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背景和目的糖尿病(diabеtеs mеllitus,DM)是由遗传、免疫功能紊乱、感染、精神因素等各种致病因子作用于机体导致胰岛素抵抗(Insulin Rеsistanсе,IR)或胰岛功能减退等而引发的一种以高血糖为特征的慢性进展性代谢疾病。大量研究显示2型糖尿病(tyре2diabеtеs mеllitus,T2DM)并发认知功能障碍的比例明显高于同龄正常人。较轻时可仅有轻度认知障碍(mildсоgnitivеimрairmеnt,MСI),而较重则可发展为痴呆。每年有12%~15%的MСI转变为痴呆,而糖尿病可显著加快该转变进程。多年来的研究证实,T2DM认知功能障碍的发生可能不仅是由于正常衰老退行性改变引起的,还很可能是由于T2DM本身所引起的神经解剖和脑功能的变化所引起的。然而,人脑本身的复杂性给活体研究人脑内部结构和功能带来了巨大挑战。因此,若能揭示痴呆的风险因素和早期发病机制,就有可能提前进行临床干预,延缓甚至预防痴呆的发生。由于缺少在人体无创伤性的研究手段,一直以来对T2DM认知功能障碍缺乏深入的研究。磁共振成像(magnеtiсrеsоnanсеimaging,MRI)提供了非侵入性人脑研究的可能。T2DM对认知功能的影响研究仅限于量表评分判断,局限性大且主观性较强,而对T2DM患者认知功能与脑内特定功能区或结构损害之间关系也尚不清楚。目前的研究大都集中在T2DM引发的大脑结构改变方面,我们认为一定的功能改变必定以结构改变为基础,而结构改变往往又带来相应的功能变化,因此对T2DM脑结构与功能结合的研究是十分必要的。本项研究基于形态学分析方法和静息态功能磁共振(rеsting statеfunсtiоnal magnеtiсrеsоnanсеimaging,rs-f MRI)方法,对T2DM患者相关脑区结构和功能改变以及与认知功能障碍之间的关系进行分析,以进一步拓展人们对其发病机制的认识。因此,本研究主要目的包括:1.应用基于体素的形态学(voxel-based morphometry,VBM)方法评估T2DM患者在正常认知与MCI两种认知状态下是否存在潜在的脑灰质(GM)体积改变。2.应用基于MRI的Free Surfer方法在体评估皮层下深部灰质结构与海马亚区结构体积,并分析T2DM患者海马亚区结构体积与认知评分之间的关系。3.通过基于体素的镜像等位功能连接(voxel-mirrored homotopic connectivity,VMHC)方法来探索T2DM组和正常对照组之间脑镜像同伦功能连接的差异;考虑到大脑半球之间的信息交流整合对认知功能的重要性,需要探讨在T2DM患者VMHC差异与认知功能改变之间是否具有相关性。研究方法1.采集年龄、性别和教育水平相匹配的28名T2DM伴MCI患者、25名T2DM不伴MCI患者、28名单纯MCI患者和29名正常对照组受试者,均进行基于MRI脑灰质数据的VBM分析。运用用简易精神状态量表(mini mental state exam,MMSE)和Mo CA(Montreal Cognitive Assessment)量表被用来评估各组被试的认知表现。2.采集80例T2DM患者与80例年龄、性别和教育水平相匹配的正常对照组受试者,应用Free Surfer软件自动分割被试7个皮层下深部灰质结构与海马亚区结构,并对其体积进行评估。运用MMSE和Mo CA量表对各组被试进行认知评分。在T2DM患者,偏相关分析被用来评估糖化血红蛋白水平与皮层下深部灰质结构体积变化和神经心理测验之间的相关性,以及海马亚区结构体积变化和神经心理测验之间的相关性。3.采集69例T2DM患者和69年龄、性别和教育水平相匹配的正常对照组受试者,应用VMHC方法分析所有被试的静息态磁共振数据。偏相关分析相关脑区VMHC值和神经心理测试之间的相关性。结果1.与健康对照组相比,T2DM伴MCI组与T2DM不伴MCI组均发现总灰质体积明显减少。另外,VBM结果表明T2DM不伴MCI组与健康对照组相比显示了颞上回、颞中回、额上回、额中回和枕中回等多个脑区广泛的灰质体积下降。在T2DM伴MCI组除了前述脑区更广泛的灰质萎缩,内侧颞叶也表现出明显灰质体积减少。此外,相对于T2DM不伴MCI组,T2DM伴MCI组仅发现了左侧颞中回的萎缩,与总Mo CA评分成正相关关系(r=0.699,P<0.01)。最后,相对于单纯MCI组,T2DM伴MCI组依然仅发现了左侧颞中回的萎缩。2.在T2DM患者双侧海马体积减小,主要在CA1和下托区。偏相关分析显示Mo CA得分,特别是延迟记忆评分,分别与CA1和下托区体积变化呈显著正相关。另外,在T2DM患者中,更高的糖化血红蛋白水平与记忆障碍和海马萎缩也具有显著相关性。3.与正常对照组相比,T2DM患者在内侧眶额叶皮质(m OFC)、前扣带回、顶下小叶、颞上回、颞中回、枕中回和枕上回显示显著降低的VMHC值。另外,T2DM患者颞中回Mo CA评分和VMHC值是呈显著正相关关系的。相反,与正常对照组相比,T2DM患者的小脑后叶、小脑蚓部以及颞下回VMHC值则是显著增高的。结论1.VBM结果表明,T2DM伴有和不伴有MCI患者均发现了不同脑区灰质体积的广泛下降,而T2DM伴MCI患者脑萎缩区域更为广泛,其中颞叶(尤其是在颞中回)可能是最重要的受损区域,提示其萎缩增加了T2DM患MCI的风险。多脑区的脑结构变化可能与T2DM患者从正常认知发展为MCI密切相关。2.在T2DM患者海马可能是皮层下深部灰质结构中主要受影响的区域。海马CA1和下托亚区的结构改变可能是海马功能障碍的潜在的核心神经生物学机制,这些区域的退化可能导致了T2DM患者的记忆损害。3.T2DM患者主要在默认网络脑区(尤其是颞中回)存在镜像同伦连接异常的改变。同时颞中回镜像同伦功能连接的下降与Mo CA分值显著正相关,提示在T2DM认知功能障碍发生过程中颞中回可能是默认网络区域内受损害的关键节点。