2型糖尿病認(rèn)知功能障礙患者靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的度中心度改變

李坤華，張清，伍建林*，李巍，郭大靜，李傳明

1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科，重慶 400010；2.大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院放射科，遼寧大連 116001；3.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科，遼寧大連 116023；*通訊作者 伍建林 cjr.wujianlin@vip.163.com

2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是認(rèn)知障礙的重要危險(xiǎn)因素，并將認(rèn)知障礙進(jìn)展為癡呆的風(fēng)險(xiǎn)提高1.5～2.5倍，其發(fā)病率呈逐年升高的趨勢(shì)，但目前T2DM認(rèn)知功能障礙（T2DM with cognitive impairment，T2DMCI+）的確切發(fā)病機(jī)制尚不清楚[1-2]。既往多以健康對(duì)照組研究T2DM患者或以T2DM無(wú)明顯并發(fā)癥患者為對(duì)照組研究T2DM不伴認(rèn)知功能障礙（T2DM without cognitive impairment，T2DMCI-）并發(fā)癥患者在靜息狀態(tài)下腦活動(dòng)及功能連接的異常改變[3-6]，但對(duì)T2DMCI+患者腦網(wǎng)絡(luò)異常改變的研究鮮見報(bào)道。度中心度（degree centrality，DC）是一種以體素為節(jié)點(diǎn)、基于圖論法研究各節(jié)點(diǎn)與全腦功能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系的腦網(wǎng)絡(luò)連接分析技術(shù)，而不是僅限于某一特定的節(jié)點(diǎn)或腦網(wǎng)絡(luò)的研究，避免了人為選擇感興趣區(qū)導(dǎo)致的主觀性。DC是目前描述節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中地位最簡(jiǎn)單、最直接的方法[7]，反映節(jié)點(diǎn)中心程度，并且對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)改變的評(píng)價(jià)具有較高的可靠性及可重復(fù)性等優(yōu)勢(shì)[8]，在神經(jīng)精神領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[9-10]，但在T2DM患者中的研究鮮有報(bào)道。因此，本研究以T2DMCI-患者為對(duì)照組，采用靜息態(tài)功能磁共振成像（resting state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）的DC分析法探究T2DMCI+患者腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)變化及其與臨床資料間可能存在的相關(guān)性，以從靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中心程度的角度為T2DM認(rèn)知障礙可能的發(fā)病機(jī)制提供神經(jīng)影像學(xué)證據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 前瞻性收集2015年6月—2017年1月于大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院及大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院內(nèi)分泌科住院的T2DM患者57例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有T2DM患者均符合《中國(guó)2型糖尿病防治指南》[11]的診斷標(biāo)準(zhǔn)，且病程均≥1年；②年齡≥40歲，右利手，受教育年限≥6年。排除標(biāo)準(zhǔn)：①糖尿病相關(guān)或心、肝、腎嚴(yán)重并發(fā)癥；②中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病及精神疾??；③酒精、香煙和（或）精神藥物依賴者；④腦白質(zhì)病變（年齡相關(guān)的白質(zhì)改變量表評(píng)分>1分）；⑤MRI檢查禁忌證；⑥r(nóng)s-fMRI數(shù)據(jù)處理不符合質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)者。根據(jù)蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）評(píng)分結(jié)果[12]，MoCA評(píng)分<26分者為T2DMCI+組，共25例；MoCA≥26分為T2DMCI-組，共32例。本研究獲得大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（審批號(hào)2014-65），所有受試者在研究前均簽訂知情同意書。

收集受試者的一般資料并進(jìn)行神經(jīng)心理學(xué)測(cè)驗(yàn)。神經(jīng)心理學(xué)測(cè)驗(yàn)包括MoCA評(píng)分、畫鐘測(cè)驗(yàn)（clock drawing test，CDT）、詞語(yǔ)流暢度測(cè)驗(yàn)（verbal fluency test，VFT）、數(shù)字廣度測(cè)驗(yàn)（digit span test，DST）、聽覺(jué)詞語(yǔ)學(xué)習(xí)測(cè)驗(yàn)（auditory verbal learning test，AVLT）及連線測(cè)驗(yàn)A（trail making test-A，TMT-A），其中，MoCA評(píng)分是對(duì)總體認(rèn)知功能的評(píng)估；CDT及VFT分別主要評(píng)估患者視空間及詞語(yǔ)聯(lián)想認(rèn)知功能；DST主要測(cè)試注意力；TMT-A反映認(rèn)知速度、注意力及執(zhí)行力；AVLT主要代表執(zhí)行力、短時(shí)與延時(shí)記憶。所有認(rèn)知功能測(cè)試時(shí)間共40～45 min。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Verio 3.0T超導(dǎo)MR掃描儀及12通道頭部專用線圈，正式掃描前采用水模對(duì)頭部線圈實(shí)施質(zhì)量檢測(cè)，確保每個(gè)線圈通道均無(wú)異常。囑受試者安靜取仰臥位，閉雙眼、保持清醒、盡量保持頭部不動(dòng)及避免任何思維活動(dòng)，同時(shí)戴耳塞以減小掃描儀噪聲對(duì)受試者的影響，關(guān)閉檢查室內(nèi)燈光，盡量避免不必要的電磁及噪聲干擾。先采集常規(guī)FLAIR排除器質(zhì)性病變及嚴(yán)重腦白質(zhì)病變，掃描參數(shù)：TE 77 ms，TR 4000 ms，層數(shù)20，層厚5.0 mm；3D-T1WI結(jié)構(gòu)像采用矢狀位3D快速磁化強(qiáng)度預(yù)備梯度回波序列，掃描參數(shù)：TE 2.22 ms，TR 2530 ms，層數(shù)192，層厚1 mm，翻轉(zhuǎn)角7°，矩陣224×224，視野224 mm×224 mm，體素大小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），掃描參數(shù)：TE 30 ms，TR 2000 ms，層數(shù)31，層厚3.5 mm，翻轉(zhuǎn)角90°，矩陣64×64，視野224 mm×224 mm，體素大小3.5 mm ×3.5 mm×3.5 mm，共采集240個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

1.3 rs-fMRI數(shù)據(jù)處理與分析 基于Matlab R2012b平臺(tái)，采用靜息態(tài)功能數(shù)據(jù)處理助手軟件（DPABI V4.2）對(duì)原始數(shù)據(jù)行預(yù)處理及DC值計(jì)算，具體步驟：①圖像格式轉(zhuǎn)換；②功能像去除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)；③時(shí)間序列校正；④頭動(dòng)校正（去除平動(dòng)>2.5 mm或轉(zhuǎn)動(dòng)>2.5°的受試者）；⑤去除腦脊液、腦白質(zhì)及全腦平均信號(hào)及頭動(dòng)參數(shù)等協(xié)變量；⑥采用頻率帶寬0.01～0.08 Hz進(jìn)行濾波；⑦空間標(biāo)準(zhǔn)化，去除嚴(yán)重超過(guò)腦模板界限者；⑧空間平滑，采用6 mm高斯平滑核；⑨構(gòu)建人腦功能連接組：在DPARSF默認(rèn)的腦模板內(nèi)計(jì)算每個(gè)受試者任意節(jié)點(diǎn)（體素）對(duì)之間的相關(guān)性得到70 831×70 831的相關(guān)系數(shù)矩陣；⑩根據(jù)公式（1）計(jì)算DC：計(jì)算與每個(gè)腦功能連接組內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有顯著功能連接（r>0.25）[8]的其他節(jié)點(diǎn)數(shù)量，獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的顯著相關(guān)性權(quán)重總和DC，再除以全腦DC均值獲得標(biāo)準(zhǔn)化DC值，最終采取FisherZ值轉(zhuǎn)換，獲得每個(gè)受試者腦功能連接組的Z值化DC分布圖。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 21.0及DPABI V4.2軟件，計(jì)量資料以表示，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)；P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以性別、年齡、受教育年限、糖尿病病程、是否患有高血壓以及由基于體素的形態(tài)測(cè)量法（VBM）分析生成的灰質(zhì)體積作為回歸協(xié)變量，采用DPABI V4.2對(duì)兩組受試者的DC統(tǒng)計(jì)圖進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果經(jīng)AphaSim多重比較校正，體素簇>170、P<0.05時(shí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；在T2DMCI+組中提取與T2DMCI-組比較DC值存在顯著差異腦區(qū)的相應(yīng)DC值，與受試者一般資料行相關(guān)性分析，連續(xù)變量行Pearson相關(guān)分析，有序分類變量行Kendall tau-b相關(guān)分析，并對(duì)相關(guān)性結(jié)果進(jìn)行錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（false discovery rate，F(xiàn)DR）校正，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料比較 兩組患者年齡、性別、受教育年限、T2DM病程、體重指數(shù)及空腹血糖比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均>0.05）。兩組患者M(jìn)oCA、VFT、AVLT、AVLT-5 min、AVLT-20 min及DST 評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均<0.05），但CDT及TMT-A評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均>0.05；表1）。

2.2 兩組DC值比較 雙樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與T2DMCI-組比較，T2DMCI+組左側(cè)頂下回DC值較低，右側(cè)舌回較高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05；表2，圖1）。

表1 T2DMCI+組與T2DMCI-組患者一般資料及神經(jīng)心理學(xué)測(cè)驗(yàn)比較（±s）

表1 T2DMCI+組與T2DMCI-組患者一般資料及神經(jīng)心理學(xué)測(cè)驗(yàn)比較（±s）

注：T2DMCI+為2型糖尿病認(rèn)知功能障礙，T2DMCI-為2型糖尿病不伴認(rèn)知功能障礙，MoCA為蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表，CDT為畫鐘測(cè)驗(yàn)，VFT為詞語(yǔ)流暢度測(cè)驗(yàn)，DST為數(shù)字廣度測(cè)驗(yàn)，AVLT為聽覺(jué)詞語(yǔ)學(xué)習(xí)測(cè)驗(yàn)，TMT-A為連線測(cè)驗(yàn)A

參數(shù) T2DMCI+組 T2DMCI-組 images/BZ_16_1743_992_1801_1034.png/t值 P值 性別（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 年齡（歲） 58.27±5.08 54.14±9.40 1.980 0.687 體重指數(shù)（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+組與T2DMCI-組DC值具有差異的腦區(qū)

圖1 T2DMCI+組與T2DMCI-組DC值存在差異的腦區(qū)（P<0.05，AlphaSim校正，體素簇>170）左側(cè)頂下回DC值降低（冷色區(qū)域），右側(cè)舌回DC值升高（暖色區(qū)域）

2.3 相關(guān)性分析 Pearson相關(guān)分析顯示，T2DMCI+組左側(cè)頂下回與CDT評(píng)分呈正相關(guān)（r=0.389，P=0.020），而右側(cè)舌回DC值與MoCA（r=-0.453，P=0.023）、AVLT-20 min評(píng)分（r= -0.430，P=0.032）呈負(fù)相關(guān)（圖2）；經(jīng)FDR校正后上述相關(guān)性均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。其余指標(biāo)與上述差異腦區(qū)的DC值在多重校正前后均無(wú)相關(guān)性（P均>0.05）。

圖2 T2DMCI+組DC值與相關(guān)評(píng)分的相關(guān)性。

3 討論

常規(guī)MRI是臨床檢測(cè)認(rèn)知障礙最常用的影像學(xué)方法，但其僅能發(fā)現(xiàn)T2DM患者腦部明顯的結(jié)構(gòu)異常改變，如腦白質(zhì)病變、腔隙性腦梗死及腦萎縮等，而對(duì)無(wú)明顯結(jié)構(gòu)異常的認(rèn)知功能障礙患者應(yīng)用價(jià)值有限。rs-fMRI研究表明，T2DM認(rèn)知障礙患者存在靜息態(tài)腦活動(dòng)異常，但對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)研究相對(duì)較少，尤其是腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)改變研究更少。本研究發(fā)現(xiàn)，與T2DMCI-組比較，T2DMCI+組存在多項(xiàng)認(rèn)知評(píng)分減低，左側(cè)頂下回DC值明顯減低并與CDT評(píng)分呈正相關(guān)，右側(cè)舌回DC值明顯升高并與MoCA及AVLT-20 min評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。

本研究顯示，T2DMCI+組左側(cè)頂下回DC值明顯減低，提示T2DMCI+組患者左側(cè)頂下回在全腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的中心程度明顯減低。左側(cè)頂下回是默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，由多個(gè)功能亞區(qū)組成，在整合視聽覺(jué)、軀體感覺(jué)、記憶力及注意力等方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用[13]，因此左側(cè)頂下回DC值明顯減低可能是T2DMCI+患者多項(xiàng)認(rèn)知功能障礙的神經(jīng)影像學(xué)基礎(chǔ)；此外，本研究中T2DMCI+組患者多項(xiàng)認(rèn)知評(píng)分明顯減低以及左側(cè)頂下回DC值與CDT評(píng)分呈正相關(guān)進(jìn)一步佐證了上述推測(cè)。既往研究表明，T2DM患者左側(cè)頂下回出現(xiàn)明顯功能連接減低，并可能與T2DM患者的認(rèn)知功能障礙及高血糖狀態(tài)有關(guān)，但本研究中兩組患者血糖水平差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能與本研究樣本量相對(duì)較小、單獨(dú)一次血糖水平并不能反映患者的血糖控制情況有關(guān)；Shi等[14]發(fā)現(xiàn)T2DM伴高血壓患者左側(cè)頂下回皮層厚度變薄，提示T2DM患者神經(jīng)元數(shù)量明顯減少，為本研究中左側(cè)頂下回與全腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中心程度明顯減低提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。上述研究結(jié)果表明T2DM患者左側(cè)頂下回存在負(fù)性功能或結(jié)構(gòu)異常改變，且與認(rèn)知功能下降相關(guān)，與本研究結(jié)果一致，支持左側(cè)頂下回DC值明顯減低可能是T2DMCI+患者多項(xiàng)認(rèn)知功能下降的神經(jīng)影像學(xué)基礎(chǔ)。然而，F(xiàn)ang等[6]研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者頂下回存在正性異常改變，這可能與不同的分組標(biāo)準(zhǔn)以及分析指標(biāo)有關(guān)。因此，左側(cè)頂下回DC值下降作為T2DM患者出現(xiàn)認(rèn)知障礙的具體原因及機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)T2DMCI+組右側(cè)舌回DC值明顯升高，右側(cè)舌回同樣是負(fù)責(zé)多種認(rèn)知功能的重要腦區(qū)，尤其是視覺(jué)相關(guān)認(rèn)知功能[15]。本研究中右側(cè)舌回DC值與MoCA及AVLT-20 min評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，故推測(cè)T2DMCI+組右側(cè)舌回DC值明顯升高是對(duì)認(rèn)知障礙的代償，并同時(shí)表明T2DMCI+組患者認(rèn)知障礙越嚴(yán)重，右側(cè)舌回DC值代償越明顯。MoCA與AVLT-20 min評(píng)分分別反映總體認(rèn)知功能及延時(shí)記憶功能，提示右側(cè)舌回與全腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中心程度的增強(qiáng)可能是對(duì)T2DMCI+患者總體認(rèn)知功能及延時(shí)記憶功能障礙進(jìn)行代償?shù)慕Y(jié)果。既往研究[3-4,15-24]表明T2DM患者右側(cè)舌回存在微結(jié)構(gòu)或自發(fā)性腦活動(dòng)異常并與認(rèn)知功能障礙密切相關(guān)，提示右側(cè)舌回是與T2DM患者認(rèn)知障礙相關(guān)的重要腦區(qū)；其中部分研究發(fā)現(xiàn)T2DM視網(wǎng)膜病變患者存在與認(rèn)知功能相關(guān)的右側(cè)舌回自發(fā)性腦活動(dòng)增強(qiáng)[3,15,23]，與本研究結(jié)果一致，表明右側(cè)舌回DC值升高可能是對(duì)認(rèn)知障礙的一種代償表現(xiàn)。然而，另外部分研究則發(fā)現(xiàn)T2DM患者右側(cè)舌回自發(fā)性腦活動(dòng)降低或皮層厚度降低[4,16-17,24]，這可能與分組標(biāo)準(zhǔn)以及分析指標(biāo)不一致有關(guān)；既往文獻(xiàn)多以健康志愿者為對(duì)照組研究T2DM患者局部腦活動(dòng)情況，且部分研究未嚴(yán)格區(qū)分T2DM患者的認(rèn)知水平；本研究采用T2DMCI-患者為對(duì)照組研究T2DMCI+患者腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)改變，嚴(yán)格區(qū)分T2DM患者認(rèn)知水平。

本研究的局限性：①T2DMCI+組患者左側(cè)頂下回及右側(cè)舌回DC值與認(rèn)知評(píng)分在未行多重統(tǒng)計(jì)校正時(shí)存在顯著相關(guān)性，但經(jīng)FDR校正后無(wú)顯著相關(guān)性；因此，左側(cè)頂下回及右側(cè)舌回DC值異常與相應(yīng)認(rèn)知評(píng)分之間的相關(guān)性需要謹(jǐn)慎解釋；這可能與樣本量較小有關(guān)，因此需要擴(kuò)大樣本進(jìn)一步驗(yàn)證。②橫斷面研究且樣本量相對(duì)較小，對(duì)T2DM與認(rèn)知障礙間的因果關(guān)系解釋存在一定的障礙，因此需要大樣本縱向隨訪研究進(jìn)一步驗(yàn)證。③T2DM常伴有視網(wǎng)膜病變、高血壓及腦小血管病變等混雜因素，盡管本研究在統(tǒng)計(jì)分析中已將常見混雜因素進(jìn)行回歸分析，但為了進(jìn)一步減少混雜因素的干擾，今后還需進(jìn)一步細(xì)化分組研究。

總之，T2DMCI+患者靜息狀態(tài)下存在左側(cè)頂下回腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)DC值明顯減低及右側(cè)舌回DC值明顯升高的雙向性變化，并可能與多項(xiàng)認(rèn)知障礙相關(guān)；左側(cè)頂下回DC值減低提示該腦區(qū)在全腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的中心程度明顯減低，并可能與腦功能障礙相關(guān)，右側(cè)舌回DC值明顯升高可能參與了T2DMCI+患者認(rèn)知損傷后的代償；本研究為T2DM認(rèn)知障礙可能的發(fā)病機(jī)制提供了新的神經(jīng)影像學(xué)證據(jù)，未來(lái)需要進(jìn)行大樣本縱向隨訪研究以期獲得更高強(qiáng)度的證據(jù)。