第一部分2型糖尿病伴早发性轻度认知功能损害患者的灰质改变研究背景与目的糖尿病（diabetes mellitus,DM）是一种由遗传因素、免疫系统功能紊乱和神经精神因素等各种致病因子共同作用于人体,导致以胰岛素抵抗（Insulin Resistance,IR）或胰岛功能减退为主要特征的,既而引发以高血糖为主要特点的慢性代谢性疾病。近年来有研究报道,全球DM患者已达到4.15亿,而在中国已有1.09亿人患有糖尿病,其中2型糖尿病的患病人数占到9成以上。近年来有研究发现2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus,T2DM）并发轻度认知功能损害的比例明显高于同龄的正常人。认知功能损害较轻时称为轻度认知功能损害（mild cognitive impairment,MCI）,而认知损害较重时则可发展为痴呆。多项研究显示,T2DM伴轻度认知功能损害的发生可能不仅仅与正常衰老造成的退行性改变有相关性,还很可能与T2DM这种慢性代谢性疾病所引起的脑组织的结构变化有密切的相关性。然而,人体颅脑结构的构成极其复杂,这给人类活体颅脑的结构研究和功能探索带来了巨大的困难和挑战。因此,若能探索发现2型糖尿病伴轻度认知功能损害的致病因素和早期发病机制,就可以为2型糖尿病伴轻度认知功能损害患者的临床早期及时诊断与后期干预治疗提供可能性,从而延缓甚至预防2型糖尿病伴轻度认知功能损害和痴呆的发生。既往研究因为缺乏对人类活体颅脑的无创伤性研究手段,所以一直以来对T2DM伴轻度认知功能损害缺乏全面深入透彻的研究。磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）为我们提供了一种安全且无创的非侵入性的人体颅脑研究方法。以往对于认知功能损害的研究,仅限于认知功能量表的评分判断,局限性相对较大且主观性影响较强,而对于T2DM患者认知功能损害情况与颅内各脑区结构改变之间关系和机制也尚不清楚。我们认为一定的大脑功能改变必定以大脑各脑区结构改变为基础,而大脑结构的改变就会导致相应的功能发生变化,因此对T2DM脑结构改变的研究是十分必要的。本研究基于Free Surfer的分析方法对早发性轻度认知功能损害患者、2型糖尿病患者以及2型糖尿病伴早发性轻度认知功能损害患者的各个脑区的皮质和皮质下灰质体积改变情况进行分析比较,同时与各种生化指标以及蒙特利尔认知评估量表（Mo CA）、简易智力状态检查量表（MMSE）、日常生活能力评分（ADL）、连线测验（TMT）和汉密尔顿抑郁量表（HAMD）等认知功能和抑郁状态量表进行相关性分析,从而对早发性轻度认知功能损害患者、2型糖尿病患者以及2型糖尿病伴早发性轻度认知功能损害患者的各个脑区的皮质和皮质下灰质体积改变情况和发病机制进行深入探索,为临床的精准评估、早期诊断、及时干预和高效治疗提供更加科学有效的支持,同时深入探寻导致2型糖尿病伴早发性轻度认知功能损害的病理生理学影像标志物,从而为探索理解2型糖尿病伴早发性轻度认知功能损害的神经机制提供全新的研究思路和科学依据。材料与方法1.患者一般资料的采集采集年龄、性别以及教育年限相匹配的28例T2DM-MCI患者、28例MCI患者、28例T2DM患者和28例健康对照者。所有受试者均采集血生化数据和蒙特利尔认知评估量表（Mo CA）、简易智力状态检查量表（MMSE）、日常生活能力评分（ADL）、连线测验（TMT）和汉密尔顿抑郁量表（HAMD）等量表评分数据。2.MRI数据采集和处理通过3.0T MRI采集T1WI、T2WI和FLAIR图像以排除颅内器质性损伤,再通过MRI采集高分辨率T1结构像数据,然后使用Free Surfer软件对高分辨率T1结构像数据进行分析处理,并获得各脑区皮层体积数据。同时对皮层下灰质体积进行重建分割计算分析处理提取,皮层下区域的体积,包括丘脑、尾状核、壳核、苍白球、海马、杏仁核和伏隔核。此外,我们进一步分割海马,观察海马亚区结构变化的作用。海马的分割区域包括海马尾（HT）、下托、海马角1（CA1）、海马裂（HF）、前下托、旁下托、分子层（ML）、齿状回颗粒细胞层（DG）、CA3、CA4、海马伞和海马杏仁核过渡区（HATA）。我们使用了左侧后扣带回皮质（PCC）,该皮质是默认模式网络（DMN）的关键中枢,以灰质体积为基础计算其与DMN其他10个关键亚段的结构连通性,包括双侧内侧前额叶皮质、楔前叶、颞极、外侧颞叶皮质和海马。3.统计分析方法本研究所使用的数据统计分析软件为SPSS软件。采用χ~2检验、独立双样本t检验、单因素方差分析（ANOVA）或Kruskal-Wallis单因素ANOVA分析,对四组的人口统计学特征、标准临床实验室测量数据和神经心理学量表评分进行比较。使用通用线性模型（GLM）评估四组之间皮质体积的差异。使用蒙特卡罗模拟方法进行全脑统计阈值校正,校正后的p值＜0.05认为有统计学意义。为了评估四组之间皮质下区域和海马亚区体积的差异,进行了单因素方差分析（ANOVA）,然后进行了最小二乘差（LSD）事后检验或Kruskal-Wallis单因素方差分析（ANOVA）,然后进行了所有的成对校正。Pearson相关分析用于确定基于灰质体积的结构协方差。为了评估各组间相关系数的差异,使用Snedecor的方法将r值转换为z值。在适当的情况下,Bonferroni校正用于校正涉及多个大脑区域的多重比较,Bonferroni校正的p值＜0.05被认为是统计学意义的。采用部分Pearson相关分析或部分Spearman相关分析,并将年龄、性别和教育水平作为协变量,分析血生化数据和神经心理学量表数据与灰质体积之间的相关性。为了评估潜在的趋势,我们没有进行多重比较校正,我们将p＜0.01认为有统计学意义。结果在我们的研究中,MCI、T2DM和T2DM-MCI患者中发现了重叠且独特的皮质和皮质下灰质萎缩,T2DM-MCI患者在几个区域的体积低于MCI或T2DM患者。皮质下灰质区域（包括丘脑、壳核和海马）的体积损失与MCI和T2DM-MCI患者的认知功能损害有关,而皮质区域的体积损失与认知损害无关。本研究未发现血生化数据与体积减少之间存在相关性。此外,MCI患者和T2DM-MCI患者的DMN出现了结构连接中断。结论这些发现进一步证明,T2DM可能加剧特定灰质区域的萎缩,这可能主要与MCI有关。对于MCI和T2DM-MCI患者,皮质下体积萎缩可能比皮质体积改变在认知功能损害中起更关键的作用。T2DM-MCI患者的DMN结构连接增强可能是慢性神经退行性改变的代偿机制。第二部分2型糖尿病伴轻度认知功能损害患者的白质改变研究背景与目的全球糖尿病患病人数已超过4亿人,仅在中国就有超过1亿人患有糖尿病。2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus,T2DM）患者极易发展为痴呆,尤其是伴有轻度认知功能损害（mild cognitive impairment,MCI）的患者,但其根本原因还尚不清楚。本研究基于Free Surfer软件的大脑结构像分析方法对2型糖尿病患者的各个脑区的皮层下白质体积（white matter volume,WMV）进行统计分析。探索T2DM患者各脑区WMV与神经心理学量表数据之间的相关性。从而对T2DM患者以及T2DM伴MCI患者各脑区白质体积变化情况和其病理生理学发病机制进行探索研究,为临床对T2DM伴MCI的诊断和治疗提供潜在的影像学生物标志物。材料与方法1.患者一般资料的采集采集年龄、性别以及教育年限相匹配的30例2型糖尿病不伴认知功能损害患者（T2DM with normal cognition,T2DM-NC）和30例2型糖尿病伴轻度认知功能损害患者（T2DM with MCI,T2DM-MCI）以及30例正常对照组的临床数据。所有受试者均采集实验室血生化数据和简易智力状态检查量表（MMSE）、蒙特利尔认知评估量表（Mo CA）、数字广度测验（DST）、复杂图形测验（CFT）、数字符号编码测验（DSCT）、听觉词语学习测验（AVLT）、词语流畅性测验（VFT）、连线测验（TMT）、汉密尔顿抑郁量表（HAMD）等量表评分。2.MRI数据采集和处理通过3.0T MRI扫描仪,常规行T1WI、T2WI和FLAIR扫描,使用所得的常规图像排除颅内器质性损伤,再通过MRI采集高分辨率T1结构像数据,然后使用Free Surfer软件对大脑结构像数据进行分析处理,按照Desikan-Killian和Christopher神经解剖学分类将每侧大脑半球分为34个脑区,并计算分析获得全脑68个脑区的皮层下白质体积数据。3.统计分析方法本研究采用的统计分析软件为SPSS软件。对于WMV,三组之间的比较采用ANOVA检验,显著性水平设置为p＜0.05,使用FDR法进行纠正。对于T2DM患者,使用Pearson相关分析探索每个脑区的WMV与神经心理学量表数据之间的相关性。对于受试者的ROC分析,使用曲线下面积（areas under the curves,AUCs）来评估每个标记物的诊断价值。一般来说,AUC大于0.9表示诊断效果很好,0.7到0.9之间表示诊断效果良好,0.5到0.7之间表示诊断效果不佳,不超过0.5表示缺乏诊断价值。本研究使用Med Calc统计软件进行AUCs的差异比较。差异具有统计学意义的阈值设定为p＜0.05。结果本研究分析了T2DM-MCI、T2DM-NC和HC组的全脑WMV。与T2DM-NC患者相比,T2DM-MCI患者多个区域WMV存在显著差异。T2DM-MCI患者的白质萎缩的区域包括左侧岛叶、后扣带回和楔前叶、右侧眶额外侧回、眶部回、吻侧额中回和颞极。我们研究了这些区域的WMV与所有T2DM患者的神经心理学量表数据之间的关系。结果显示,Mo CA评分与左侧后扣带回、楔前叶、岛叶、右侧吻侧额中回和颞极的WMV显著相关。ROC结果显示,当单独使用作为诊断标准时,左侧后扣带回、楔前叶、岛叶和右侧吻侧额中回的WMV对T2DM患者的MCI检测具有较高的诊断价值,其中左侧楔前叶的WMV值诊断价值最高。结论T2DM可引起多个脑区的白质体积萎缩。左侧后扣带回、楔前叶、岛叶和右侧吻侧额中回的WMV可作为T2DM患者早期认知功能损害的独立影像学生物标记物,并在其病理生理机制中发挥重要作用。第三部分2型糖尿病伴轻度认知功能损害患者脑结构网络连接的改变研究背景与目的随着近几十年中国的飞速发展以及人民生活品质的大幅度改善,中国的糖尿病人数已超过1亿人,且患病人数依旧呈递增趋势,而且9成以上为2型糖尿病。2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus,T2DM）患者的痴呆发病率明显高于正常人,尤其是伴有轻度认知功能损害（mild cognitive impairment,MCI）的患者,然而导致这种情况发生的根本原因尚不清楚。本研究旨在探索研究T2DM伴MCI患者的白质结构网络改变情况,并评估T2DM患者认知功能损害与结构网络改变之间的关系。材料与方法1.患者一般资料的采集采集年龄、性别以及教育年限相匹配的30例2型糖尿病不伴认知功能损害患者（T2DM with normal cognition,T2DM-NC）和30例2型糖尿病伴轻度认知功能损害患者（T2DM with MCI,T2DM-MCI）以及30例正常对照组的临床数据。所有受试者均采集血生化数据和神经精神心理学量表数据,包括蒙特利尔认知评估量表（Mo CA）、简易智力状态检查量表（MMSE）、听觉词语学习测验（AVLT）、数字广度测验（DST）、复杂图形测验（CFT）、数字符号编码测验（DSCT）、连线测验（TMT）、词语流畅性测验（VFT）和汉密尔顿抑郁量表（HAMD）等量表评分数据。2.MRI数据采集和处理通过3.0T MRI扫描仪采集DTI（diffusion tensor imaging）数据和高分辨率结构像数据。对于DTI数据,采用基于FSL（FMRIB Software Library）的PANDA（Pipeline for Analyzing Brain Diffusion Images toolkit）软件进行分析,然后使用SPM、FACT和GRETNA等软件对高分辨率结构像数据和DTI数据进行进一步处理。本研究计算了脑结构网络的以下全局网络参数:聚类系数（Cp）、特征路径长度（Lp）、归一化Cp（γ）、归一化Lp（λ）、小世界属性（σ）,全局效率（Eglob）和局部效率（Eloc）,还计算了节点效率和介数中心度,用于研究结构网络的局部特征。我们使用基于网络的统计（network-based statistic,NBS）来分析患者的结构网络连接改变情况。3.统计分析方法本研究采用SPSS软件进行数据的归纳、统计和分析。对于受试者的人口统计学数据、临床实验室血生化数据、精神及神经系统心理学量表测试数据,本研究采用单因素方差分析（ANOVA）进行各组之间的分析比较。在观察三组之间的统计差异后,通过Bonferroni校正进行事后检验。采用χ2检验比较性别变量。采用单因素方差分析（ANOVA）研究整体网络指标（Cp、Lp、Eglob和Eloc）和节点特性（节点效率和节点介数中心度）的AUC值的组间差异,同时年龄和性别作为潜在混杂因素进行了调整。每个检验的显著性阈值都设置为p＜0.05,应用FDR法进行多重比较校正。此外,为了探索网络测量的拓扑特性与认知功能评分之间的关系,本研究使用Spearman相关分析研究T2DM-MCI患者组的拓扑特性与认知功能量表评分之间的相关性。结果三组之间的神经心理学认知功能量表评分有显著差异。T2DM患者的结构网络在全局和局部水平上都受到了显著破坏。T2DM-MCI组的全局网络效率受损更严重,节点效率更低,多个区域如边缘系统、基底神经节和一些皮质结构的连接更少。此外,T2DM-MCI患者受损的子网络的特征包括皮质-边缘纤维、连合纤维以及额叶、颞叶和枕叶之间的通路。T2DM-MCI患者的全局和节点参数改变情况与认知功能改变情况显著相关。T2DM-MCI患者的执行功能障碍和工作记忆损害与右侧额下回岛盖部和三角部的节点效率显著相关。结论本研究揭示了T2DM患者脑结构网络出现了破坏。与T2DM-NC患者相比,T2DM-MCI患者出现结构网络损伤,主要位于边缘系统、基底节以及额叶、颞叶和顶叶的部分。这些网络异常与T2DM-MCI患者的认知功能表现显著相关。特别是,T2DM-MCI患者的执行功能障碍和工作记忆损害与右侧额下回岛盖部和三角部的节点效率降低显著相关,这也提示这些区域的改变情况可能作为T2DM相关MCI检测的潜在生物标志物。我们的研究为探索脑白质网络破坏对T2DM引起的早期认知功能损害的神经病理学影响提供了新的视角。