基于1H-MRS联合DTI定量检测2型糖尿病患者后扣带回损伤及其与认知功能的相关性

蔡 清，林 琳，汪 洋，张 弢，于 扬，沈 晶，伍建林*

(1.大连大学附属中山医院放射科，4.内分泌科，辽宁 大连 116001；2.遵义医科大学第三附属医院放射科，贵州 遵义 563000；3.空军军医大学西京医院放射科，陕西 西安 710032)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)是临床常见、以慢性高血糖为主要特征的代谢性疾病，可导致全身多器官损伤及功能障碍，目前其所引起的中枢神经系统损伤导致的认知功能障碍逐渐成为关注热点[1]。T2DM同时也是阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)独立危险因素之一，可增加轻度认知损伤(mild cognitive impairment, MCI)转变为AD的风险[2]。研究[3]显示，后扣带回(posterior cingulate cortex, PCC)是AD最早累及的脑区之一，也是边缘系统重要组成部分和默认网络(default mode network， DMN)重要节点，在多项认知功能中有承接枢纽作用[4-5]。本研究采用DTI联合MRS技术，探讨T2DM患者PCC微结构损伤及其与认知功能的相关性，探索T2DM认知功能损伤的早期预测指标。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年4月—2017年1月大连大学附属中山医院内分泌科收治的43例T2DM患者，男22例，女21例，年龄48～72岁，平均(60.5±5.6)岁；按认知功能评分将其分为2组：T2DM伴认知功能障碍组(T2DM+CD组)，21例，男8例，女13例，蒙特利尔认知评估量表(Montreal cognitive assessment score， MoCA)评分<26分；T2DM不伴认知功能障碍组(T2DM组)，22例，男14例，女8例，MoCA评分≥26分。纳入标准：右利手，可配合MR检查和认知专项测试；无脑外伤及神经、精神系统疾病；常规MRI显示脑内无出血、梗死灶、肿瘤等；无药物依赖史及烟酒成瘾；无服用引起认知功能改变药物史；无低血糖发作史且均未接受胰岛素增敏剂(噻唑烷二酮类药物)治疗。另择同期年龄、性别、受教育年限相匹配的23名健康志愿者作为对照组(HC组，MoCA评分≥26分)，男8名，女15名。被试者一般资料见表1。本研究经大连大学附属中山医院伦理委员会审核通过，所有被试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器 采用Siemens Magnetom Verio 3.0T超导型MR扫描仪，12通道标准头部线圈。1H-MRS采用单体素法点分辨自旋回波波谱(point-resolved echo spin spectroscopy, PRESS)序列，在大脑正中矢状面于顶枕沟以上、胼胝体压部后方定位PCC(图1)，进行波谱采集，参数：TR 2 000 ms，TE 30 ms，体素20 mm×20 mm×20 mm，翻转角90°。DTI扫描采用单次激发自旋平面回波序列，参数：TR 11 908 ms，TE 86 ms，b值取0、1 000 s/mm2。

1.2.2 图像后处理 采用Siemens工作站Spectroscopy软件对1H-MRS谱线自动进行相位及基线校准、信号平均、代谢物识别及谱线拟合，然后自动读取PCC区代谢物曲线下面积，包括N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylaspartate, NAA)、肌酸(creatine, Cr)、胆碱(cho-line, Cho)、肌醇(myo-inositol, mI)、谷氨酸复合物(glutamate+glutamine, Glx)及磷酸肌酸(phosphocreatine, PCr)，并计算NAA/Cr、Cho/Cr、mI/Cr、Glx/Cr及NAA/Cho值。采用PANDA软件进行DTI数据预处理及分析，提取1H-MRS中的PCC作为mask，将提取的mask配准到DTI图像中，软件自动计算和读取全脑及PCC区各向异性分数(fractional anisotropy, FA)和平均弥散率(mean diffusivity, MD)，见图2。

1.2.3 认知功能测试 采用MoCA量表评估被试者执行与视空间能力、记忆等认知功能，评分≥26分为正常，评分<26分为认知功能受损；随后由经过训练的专人对被试者进行连线测验(trail making test, TMT)、词语流畅度测验(verbal fluency test, VFT)、画钟测验(clock drawing test, CDT)及数字广度测验(digit span test, DST)等认知专项评估与测试，总时长约30 min。

2 结果

T2DM+CD、T2DM与HC组3组间空腹血糖(fasting plasma glucose， FPG)、MoCA、CDT、DST、VFT、TMT-A差异均有统计学意义(P均<0.05)；两两比较，HC组与T2DM组、T2DM+CD组间FPG差异均有统计学意义(P均<0.05)，T2DM+CD组与T2DM组、HC组间MoCA、CDT、DST、VFT、TMT-A差异均有统计学意义(P均<0.05)，其余差异均无统计学意义(表1)。

2.11H-MRS指标 3组间PCC区mI/Cr、Glx/Cr值差异有统计学意义(P均<0.05)，其中T2DM+CD组mI/Cr值明显高于T2DM及HC组(P均<0.05)，T2DM+CD组Glx/Cr值明显低于T2DM及HC组(P均<0.05)；3组间PCC区NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值差异无统计学意义(P均>0.05)，见表2。

表1 3组间一般资料比较

表2 3组被试者PCC区1H-MRS代谢物比值比较(±s)

表3 3组被试者全脑及PCC区FA、MD值比较

图1 PCC区1H-MRS单体素扫描定位示意图 A.冠状位; B.矢状位; C.轴位 图2 PCC区FA、MD值提取示意图 A.冠状位; B.矢状位; C.轴位

2.2 DTI指标 3组全脑及PCC区FA、MD值差异均有统计学意义(P均<0.05)，其中T2DM+CD组全脑及PCC区FA值均低于T2DM及HC组(P均<0.05)，MD值均高于T2DM及HC组(P均<0.05)，见表3。

2.31H-MRS及DTI指标与认知评分相关性 T2DM+CD组PCC区Glx/Cr(r=0.59，P<0.01)、FA(r=0.57，P=0.01)与MoCA评分均呈正相关，其余代谢物指标与认知评分间均无明显相关。

3 讨论

T2DM患者长期高血糖可能引起以不同程度认知功能障碍为代表的脑微结构损伤，近年来已成为国内外研究热点。本研究T2DM+CD组以总体认知水平为代表的MoCA评分明显低于T2DM组及HC组(P<0.05)，其他专项认知测试结果如执行与视空间能力、命名、记忆、语言及抽象思维能力等也存在不同程度障碍，与多数研究[6-8]结论相符。

3.1 PCC区1H-MRS代谢物指标改变及其意义1H-MRS是目前无创性半定量检测人脑NAA、Cho、mI及Cr等代谢物变化的最常用且理想的影像学方法。Cr在生理及病理状况下均相对稳定，常作为分母来计算各代谢物比值，以达到对个体代谢物相对标准化目的。mI是脑内神经胶质细胞标志物，其升高提示胶质细胞增生。本研究T2DM+CD组mI/Cr值明显高于T2DM、HC组，提示随病程延长与病情进展，mI/Cr升高。Geissler等[9]报道T2DM枕叶皮质与顶叶白质mI/Cr较健康对照组显著升高，并认为是由慢性高血糖造成神经元缺失及神经纤维缠结，胶质细胞反应性增生导致。Huang等[10]研究AD患者脑1H-MRS，发现mI在轻度AD患者中即有明显升高，且早于NAA等其他代谢物。本研究也发现T2DM组mI/Cr值较HC组明显升高，即T2DM脑损伤尚未出现临床认知功能减低症状前mI/Cr值已有显著改变，表明其具有较高的敏感度，mI/Cr有望成为早期预警T2DM脑损伤的重要影像学指标之一。

谷氨酸(glutamate， Glu)是大脑最重要的兴奋性神经递质，过量Glu会产生兴奋性神经毒性，脑内星形胶质细胞可将过量Glu转化为谷氨酰胺(glutamine， Gln)，从而在神经递质灭活及调节中发挥重要作用。1H-MRS图像中，Glu与Gln形成Glx组合峰。本研究T2DM+CD组Glx/Cr值明显低于T2DM及HC组。目前T2DM脑1H-MRS研究对于Glx的变化尚存争议。Ajilore等[11]发现T2DM合并抑郁症患者皮质下白质区Glx含量较正常组显著减低，认为可能由突触功能受损、高血糖引起神经胶质细胞功能受损共同作用所致；但Sinha等[12]报道，T2DM患者右侧额叶Glx较正常对照显著升高，认为与高血糖破坏神经细胞周围内环境稳态及局部组织缺氧有关。本研究结果与Ajilore等[11]相似，但采用3.0T MR设备仅能测得Glu及Gln组合峰，且影响Glx的因素较多，有待进一步深入研究。此外，Schubert等[13]指出脑内Glx含量随年龄增大而降低；本研究T2DM患者年龄偏大，可能对Glx含量有一定影响。

3.2 PCC区DTI定量指标改变及其意义 本研究发现T2DM患者全脑及PCC区FA值随病情进展而减低，而MD值升高，与Zhang等[14-15]研究一致，可能原因是持续性高血糖引起大量晚期糖基化终产物集聚于血管内皮下，增强细胞氧化应激反应，产生多种炎性介质，造成血管内皮细胞损伤及髓鞘脱失[16-17]。PCC在静息状态下具有较高神经元活性，易引起β-淀粉样多肽生成增多，后者可引起神经细胞毒性反应，使神经细胞变性，导致细胞凋亡，神经胶质反应性增加，导致神经元功能损伤[18-20]。此外，已有动物实验[21]证实FA值降低与白质微观结构破坏相关，提示存在髓鞘和轴突受损。定量检测DTI的FA值和MD值也有助于反映T2DM患者相应脑区微结构神经损伤。

3.31H-MRS与DTI定量指标评价认知功能的价值 本研究结果显示，T2DM患者因存在神经元损伤、髓鞘脱失及胶质细胞受损等，1H-MRS和DTI定量指标也存在异常改变；而PCC作为DMN重要节点之一，其损伤将导致整个DMN功能异常，从而导致认知功能损伤。本研究中T2DM+CD组PCC区FA值与MoCA，Glx/Cr值与MoCA均存在正相关，表明上述指标减低与患者认知功能下降存在明显相关，提示联合采用1H-MRS与DTI定量检测PCC区相应指标变化可反映并印证T2DM患者出现认知功能损伤及其神经病理学基础，有望成为早期预警的生物学指标。

本研究的局限性：样本量偏小，可能存在一定统计学结果偏倚；T2DM患者病情及认知功能障碍个体差异较大，影响因素控制不佳，有待今后细化分组、控制影响因素进行深入研究。