张 扬，马光阳，王紫蕊，杜米楠，李 滢，张 权*

(1.天津医科大学总医院医学影像科，天津 300052；2.天津医科大学代谢病医院放射科，天津 300134)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)是认知障碍和痴呆的危险因素[1]，患者长期高血糖状态可引发病理性脑血管改变，导致大脑慢性隐匿性缺血[2]。既往研究[3]发现，T2DM患者脑血流(cerebral blood flow, CBF)异常可能加速大脑老化，导致记忆功能障碍；但目前针对T2DM患者CBF变化的研究尚少，CBF对脑老化的影响及其机制尚未明确。本研究采用动脉自旋标记(arterial spin labeling, ASL)技术纵向观察T2DM患者5年CBF变化，评估CBF改变脑区功能连接(functional connectivity, FC)变化，探讨T2DM患者CBF和FC变化与记忆功能的关系。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2013年5月—2014年12月27例T2DM患者(T2DM组)，男16例，女11例，年龄40～67岁、平均(55.0±7.6)岁，病程1～22年、中位病程7年。同期选取性别、年龄匹配的健康志愿者36名为对照组，男19名，女17名，年龄40～70岁、平均(52.3±6.9)岁。纳入标准：①入组时(基线)资料及5年后随访资料完整，且所用MRI、实验室检查及认知测评方法一致；②随访期间未发生脑血管意外或影响认知功能的精神或神经疾病；③根据美国糖尿病学会2010年标准诊断T2DM，无T2DM相关并发症。排除有痴呆家族史或MR检查禁忌证者。

1.2 记忆功能检测 入组及5年后随访时均行简易智能精神状态检查量表(mini-mental state examination, MMSE)、听觉言语学习测验(auditory verbal learning test, AVLT)(包括短时和长时记忆)和数字广度测试(digital span test, DST)(包括数字顺背和数字倒背)。

1.3 仪器与方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR扫描仪，8通道头部线圈。扫描序列及参数：以三维快速自旋回波和背景抑制的假连续式ASL(pseudo continuous ASL， PCASL)获取CBF图，TR 4 886 ms， TE 10.5 ms，FA 90°，PLD 2 025 ms，FOV 240 mm×240 mm，重建矩阵128×128，40个轴向层面(层厚4 mm，无间隔)，激励次数3；以梯度回波单次激发平面回波成像(single shot gradient-recalled echo-echo planar imaging， SS-GRE-EPI)序列采集静息态fMRI，TR 2 000 ms，TE 45 ms，FA 90°，FOV 220 mm×220 mm，矩阵64×64，32个轴向层面(层厚4 mm，层间隔0.5 mm)，共180个时间点；以BRAVO序列采集矢状位3D-T1WI，TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，TI 450 ms， FA 12°，FOV 256 mm×256 mm，矩阵256×256，层数188(层厚1 mm，无间隔)。

1.4 图像分析 采用SPM12软件对CBF图进行预处理。将原始ASL图像非线性配准、以标准化参数将CBF图像配准到标准空间(Montreal Neurological Institute， MNI)，去除头皮，使用半高全宽8 mm高斯核对图像进行平滑。

采用DPARSF软件对静息态fMRI数据进行预处理：①去除前10个时间点的数据；②行时间矫正；③行头动校正；④以DARTEL方法将功能像配准到MNI空间；⑤去线性漂移；⑥回归协变量；⑦行0.01～0.08 Hz带通滤波；⑧行8 mm高斯核空间平滑。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。对符合正态分布的连续变量行双样本t检验，对二分变量数据行χ2检验。以SPM12软件对2组CBF图进行基于体素的重复测量方差分析，得到组别(T2DM组和对照组)×时间(5年)交互效应显著的区域(FDR校正，P<0.05)作为ROI，测量其内平均CBF，并行事后检验。将上述CBF交互效应显著的枕叶视觉皮层划分为7个亚区，即左侧V1背侧区(LV1d)、右侧V1背侧区(RV1d)、左侧V2背侧区(LV2d)、右侧V2背侧区(RV2d)、左侧V3区(LV3)、右侧V3区(RV3)和右侧Vp区(RVp)，并分别以各亚区为种子点获得全脑FC图，并进行Z变换。对FC行基于体素的重复测量方差分析，得到组别×时间交互效应显著的脑区(FDR校正，P<0.05)。采用偏相关分析观察CBF、FC与记忆行为学及血糖指标之间的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

T2DM组与对照组基线及随访MMSE、短时记忆、长时记忆、数字顺背及数字倒背结果差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。

表1 2组间基线及5年后随访认知功能比较(分，±s)

表1 2组间基线及5年后随访认知功能比较(分，±s)

组别MMSE基线随访短时记忆基线随访长时记忆基线随访数字顺背基线随访数字倒背基线随访T2DM组(n=27)29.22±1.0128.44±1.4247.33±8.06 44.37±9.0310.22±3.369.26±2.258.37±1.218.04±1.295.48±1.22 5.04±1.37对照组(n=36)29.50±0.9427.97±1.2648.36±12.8246.19±9.9910.94±3.2810.26±3.027.97±1.738.11±1.012.134±1.225.44±1.38t值-1.1221.363-0.366-0.747-0.849-1.4911.020-0.2561.101-1.162P值0.2660.1780.7160.4580.3990.1410.3120.7980.2750.250

基于体素的CBF重复测量方差分析结果显示，双侧枕叶皮层区存在显著的组别×时间交互效应(FDR校正，P<0.05；体素数4 320；峰值点MNI坐标：2,-96,-6)，见图1A。事后分析显示，T2DM组与对照组基线枕叶皮层CBF差异无统计学意义(P>0.05)；5年后随访，T2DM组枕叶皮层CBF显著低于对照组(P<0.05)，见表2、图1B。为排除脑灰质体积对结果的影响，进一步提取该处枕叶皮层灰质体积行重复测量方差分析，结果显示该区域灰质体积的组别×时间交互效应不显著(F=0.098，P=0.754，图1C)。

图1 CBF图及重复测量方差分析结果 A.CBF图示枕叶皮层存在显著组别×时间交互效应(FDR校正，P<0.05)； B.CBF存在显著交互效应； C.枕叶皮层CBF交互效应显著区域的灰质体积未见明显交互效应

表2 2组间CBF及FC交互分析事后检验结果(±s)

表2 2组间CBF及FC交互分析事后检验结果(±s)

组别枕叶皮层CBF[ml/(min·100g)]基线随访左侧颞叶FC基线随访右侧颞叶FC基线随访T2DM组(n=27)58.99±12.1053.96±11.62∗0.27±0.170.19±0.14∗0.29±0.160.19±0.14∗对照组(n=36)60.74±11.2561.51±12.340.19±0.170.21±0.170.19±0.150.21±0.16t值0.5982.4881.779-0.5512.525-0.445P值0.5520.0160.0800.5840.0140.658

注：*：与同组基线水平比较，P<0.05

上述交互效应显著的枕叶视觉皮层7个亚区中，LV1d与双侧颞叶FC存在显著组别×时间交互效应(FDR校正，左侧P=0.002，体素数4 320，峰值点MNI坐标：-57,-9,-9；右侧P=0.004，体素数627，峰值点MNI坐标：60,-21,-6)，见图2A、2B。以FC显著交互区峰值点坐标为中心，以5 mm半径勾画小球，建立ROI，提取其平均FC，双样本t检验行事后分析显示，T2DM组右侧颞叶基线FC高于对照组(P<0.05)，5年后随访时组间双侧颞叶FC差异均无统计学意义(P均>0.05)。5年后随访时T2DM组双侧颞叶FC较基线水平均下降(P均<0.05)，而对照组未见明显纵向改变。见表2及图2C、2D。

图2 LV1d种子点全脑FN图及重复测量方差分析结果 A.LV1d种子点； B.种子点与双侧颞叶间FC存在显著组别×时间交互效应(FDR校正，P<0.05)； C、D.左侧颞叶(C)及右侧颞叶(D)FC存在显著交互效应

相关性分析结果显示，T2DM患者LV1d与右侧颞叶间基线FC值与短时记忆表现呈正相关(r=0.446，P=0.033)；LV1d与左侧颞叶间基线FC与短时记忆表现出正相关趋势(r=0.401，P=0.058)。5年后随访时T2DM组枕叶皮层CBF与数字顺背评分呈正相关(r=0.493，P=0.012)；LV1d与右侧颞叶间FC与长时记忆表现出正相关趋势(r=0.392，P=0.058)。见图3。

图3 T2DM患者CBF、FN与认知功能的相关性散点图 A.随访时枕叶皮层CBF与数字顺背评分； B.随访时LV1d与右侧颞叶间FC与长时记忆评分； C.基线LV1d与左侧颞叶间FC与短时记忆评分； D.基线LV1d与右侧颞叶间FC与短时记忆评分

3 讨论

本研究对T2DM患者进行5年纵向随访，发现T2DM组与对照组间基线及随访MMSE、短时记忆、长时记忆、数字顺背及数字倒背差异均无统计学意义，提示T2DM患者尚未出现明显记忆减退；T2DM组视觉皮层CBF 5年内下降程度明显高于对照组，存在显著差异的枕叶皮层区域主要分布于双侧V1d区、V2d区、V3区和右侧Vp区，其中LV1d区与双侧颞叶FC存在显著组别×时间交互效应。视觉系统是能量消耗最高的系统之一[4]，由脑血流为其供氧。脑血流不足、能量代谢异常均可导致枕叶皮层功能障碍。视觉损害是糖尿病常见并发症之一，T2DM患者视觉皮层代谢异常[5]、灰质体积减小[6]且CBF下降[7]。视觉皮层接受信息后由V1、V2、Vp传至V4，再到颞叶区域，此为腹侧枕额通道，与记忆功能密切相关[8]。本研究发现5年后组间枕叶皮层区灰质体积尚未见显著差异，但T2DM患者枕叶皮层CBF较5年前显著下降，且与数字顺背评分呈正相关，提示T2DM患者视觉皮层血流供应相对不足可能先于体积变化，并可导致记忆功能受损。

本研究发现初级视觉皮层V1d区与双颞叶FC存在显著交互效应。V1区为重要信息处理区，是多数高级神经精神活动的基础脑区[9-10]；且视觉刺激可对听觉产生增敏效果，颞叶听觉皮层获取的信息可由投射到初级视觉皮层V1区的听觉皮层神经元编码，即视听皮层间存在联系并相互作用[11]。岛叶也参与处理和整合视觉、听觉信息[12]，故LV1d区与颞叶间FC可能反映感觉信息的交叉整合处理能力。视觉及听觉障碍是T2DM常见外周神经病变[13]，研究[14]发现T2DM患者视听反应时间增加。本研究中T2DM组LV1d与右侧颞叶间基线FC显著高于对照组，且与短时记忆表现呈正相关；而5年后该区FC显著下降，与记忆表现的相关性消失，提示基线阶段T2DM患者视听皮层CBF尚未出现下降，且视听皮层间FC代偿性增强，而5年后随访阶段视觉皮层CBF显著下降，视听皮层间FC的代偿随之减弱，且以右侧为著。由于本研究T2DM组患者平均年龄为55岁，5年随访期可能不至于出现视听皮层间FC完全失代偿，故其记忆功能尚未显著下降。

本研究的主要局限性：受样本量限制，未考虑糖尿病药物治疗对结果的影响；随访5年，时间偏短，不足以充分体现T2DM患者记忆功能改变，需继续随访观察。

综上，T2DM病变早期存在视听皮层间FC代偿性增强，之后伴随血流供应减少，枕叶、颞叶视听皮层间FC代偿逐渐下降，可能是T2DM患者记忆功能下降的神经机制之一。