山醫院倫理委員會審核通過，所有被試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器 采用Siemens Magnetom Verio 3.0T超導型MR掃描儀，12通道標準頭部線圈。1H-MRS采用單體素法點分辨自旋回波波譜(point-resolved echo spin spectroscopy, PRESS)序列，在大腦正中矢狀面于頂枕溝以上、胼胝體壓部后方定位PCC(圖1)，進行波譜采集，參數：TR 2 000 ms，TE 30 ms，體素20 mm×20 mm×20 mm，翻轉角90°。DTI掃描采用單次激發自旋平面回波序列，參數：TR 11 908 ms，TE 86 ms，b值取0、1 000 s/mm2。

1.2.2 圖像后處理 采用Siemens工作站Spectroscopy軟件對1H-MRS譜線自動進行相位及基線校準、信號平均、代謝物識別及譜線擬合，然后自動讀取PCC區代謝物曲線下面積，包括N-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate, NAA)、肌酸(creatine, Cr)、膽堿(cho-line, Cho)、肌醇(myo-inositol, mI)、谷氨酸復合物(glutamate+glutamine, Glx)及磷酸肌酸(phosphocreatine, PCr)，并計算NAA/Cr、Cho/Cr、mI/Cr、Glx/Cr及NAA/Cho值。采用PANDA軟件進行DTI數據預處理及分析，提取1H-MRS中的PCC作為mask，將提取的mask配準到DTI圖像中，軟件自動計算和讀取全腦及PCC區各向異性分數(fractional anisotropy, FA)和平均彌散率(mean diffusivity, MD)，見圖2。

1.2.3 認知功能測試 采用MoCA量表評估被試者執行與視空間能力、記憶等認知功能，評分≥26分為正常，評分<26分為認知功能受損；隨后由經過訓練的專人對被試者進行連線測驗(trail making test, TMT)、詞語流暢度測驗(verbal fluency test, VFT)、畫鐘測驗(clock drawing test, CDT)及數字廣度測驗(digit span test, DST)等認知專項評估與測試，總時長約30 min。

2 結果

T2DM+CD、T2DM與HC組3組間空腹血糖(fasting plasma glucose， FPG)、MoCA、CDT、DST、VFT、TMT-A差異均有統計學意義(P均<0.05)；兩兩比較，HC組與T2DM組、T2DM+CD組間FPG差異均有統計學意義(P均<0.05)，T2DM+CD組與T2DM組、HC組間MoCA、CDT、DST、VFT、TMT-A差異均有統計學意義(P均<0.05)，其余差異均無統計學意義(表1)。

2.11H-MRS指標 3組間PCC區mI/Cr、Glx/Cr值差異有統計學意義(P均<0.05)，其中T2DM+CD組mI/Cr值明顯高于T2DM及HC組(P均<0.05)，T2DM+CD組Glx/Cr值明顯低于T2DM及HC組(P均<0.05)；3組間PCC區NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值差異無統計學意義(P均>0.05)，見表2。

表1 3組間一般資料比較

表2 3組被試者PCC區1H-MRS代謝物比值比較(±s)

表3 3組被試者全腦及PCC區FA、MD值比較

圖1 PCC區1H-MRS單體素掃描定位示意圖 A.冠狀位; B.矢狀位; C.軸位 圖2 PCC區FA、MD值提取示意圖 A.冠狀位; B.矢狀位; C.軸位

2.2 DTI指標 3組全腦及PCC區FA、MD值差異均有統計學意義(P均<0.05)，其中T2DM+CD組全腦及PCC區FA值均低于T2DM及HC組(P均<0.05)，MD值均高于T2DM及HC組(P均<0.05)，見表3。

2.31H-MRS及DTI指標與認知評分相關性 T2DM+CD組PCC區Glx/Cr(r=0.59，P<0.01)、FA(r=0.57，P=0.01)與MoCA評分均呈正相關，其余代謝物指標與認知評分間均無明顯相關。

3 討論

T2DM患者長期高血糖可能引起以不同程度認知功能障礙為代表的腦微結構損傷，近年來已成為國內外研究熱點。本研究T2DM+CD組以總體認知水平為代表的MoCA評分明顯低于T2DM組及HC組(P<0.05)，其他專項認知測試結果如執行與視空間能力、命名、記憶、語言及抽象思維能力等也存在不同程度障礙，與多數研究[6-8]結論相符。

3.1 PCC區1H-MRS代謝物指標改變及其意義1H-MRS是目前無創性半定量檢測人腦NAA、Cho、mI及Cr等代謝物變化的最常用且理想的影像學方法。Cr在生理及病理狀況下均相對穩定，常作為分母來計算各代謝物比值，以達到對個體代謝物相對標準化目的。mI是腦內神經膠質細胞標志物，其升高提示膠質細胞增生。本研究T2DM+CD組mI/Cr值明顯高于T2DM、HC組，提示隨病程延長與病情進展，mI/Cr升高。Geissler等[9]報道T2DM枕葉皮質與頂葉白質mI/Cr較健康對照組顯著升高，并認為是由慢性高血糖造成神經元缺失及神經纖維纏結，膠質細胞反應性增生導致。Huang等[10]研究AD患者腦1H-MRS，發現mI在輕度AD患者中即有明顯升高，且早于NAA等其他代謝物。本研究也發現T2DM組mI/Cr值較HC組明顯升高，即T2DM腦損傷尚未出現臨床認知功能減低癥狀前mI/Cr值已有顯著改變，表明其具有較高的敏感度，mI/Cr有望成為早期預警T2DM腦損傷的重要影像學指標之一。

谷氨酸(glutamate， Glu)是大腦最重要的興奮性神經遞質，過量Glu會產生興奮性神經毒性，腦內星形膠質細胞可將過量Glu轉化為谷氨酰胺(glutamine， Gln)，從而在神經遞質滅活及調節中發揮重要作用。1H-MRS圖像中，Glu與Gln形成Glx組合峰。本研究T2DM+CD組Glx/Cr值明顯低于T2DM及HC組。目前T2DM腦1H-MRS研究對于Glx的變化尚存爭議。Ajilore等[11]發現T2DM合并抑郁癥患者皮質下白質區Glx含量較正常組顯著減低，認為可能由突觸功能受損、高血糖引起神經膠質細胞功能受損共同作用所致；但Sinha等[12]報道，T2DM患者右側額葉Glx較正常對照顯著升高，認為與高血糖破壞神經細胞周圍內環境穩態及局部組織缺氧有關。本研究結果與Ajilore等[11]相似，但采用3.0T MR設備僅能測得Glu及Gln組合峰，且影響Glx的因素較多，有待進一步深入研究。此外，Schubert等[13]指出腦內Glx含量隨年齡增大而降低；本研究T2DM患者年齡偏大，可能對Glx含量有一定影響。

3.2 PCC區DTI定量指標改變及其意義 本研究發現T2DM患者全腦及PCC區FA值隨病情進展而減低，而MD值升高，與Zhang等[14-15]研究一致，可能原因是持續性高血糖引起大量晚期糖基化終產物集聚于血管內皮下，增強細胞氧化應激反應，產生多種炎性介質，造成血管內皮細胞損傷及髓鞘脫失[16-17]。PCC在靜息狀態下具有較高神經元活性，易引起β-淀粉樣多肽生成增多，后者可引起神經細胞毒性反應，使神經細胞變性，導致細胞凋亡，神經膠質反應性增加，導致神經元功能損傷[18-20]。此外，已有動物實驗[21]證實FA值降低與白質微觀結構破壞相關，提示存在髓鞘和軸突受損。定量檢測DTI的FA值和MD值也有助于反映T2DM患者相應腦區微結構神經損傷。

3.31H-MRS與DTI定量指標評價認知功能的價值 本研究結果顯示，T2DM患者因存在神經元損傷、髓鞘脫失及膠質細胞受損等，1H-MRS和DTI定量指標也存在異常改變；而PCC作為DMN重要節點之一，其損傷將導致整個DMN功能異常，從而導致認知功能損傷。本研究中T2DM+CD組PCC區FA值與MoCA，Glx/Cr值與MoCA均存在正相關，表明上述指標減低與患者認知功能下降存在明顯相關，提示聯合采用1H-MRS與DTI定量檢測PCC區相應指標變化可反映并印證T2DM患者出現認知功能損傷及其神經病理學基礎，有望成為早期預警的生物學指標。

本研究的局限性：樣本量偏小，可能存在一定統計學結果偏倚；T2DM患者病情及認知功能障礙個體差異較大，影響因素控制不佳，有待今后細化分組、控制影響因素進行深入研究。