2型糖尿病认知功能障碍患者静息态脑网络的度中心度改变

李坤华，张清，伍建林*，李巍，郭大静，李传明

1.重庆医科大学附属第二医院放射科，重庆 400010；2.大连大学附属中山医院放射科，辽宁大连 116001；3.大连医科大学附属第二医院放射科，辽宁大连 116023；*通讯作者 伍建林 cjr.wujianlin@vip.163.com

2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是认知障碍的重要危险因素，并将认知障碍进展为痴呆的风险提高1.5～2.5倍，其发病率呈逐年升高的趋势，但目前T2DM认知功能障碍（T2DM with cognitive impairment，T2DMCI+）的确切发病机制尚不清楚[1-2]。既往多以健康对照组研究T2DM患者或以T2DM无明显并发症患者为对照组研究T2DM不伴认知功能障碍（T2DM without cognitive impairment，T2DMCI-）并发症患者在静息状态下脑活动及功能连接的异常改变[3-6]，但对T2DMCI+患者脑网络异常改变的研究鲜见报道。度中心度（degree centrality，DC）是一种以体素为节点、基于图论法研究各节点与全脑功能网络节点连接关系的脑网络连接分析技术，而不是仅限于某一特定的节点或脑网络的研究，避免了人为选择感兴趣区导致的主观性。DC是目前描述节点在网络中地位最简单、最直接的方法[7]，反映节点中心程度，并且对脑网络改变的评价具有较高的可靠性及可重复性等优势[8]，在神经精神领域中得到广泛应用[9-10]，但在T2DM患者中的研究鲜有报道。因此，本研究以T2DMCI-患者为对照组，采用静息态功能磁共振成像（resting state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）的DC分析法探究T2DMCI+患者脑网络节点变化及其与临床资料间可能存在的相关性，以从静息态脑网络节点中心程度的角度为T2DM认知障碍可能的发病机制提供神经影像学证据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性收集2015年6月—2017年1月于大连大学附属中山医院及大连医科大学附属第二医院内分泌科住院的T2DM患者57例。纳入标准：①所有T2DM患者均符合《中国2型糖尿病防治指南》[11]的诊断标准，且病程均≥1年；②年龄≥40岁，右利手，受教育年限≥6年。排除标准：①糖尿病相关或心、肝、肾严重并发症；②中枢神经系统疾病及精神疾病；③酒精、香烟和（或）精神药物依赖者；④脑白质病变（年龄相关的白质改变量表评分>1分）；⑤MRI检查禁忌证；⑥rs-fMRI数据处理不符合质控标准者。根据蒙特利尔认知评估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）评分结果[12]，MoCA评分<26分者为T2DMCI+组，共25例；MoCA≥26分为T2DMCI-组，共32例。本研究获得大连大学附属中山医院伦理委员会批准（审批号2014-65），所有受试者在研究前均签订知情同意书。

收集受试者的一般资料并进行神经心理学测验。神经心理学测验包括MoCA评分、画钟测验（clock drawing test，CDT）、词语流畅度测验（verbal fluency test，VFT）、数字广度测验（digit span test，DST）、听觉词语学习测验（auditory verbal learning test，AVLT）及连线测验A（trail making test-A，TMT-A），其中，MoCA评分是对总体认知功能的评估；CDT及VFT分别主要评估患者视空间及词语联想认知功能；DST主要测试注意力；TMT-A反映认知速度、注意力及执行力；AVLT主要代表执行力、短时与延时记忆。所有认知功能测试时间共40～45 min。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magnetom Verio 3.0T超导MR扫描仪及12通道头部专用线圈，正式扫描前采用水模对头部线圈实施质量检测，确保每个线圈通道均无异常。嘱受试者安静取仰卧位，闭双眼、保持清醒、尽量保持头部不动及避免任何思维活动，同时戴耳塞以减小扫描仪噪声对受试者的影响，关闭检查室内灯光，尽量避免不必要的电磁及噪声干扰。先采集常规FLAIR排除器质性病变及严重脑白质病变，扫描参数：TE 77 ms，TR 4000 ms，层数20，层厚5.0 mm；3D-T1WI结构像采用矢状位3D快速磁化强度预备梯度回波序列，扫描参数：TE 2.22 ms，TR 2530 ms，层数192，层厚1 mm，翻转角7°，矩阵224×224，视野224 mm×224 mm，体素大小1 mm×1 mm ×1 mm；rs-fMRI采用梯度平面回波序列（gradient echo and planner imaging，GRE-EPI），扫描参数：TE 30 ms，TR 2000 ms，层数31，层厚3.5 mm，翻转角90°，矩阵64×64，视野224 mm×224 mm，体素大小3.5 mm ×3.5 mm×3.5 mm，共采集240个时间点。

1.3 rs-fMRI数据处理与分析 基于Matlab R2012b平台，采用静息态功能数据处理助手软件（DPABI V4.2）对原始数据行预处理及DC值计算，具体步骤：①图像格式转换；②功能像去除前10个时间点；③时间序列校正；④头动校正（去除平动>2.5 mm或转动>2.5°的受试者）；⑤去除脑脊液、脑白质及全脑平均信号及头动参数等协变量；⑥采用频率带宽0.01～0.08 Hz进行滤波；⑦空间标准化，去除严重超过脑模板界限者；⑧空间平滑，采用6 mm高斯平滑核；⑨构建人脑功能连接组：在DPARSF默认的脑模板内计算每个受试者任意节点（体素）对之间的相关性得到70 831×70 831的相关系数矩阵；⑩根据公式（1）计算DC：计算与每个脑功能连接组内的每个节点有显著功能连接（r>0.25）[8]的其他节点数量，获得每个节点的显著相关性权重总和DC，再除以全脑DC均值获得标准化DC值，最终采取FisherZ值转换，获得每个受试者脑功能连接组的Z值化DC分布图。

1.4 统计学方法 采用SPSS 21.0及DPABI V4.2软件，计量资料以表示，两组间比较采用独立样本t检验；计数资料比较采用χ2检验；P<0.05为差异有统计学意义。以性别、年龄、受教育年限、糖尿病病程、是否患有高血压以及由基于体素的形态测量法（VBM）分析生成的灰质体积作为回归协变量，采用DPABI V4.2对两组受试者的DC统计图进行双样本t检验，检验结果经AphaSim多重比较校正，体素簇>170、P<0.05时差异有统计学意义；在T2DMCI+组中提取与T2DMCI-组比较DC值存在显著差异脑区的相应DC值，与受试者一般资料行相关性分析，连续变量行Pearson相关分析，有序分类变量行Kendall tau-b相关分析，并对相关性结果进行错误发现率（false discovery rate，FDR）校正，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较 两组患者年龄、性别、受教育年限、T2DM病程、体重指数及空腹血糖比较，差异均无统计学意义（P均>0.05）。两组患者MoCA、VFT、AVLT、AVLT-5 min、AVLT-20 min及DST 评分差异均有统计学意义（P均<0.05），但CDT及TMT-A评分差异无统计学意义（P均>0.05；表1）。

2.2 两组DC值比较 双样本t检验发现，与T2DMCI-组比较，T2DMCI+组左侧顶下回DC值较低，右侧舌回较高，差异均有统计学意义（P<0.05；表2，图1）。

表1 T2DMCI+组与T2DMCI-组患者一般资料及神经心理学测验比较（±s）

表1 T2DMCI+组与T2DMCI-组患者一般资料及神经心理学测验比较（±s）

注：T2DMCI+为2型糖尿病认知功能障碍，T2DMCI-为2型糖尿病不伴认知功能障碍，MoCA为蒙特利尔认知评估量表，CDT为画钟测验，VFT为词语流畅度测验，DST为数字广度测验，AVLT为听觉词语学习测验，TMT-A为连线测验A

参数 T2DMCI+组 T2DMCI-组 images/BZ_16_1743_992_1801_1034.png/t值 P值 性别（男/女，例） 10/15 13/19 0.002 0.962 0.053 受教育年限（年） 10.56±2.90 11.20±3.17 -0.809 0.422 年龄（岁） 58.27±5.08 54.14±9.40 1.980 0.687 体重指数（kg/m2） 26.33±3.61 25.82±3.11 0.568 0.572 T2DM病程（年） 9.68±4.63 9.05±6.66 0.405 0.218 MoCA（分） 22.76±2.52 27.13±1.16 -8.706 ＜0.001 空腹血糖（mmol/L） 14.23±6.36 12.05±6.71 1.245 0.065 VFT（分） 20.32±6.13 23.81±5.81 -2.199 0.032 CDT（分） 2.48±0.59 2.78±0.61 -1.885 0.027 AVLT-5 min（分） 8.04±2.72 9.59±1.79 -2.595 0.012 AVLT（分） 21.88±5.35 24.88±4.58 -2.276 0.003 DST（分） 10.52±1.87 12.19±2.58 -2.715 0.009 AVLT-20 min（分） 7.64±2.84 9.53±1.72 -3.109 TMT-A（s） 68.55±27.48 56.17±21.73 1.899 0.063

表2 T2DMCI+组与T2DMCI-组DC值具有差异的脑区

图1 T2DMCI+组与T2DMCI-组DC值存在差异的脑区（P<0.05，AlphaSim校正，体素簇>170）左侧顶下回DC值降低（冷色区域），右侧舌回DC值升高（暖色区域）

2.3 相关性分析 Pearson相关分析显示，T2DMCI+组左侧顶下回与CDT评分呈正相关（r=0.389，P=0.020），而右侧舌回DC值与MoCA（r=-0.453，P=0.023）、AVLT-20 min评分（r= -0.430，P=0.032）呈负相关（图2）；经FDR校正后上述相关性均无统计学意义（P>0.05）。其余指标与上述差异脑区的DC值在多重校正前后均无相关性（P均>0.05）。

图2 T2DMCI+组DC值与相关评分的相关性。

3 讨论

常规MRI是临床检测认知障碍最常用的影像学方法，但其仅能发现T2DM患者脑部明显的结构异常改变，如脑白质病变、腔隙性脑梗死及脑萎缩等，而对无明显结构异常的认知功能障碍患者应用价值有限。rs-fMRI研究表明，T2DM认知障碍患者存在静息态脑活动异常，但对脑网络研究相对较少，尤其是脑网络节点改变研究更少。本研究发现，与T2DMCI-组比较，T2DMCI+组存在多项认知评分减低，左侧顶下回DC值明显减低并与CDT评分呈正相关，右侧舌回DC值明显升高并与MoCA及AVLT-20 min评分呈负相关。

本研究显示，T2DMCI+组左侧顶下回DC值明显减低，提示T2DMCI+组患者左侧顶下回在全脑网络节点中的中心程度明显减低。左侧顶下回是默认网络的重要组成部分，由多个功能亚区组成，在整合视听觉、躯体感觉、记忆力及注意力等方面发挥着关键性作用[13]，因此左侧顶下回DC值明显减低可能是T2DMCI+患者多项认知功能障碍的神经影像学基础；此外，本研究中T2DMCI+组患者多项认知评分明显减低以及左侧顶下回DC值与CDT评分呈正相关进一步佐证了上述推测。既往研究表明，T2DM患者左侧顶下回出现明显功能连接减低，并可能与T2DM患者的认知功能障碍及高血糖状态有关，但本研究中两组患者血糖水平差异无统计学意义，这可能与本研究样本量相对较小、单独一次血糖水平并不能反映患者的血糖控制情况有关；Shi等[14]发现T2DM伴高血压患者左侧顶下回皮层厚度变薄，提示T2DM患者神经元数量明显减少，为本研究中左侧顶下回与全脑网络节点中心程度明显减低提供了结构基础。上述研究结果表明T2DM患者左侧顶下回存在负性功能或结构异常改变，且与认知功能下降相关，与本研究结果一致，支持左侧顶下回DC值明显减低可能是T2DMCI+患者多项认知功能下降的神经影像学基础。然而，Fang等[6]研究发现T2DM患者顶下回存在正性异常改变，这可能与不同的分组标准以及分析指标有关。因此，左侧顶下回DC值下降作为T2DM患者出现认知障碍的具体原因及机制尚有待进一步研究。

此外，本研究发现T2DMCI+组右侧舌回DC值明显升高，右侧舌回同样是负责多种认知功能的重要脑区，尤其是视觉相关认知功能[15]。本研究中右侧舌回DC值与MoCA及AVLT-20 min评分呈负相关，故推测T2DMCI+组右侧舌回DC值明显升高是对认知障碍的代偿，并同时表明T2DMCI+组患者认知障碍越严重，右侧舌回DC值代偿越明显。MoCA与AVLT-20 min评分分别反映总体认知功能及延时记忆功能，提示右侧舌回与全脑网络节点中心程度的增强可能是对T2DMCI+患者总体认知功能及延时记忆功能障碍进行代偿的结果。既往研究[3-4,15-24]表明T2DM患者右侧舌回存在微结构或自发性脑活动异常并与认知功能障碍密切相关，提示右侧舌回是与T2DM患者认知障碍相关的重要脑区；其中部分研究发现T2DM视网膜病变患者存在与认知功能相关的右侧舌回自发性脑活动增强[3,15,23]，与本研究结果一致，表明右侧舌回DC值升高可能是对认知障碍的一种代偿表现。然而，另外部分研究则发现T2DM患者右侧舌回自发性脑活动降低或皮层厚度降低[4,16-17,24]，这可能与分组标准以及分析指标不一致有关；既往文献多以健康志愿者为对照组研究T2DM患者局部脑活动情况，且部分研究未严格区分T2DM患者的认知水平；本研究采用T2DMCI-患者为对照组研究T2DMCI+患者脑网络节点改变，严格区分T2DM患者认知水平。

本研究的局限性：①T2DMCI+组患者左侧顶下回及右侧舌回DC值与认知评分在未行多重统计校正时存在显著相关性，但经FDR校正后无显著相关性；因此，左侧顶下回及右侧舌回DC值异常与相应认知评分之间的相关性需要谨慎解释；这可能与样本量较小有关，因此需要扩大样本进一步验证。②横断面研究且样本量相对较小，对T2DM与认知障碍间的因果关系解释存在一定的障碍，因此需要大样本纵向随访研究进一步验证。③T2DM常伴有视网膜病变、高血压及脑小血管病变等混杂因素，尽管本研究在统计分析中已将常见混杂因素进行回归分析，但为了进一步减少混杂因素的干扰，今后还需进一步细化分组研究。

总之，T2DMCI+患者静息状态下存在左侧顶下回脑网络节点DC值明显减低及右侧舌回DC值明显升高的双向性变化，并可能与多项认知障碍相关；左侧顶下回DC值减低提示该脑区在全脑网络节点中的中心程度明显减低，并可能与脑功能障碍相关，右侧舌回DC值明显升高可能参与了T2DMCI+患者认知损伤后的代偿；本研究为T2DM认知障碍可能的发病机制提供了新的神经影像学证据，未来需要进行大样本纵向随访研究以期获得更高强度的证据。