2 型糖尿病患者靜息態腦鏡像同倫功能連接的研究

淦帆，周水蓮，劉慧，鐘玉林*

作者單位：1.南昌大學醫學院，南昌 330000；2.江西省人民醫院（南昌醫學院第一附屬醫院）眼科，南昌 330000

近50 年來，糖尿病的患病率呈持續上升趨勢，從西方國家向西太平洋、亞洲和非洲蔓延。目前的預測估計，2017年至2045 年期間，糖尿病患者的數量將增加50%以上，導致約6.93億人將患有糖尿病，估計每年的醫療費用約為8500億美元[1]。糖尿病屬于內分泌系統紊亂的代謝性疾病，其持續的高血糖和高血脂癥狀可損害機體多個器官，嚴重威脅人類身體健康及生命安全，可不同程度地導致腦組織不可逆損傷[2]。有研究表明2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）患者存在廣泛的腦白質受損，特別是在整個胼胝體、內囊左前肢和外囊處[3]，而大腦半球通過胼胝體在解剖學上相互連接，并在功能上具有高度互聯，用于信息交流[4]。因此，胼胝體的損傷會影響T2DM 患者半球之間的信息交流。靜息態功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）通過檢測大腦靜息狀態下的自發神經元活動，可確定腦區之間的功能連接（functional connectivity,FC）[5-6]。基于體素的鏡像同倫功能連接（voxel-mirrored homotopic connectivity, VMHC）分析是一種rs-fMRI 數據處理方法，用于量化給定體素的時間序列與對半球的鏡像體素的時間序列之間的功能連通性[7]，反映了大腦半球之間的信息交換和整合過程[8]。VMHC 方法已成功應用于研究支氣管哮喘[9]、亞急性卒中[10]、抑郁癥[11]等多種疾病發病機制的研究。然而，基于VMHC探討T2DM患者腦功能的研究甚少且結果相互矛盾。一項研究報告了T2DM 患者枕葉區域的VMHC 增加[12]，而另一項針對T2DM 腎病和視網膜病變的患者的研究則發現枕葉VMHC 下降[13]。因此，本研究的目的是利用VMHC 方法定量分析T2DM 患者的大腦半球之間同倫FC 的變化，以期為T2DM 腦損傷的發病機制提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究采用前瞻性研究方法，將2020 年8 月至2021 年12 月于江西省人民醫院就診的T2DM 患者22 例納入T2MD 組，從社會招募與T2DM 患者年齡、性別及教育年限相匹配的志愿者22名納入正常對照組。

T2DM 組納入標準：（1）符合中國2 型糖尿病防治指南（2020 版）診斷標準[14]：典型的糖尿病癥狀或加上隨機血糖≥11.1 mmol/L，或加上空腹血糖≥7 mmol/L，或加上OGTT 2 h血糖≥11.1 mmol/L，或加上糖化血紅蛋白≥6.5%，無糖尿病典型癥狀者，需改日復查確認；（2）無糖尿病并發癥；（3）無低血糖發作史；（4）接受過非藥物治療（飲食控制、鍛煉）及降糖藥物治療；（5）右利手。排除標準：（1）患有其他神經系統病變；（2）有腦外傷史；（3）有精神病史；（4）有酒精及藥物依賴史；（5）MRI禁忌證。

正常對照組納入標準：同時滿足空腹血糖≤6.1 mmol/L、餐后血糖≤7.8 mmol/L及糖化血紅蛋白≤6.5%。排除標準與T2DM組一致。

研究中所使用的方法均已經江西省人民醫院倫理委員會批準（批準文號：2021-010），在研究開始前所有受試者及其家屬均已簽署知情同意書。

1.2 MRI參數

使用3.0 T 磁共振掃描儀（GE Discovery MR750）并8 通道頭顱線圈進行MRI 掃描。采用T1WI 3D TFE 掃描序列進行3D 結構圖像采集，成像參數：TR 8.5 ms，TE 3.3 ms，矩陣256×256，FOV 240 mm×240 mm，FA 12°，層數188 層，層厚1.0 mm，層間距0 mm，激發次數1 次。rs-fMRI 的圖像采用全腦平面回波成像（EPI）序列采集：TR 2000 ms，TE 25 ms，矩陣64×64，FOV 240 mm×240 mm，FA 90°，層 數35 層，層 厚3.0 mm，層間距1.2 mm，體素3.75 mm×3.75 mm×3.0 mm。

1.3 fMRI掃描步驟與數據預處理

告知所有受試者使用泡沫墊行頭部制動，佩戴耳塞降噪，在成像過程中，閉上雙眼，保持清醒，避免做主動思維活動。整個掃描過程均由江西省人民醫院影像科一位高年資醫師完 成。應 用DPABI_V4.0 軟 件（http://www.rfmri.org）及SPM8（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）對磁共振數據進行預處理。步驟依次為：（1）將DICOM 數據格式轉換為NIFTI格式，剔除前10 個時間點；（2）時間層校正；（3）頭動校正（排除受試者頭動平移＞2 mm，旋轉＞2o），未排除任何一名受試者；（4）空間標準化（重采樣體素大小為3 mm×3 mm×3 mm）；（5）平滑（高斯核的半高寬為6 mm）；（6）去線性漂移；（7）去除協變量（頭動、腦脊液、腦白質信號和全腦均值信號）。

1.4 計算VMHC值并進行全腦FC分析

基于先前的研究，采用DPABI軟件[7]計算雙側大腦半球每對鏡像體素之間的皮爾遜相關系數，即VMHC值。通過Fisher-Z變換得到Z值，使數據呈現正態分布方式,然后對Z變換后的VMHC 值進行兩樣本t檢驗(GRF 校正，雙尾，體素水平P＜0.001，簇水平P＜0.05)獲得兩組間VMHC差異分布情況。

1.5 VMHC值與空腹血糖值相關性分析

將上述顯著差異腦區的平均標準化VMHC 值與空腹血糖做Pearson相關性分析，P＜0.05為差異具有統計學意義。

1.6 統計學分析

采用SPSS 26.0 統計軟件進行統計分析。對兩組樣本間計量資料，如年齡、受教育年限采用獨立樣本t檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義，計數資料如性別采用χ2檢驗,P＜0.05為差異有統計學意義。采用基于SPM8軟件的雙樣本t檢驗對兩組VMHC值進行比較，并對結果行高斯隨機場（Gaussian random field, GRF）校正,體素水平閾值P＜0.001、簇水平P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料統計結果

T2MD 組與正常對照組的平均年齡、性別及受教育年限的差異均無統計學意義（P＞0.05），兩組空腹血糖值差異有統計學意義（t=-17.32，P＜0.05）,見表1。

表1 T2DM組與正常對照組臨床資料比較

2.2 T2DM組和正常對照組VMHC值的組間差異分析

與正常對照組比較，T2DM組雙側小腦半球VMHC值均升高，主要集中在雙側小腦小葉Ⅸ區[峰值=4.14，體素大小=183，蒙特利爾神經研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）坐標：X=9,Y=-60,Z=-18]，見圖1。

2.3 VMHC值與空腹血糖值相關性分析

差異腦區的平均標準化VMHC 值與空腹血糖值無顯著相關性（P＞0.05）。

3 討論

本研究旨在基于VMHC 分析方法研究T2DM 患者腦功能中樞及其連通性的變化。與正常對照組相比，T2DM 組兩側小腦小葉Ⅸ區VMHC 值升高，主要集中在雙側小腦小葉Ⅸ區。與以往研究不同，本研究首次發現T2DM 患者雙側小腦半球連接功能的異常，可能為T2DM患者腦損害提供參考依據。

3.1 小腦半球與認知功能的關系

以往的解剖和功能神經影像學研究以及從小腦病變患者的治療中獲得的臨床證據表明，小腦除了參與精細的運動和肌肉緊張協調外，還在認知（即注意、言語學習、記憶和認知規劃）和情感過程中發揮作用[15-17]。另有研究發現默認模式網絡(default mode network, DMN)包括小腦小葉Ⅸ區和小葉VIIB 右半球的一個小簇[18]。一項基于靜息態FC 分析的研究，也發現小葉Ⅸ區與DMN 表現出較強的靜息態FC[19]。一些研究也認為小腦小葉Ⅸ區參與DMN，并與大腦DMN區域具有內在的連接[20-22]。DMN以及DMN與其他大腦系統之間的相互作用在維持基本認知功能中起著關鍵作用[23]。結果表明，小腦小葉Ⅸ區VMHC值升高可能與T2DM認知功能損害有關。

3.2 T2DM患者連接功能改變的腦區

在以往的研究中，Wang 等[13]發現糖尿病視網膜病變患者雙側顳中回、雙側枕中回和雙側內側額回的平均VMHC 值降低。Xia 等[12]研究發現T2DM 患者表現出枕下回和中央前回兩個腦區的半球連接增加。而本研究發現T2DM 患者小腦半球連接功能增加。以往的fMRI 研究表明，枕葉神經活動的減少與皮層視覺處理的損傷有關[24]。現在人們普遍認為視網膜病變與糖尿病有關，其可導致視力損害。在本研究中，納入研究的T2DM 患者沒有并發視網膜病變，這可能是本研究并未發現枕葉VMHC值異常的原因。

3.3 T2DM組VMHC值與空腹血糖值相關關系

在相關性分析中，我們并未發現VMHC 值與空腹血糖有相關性，Liu 等[25]研究表明在不同的糖代謝狀態和糖尿病病程中，DMN 連接可能表現出不同的模式。因此，我們推測不同糖尿病病程患者VMHC 值的變化與空腹血糖值之間的關系并非呈單一變化，這可能是本研究沒有發現相關性的原因。

3.4 T2DM患者腦損害的病理生理機制

目前對于糖尿病患者腦損傷的病理生理機制尚不清楚，主要認為高血糖誘導腦損傷的機制包括血管疾病、氧化應激、神經炎癥、線粒體功能障礙、細胞凋亡、神經營養因子減少、神經遞質的變化、大腦的損傷修復障礙、大腦類淋巴系統的損傷、淀粉樣蛋白的積累和神經退行性改變等[26]。有研究表明，小腦與前額葉皮質和邊緣系統有解剖學關系[27]。這些區域形成多個閉環神經回路，參與認知和情緒處理[28]。因此，在小腦區域的VMHC 的增加可能反映了一種協調機制，需要動員額外的神經元來啟動或協調情感和更高階的認知[29]。在本研究中T2DM組小腦小葉Ⅸ區VMHC值升高，可能為認知功能障礙的發病機制提供參考。

3.5 局限性

但本研究尚存不足之處：首先，本研究樣本量較少，其結果是否具普遍性還需多樣本大數據驗證。其次，未排除藥物對T2DM 大腦功能的影響，將來可細化分組、控制影響因素后進行深入及縱向的研究。最后，本研究未記錄T2DM 患者的病程及認知評分情況，按病程情況分組研究，并細致評估患者認知情況。

綜上，本研究通過VMHC方法發現T2DM患者雙側小腦半球同倫FC異常，此結果可能為T2DM患者腦損傷的發病機制提供參考。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。