动脉自旋标记技术对2型糖尿病患者脑血流量改变的初步研究

罗 维，汪 洁，陈蜜蜜，刘福军，周善磊，邓大同，朱佳佳，余永强,

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)是由于胰岛素分泌或代谢功能缺陷引起的、以血糖持续升高为特征的慢性代谢紊乱性疾病[1]。临床研究[2]表明T2DM是认知功能障碍的独立危险因素，也有文献[3]报道T2DM患者嗅觉功能受损可能是认知功能下降的早期评价指标，另有研究[4]表明T2DM导致的多种脑血管病变可直接造成脑部慢性缺血性改变。然而T2DM患者的脑血流量(cerebral blood flow, CBF)、认知功能及嗅觉功能障碍之间的关系目前尚不明确。因此，该研究利用三维伪连续动脉自旋标记(three-dimensional pseudo-continuous arterial spin labeling, 3D-pcASL)磁共振技术，对T2DM患者的全脑灰质CBF进行了体素水平的测量，从而探究T2DM患者CBF的改变及其与认知功能及嗅觉损伤的相关性。

1 材料与方法

1.1 病例资料与分组该研究选取2019年11月—2021年1月就诊于安徽医科大学第一附属医院内分泌科住院T2DM患者。纳入标准包括年龄在25～65岁、小学以上文化程度、右利手。T2DM的诊断符合1999年WHO关于T2DM的诊断标准。健康对照(healthy controls, HC)来自社区招募，与T2DM患者在年龄、性别和教育年限方面相匹配。

对于所有纳入被试排除标准主要包括痴呆及精神疾病，甲状腺功能异常，严重脑血管疾病(脑出血、脑梗死等)，颅脑外伤史、颅脑手术史，妊娠或任何MRI禁忌证(幽闭恐惧症等)，鼻部异常史(鼻炎及鼻窦炎急性期、鼻息肉、接受嗅觉测试当天感冒等)，健康被试者空腹血糖(fasting plasma glucose, FPG)≥7.0 mmol/L，蒙特利尔认知评估量表(montreal cognitive assessment, MoCA)评分<26分(代表有认知功能受损)。所有受试者均自愿参加此实验，并签署了知情同意书。

1.2 人口学资料和临床实验室检查收集两组受试者一般情况数据，包括年龄、性别、教育年限、体质指数(body mass index，BMI)、血压、T2DM患者病程。实验室数据包括FPG、糖化血红蛋白(glycated hemoglobin, HbA1c)、三酰甘油(triglycerides, TG)、总胆固醇(total cholesterol, TC)、低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol, LDL)、高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol, HDL)。

1.3 认知功能及嗅觉功能评估认知状态评价工具包括：MoCA量表、简易精神状态量表(mini-mental state examination, MMSE)、听觉词语学习测验(auditory verbal learning test, AVLT)、连线测试A(trail making test-A, TMT-A)、数字广度测验(digit span test, DST)、词语流畅性测验(verbal fluency test, VFT)、焦虑自评量表(self-rating anxiety scale, SAS)以及抑郁自评量表(self-rating depression scale, SDS)。嗅觉功能评价工具：使用中国科学院基于中国人群所开发的嗅觉识别测验(Chinese smell identification test, CSIT)[5]，测验工具为40支含有不同气味的嗅棒，在通风、无特殊气味、安静的环境下，测试者依次将嗅棒笔帽旋开后放置于被试者鼻孔前下方约5 s，让被试者从4个所给出的选项中选出与所闻气味最相似的选项，正确得1分，错误不得分，总共40题，每次测试间隔30 s。

1.4 MRI图像采集采用GE公司Discovery MR 750w型号的 3.0T磁共振及8通道头线圈进行头颅磁共振扫描。所有被试者均先行常规MRI检查(T2WI、FLAIR)来观察被试者是否患有其他脑部疾病。该研究静息态脑灌注成像采用3D-pcASL技术，采集的ASL序列扫描参数如下：轴位50层，层厚=3 mm，重复时间(repetition time, TR)=5 070 ms，回波时间(echo time, TE)=11.5 ms， 标记延迟时间(post labeling delay time, PLD)=2 025 ms，矩阵= 128×128，视野(field of view, FOV)=240 mm×240 mm，采样点=512，激励次数(number of excitation, NEX)=3，螺旋臂=8，扫描时间=294 s；所有被试者在扫描期间要求闭眼、放松、保持清醒状态，并避免头部移动。

1.5 图像预处理① 在 GE Discovery 750w 3.0T MR 工作站后处理软件中生成CBF图；② 使用dcm2nii软件将CBF图转换为 NIfTI 图像格式，然后逐层检查所有被试图像质量；③ 使用SPM 8.0软件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm) 将所有被试CBF图由个体空间向MNI标准空间配准；④ 再次检查所有被试CBF图像质量，将严重变形的CBF图像删除；⑤ 在DPABI插件中采用“Mean Division”方法将所有数据进行归一化；⑥ 对归一化后的图像使用半高全宽(full width at half maximum, FWHM)为8 mm×8 mm×8 mm的各向同性高斯核进行空间平滑处理，从而提高CBF图像的信噪比。

1.6 统计学处理使用SPM 8.0软件对处理后的标准化CBF值进行数据统计。组间比较分析采用独立样本t检验，将性别、教育年限和年龄作为协变量，在大脑灰质范围内对CBF做体素水平的比较(P<0.001，FDR校正，取簇块体素大小最小值402)。将具有显著组间差异的团块作为感兴趣区(ROI)，然后提取所有被试者ROI内的CBF均值。

2 结果

2.1 人口学及临床指标该研究共纳入T2DM患者83例，HC组62例。人口学和临床数据见表1。T2DM组和HC组在年龄、性别、教育年限匹配。两组的TC、LDL以及血压差异无统计学意义。T2DM组在BMI、FPG、HbA1c、TG均高于HC组(P<0.05)，而HDL低于HC组(P<0.05)。认知功能及CSIT测试结果见表2。T2DM组和HC组的MMSE、AVLT、TMT-A测试结果差异无统计学意义。T2DM组CSIT、MoCA、DST、VFT测试结果低于HC组，SDS、SAS测试结果则高于HC组(P<0.05)。

表1 T2DM患者与HC组人口学特征及实验室检查

表2 T2DM患者与HC组认知测试(分，

2.2 CBF的组间差异组间比较分析显示T2DM组和HC组多个脑区CBF的差异有统计学意义(P<0.05)；与HC相比，T2DM患者双侧额中回 CBF增高(P<0.001，FDR校正)。T2DM患者在双侧直回及双侧嗅皮质CBF值比HC降低(P<0.001，FDR校正)。见图1和表3。

表3 T2DM患者与HC组存在CBF组间差异的脑区

图1 T2DM患者组与HC组CBF的差异L、R：左侧、右侧

2.3 CBF改变与认知功能及嗅觉功能的相关性如表4所示，T2DM患者的左、右侧额中回CBF值的改变与CSIT、MMSE、MoCA测试结果无相关性(P>0.05)；T2DM患者的嗅皮质的CBF值的改变与CSIT、MMSE、MoCA测试结果也无相关性(P>0.05)。基于ROI的相关性分析表明T2DM患者的CBF值的改变与认知评分及CSIT测试结果无相关性(P>0.05)。

表4 CBF改变与认知功能及嗅觉功能的相关性

3 讨论

既往研究指出T2DM患者的部分脑区存在CBF灌注升高，然而有关受累脑区的分布，不同研究结果并不一致。Zhang et al[6]研究指出T2DM患者的右侧额中回、右侧额上回、右侧颞极CBF增加；Cui et al[7]表明T2DM患者的前扣带回CBF较HC增加。该研究结果显示患者组的双侧额中回CBF增加，而MoCA(反映总体认知水平)、DST(反映学习和工作记忆能力)及VFT(反映语言能力)得分降低。Thomas et al[8]认为前额叶的脑血流灌注增加是疾病早期的血管代偿反应。额中回位于大脑的前部，是背外侧前额叶的组成部分，作为人类高级认知中枢，参与情绪加工、视觉分析与语言协调整合、工作记忆中的信息处理和储存等多种复杂认知活动[9]，该脑区的损伤与认知功能障碍密切相关。Hays et al[10]研究显示轻度认知障碍患者存在额叶CBF增加与认知功能改善呈正相关的现象。然而，该研究未能发现脑影像学的改变与认知测评的相关，可能的原因包括该研究T2DM组的病人年龄较为年轻，同时病程又相对较短。

该研究显示与HC组相比，病例组的双侧直回及嗅皮质CBF降低。过去不同研究分析T2DM患者的CBF灌注减低区的结果也存在差异；Cui et al[7]研究显示T2DM患者在后扣带回、楔前叶及双侧枕叶皮层CBF显著下降。Bangen et al[11]报道T2DM患者在双侧海马、右侧颞下回、右侧顶下小叶、右侧额中回下部CBF灌注减低。直回是情绪处理的关键脑区，与抑郁症的发病有一定的关系，有临床研究显示，难治性抑郁患者在针对直回靶向脑深部刺激治疗后，其临床症状将得到改善[12]。该研究显示与HC组相比，T2DM患者的双侧直回CBF降低，同时神经心理学测试显示T2DM患者的抑郁和焦虑程度均高于正常对照，因此，推断该脑区血流灌注的减低可能会引起情绪障碍。嗅觉是人类5大感觉之一，与日常活动息息相关，嗅觉功能损伤对人的生活质量及心理健康都有不利影响，已有研究[13]表明T2DM患者存在嗅觉功能障碍，张洲 等[14]认为T2DM患者在认知功能未明显下降之前，已经表现出嗅觉阈值提高和嗅觉脑区功能影像学改变，该研究显示T2DM患者的双侧嗅皮质CBF及嗅觉测试评分减低。然而目前T2DM患者嗅觉功能受损的神经机制尚未建立，值得进一步深入研究。