2型糖尿病患者大脑静息葡萄糖代谢改变研究

马藤 轩昂 张杰 付畅 孙萌萌 尤阳 徐俊玲

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2型糖尿病患者大脑静息葡萄糖代谢改变研究

    通讯作者: 徐俊玲, xjlhzq@163.com
  • 基金项目:

    河南省医学科技攻关计划省部共建项目 201701026

Changes in resting-state brain glucose metabolism in patients with type 2 diabetes

    Corresponding author: Junling Xu, xjlhzq@163.com
  • Fund Project: Medical Science and Technology Provincial Co-construction Project of Henan Province 201701026

  • 摘要: 目的探讨静息状态下2型糖尿病(T2DM)患者大脑葡萄糖代谢改变特点。方法回顾性分析96例已被临床确诊的T2DM患者的头部18F-FDG PET/CT显像资料。选取96名健康体检者作为对照组。采用统计参数地形图 8软件分析T2DM患者组与对照组PET脑代谢的改变。T2DM患者组与对照组图像采用体素对体素的两独立样本t检验。结果与对照组比较,T2DM患者18F-FDG PET/CT表现为多个脑区的葡萄糖代谢减低(t=5.51~6.42,均P < 0.001),主要包括双侧额中下回、双侧颞上横回、双侧枕上中舌回、双侧楔前叶、双侧顶下缘角回、距状裂及周围皮层;未见明显代谢增高脑区。结论T2DM患者大脑静息葡萄糖代谢改变以区域性葡萄糖代谢减低为主,且基本呈双侧对称分布,主要涉及的脑区包括情感、认知功能区和视觉皮层区等。
  • 图 1  T2DM患者组比正常对照组脑内代谢减低的区域(SPM8图像)

    Figure 1.  Cerebral regions of reduced brain glucose metabolism(red and yellow areas) in patients with type 2 diabetes compared with normal control

    表 1  T2DM患者组比正常对照组脑内代谢减低的区域分布

    Table 1.  Positions of the reduced glucose metabolism cere

    脑区MNI坐标体素tP
    XYZ
    左侧额中下回-2610-660 6335.73< 0.001
    右侧额中下回-46-60-620 5886.11< 0.001
    左侧颞上横回-65-30-1200 555.92< 0.001
    右侧颞上横回-72-36-1800 645.51< 0.001
    左侧枕上中舌回-40-70-350 4835.99< 0.001
    右侧枕上中舌回-22-75-60 5155.84< 0.001
    距状裂及周围皮层-2-90-416776.05< 0.001
    左侧顶下缘角回-37-70-580 3355.58< 0.001
    右侧顶下缘角回-18-82-560 1446.42< 0.001
    左侧楔前叶-12-88-6700 725.82< 0.001
    右侧楔前叶-27-95-7200 566.33< 0.001
    注:表中,T2DM:2型糖尿病;MNI:蒙特利尔神经病学研究所。
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-08
  • 刊出日期:  2018-01-25

2型糖尿病患者大脑静息葡萄糖代谢改变研究

    通讯作者: 徐俊玲, xjlhzq@163.com
  • 450000, 郑州大学人民医院PET/CT中心
基金项目:  河南省医学科技攻关计划省部共建项目 201701026

摘要: 目的探讨静息状态下2型糖尿病(T2DM)患者大脑葡萄糖代谢改变特点。方法回顾性分析96例已被临床确诊的T2DM患者的头部18F-FDG PET/CT显像资料。选取96名健康体检者作为对照组。采用统计参数地形图 8软件分析T2DM患者组与对照组PET脑代谢的改变。T2DM患者组与对照组图像采用体素对体素的两独立样本t检验。结果与对照组比较,T2DM患者18F-FDG PET/CT表现为多个脑区的葡萄糖代谢减低(t=5.51~6.42,均P < 0.001),主要包括双侧额中下回、双侧颞上横回、双侧枕上中舌回、双侧楔前叶、双侧顶下缘角回、距状裂及周围皮层;未见明显代谢增高脑区。结论T2DM患者大脑静息葡萄糖代谢改变以区域性葡萄糖代谢减低为主,且基本呈双侧对称分布,主要涉及的脑区包括情感、认知功能区和视觉皮层区等。

English Abstract

  • 糖尿病常伴随肾脏、视网膜及周围血管等并发症的现象已为学界熟知,对其诊断和治疗的研究较多[1-3]。糖尿病对中枢神经系统的影响近年来也引起了人们的广泛重视,“糖尿病脑病”由Reske-Nielsen等[4]提出,长期的高血糖会导致脑能量代谢障碍,从而引起认知障碍和大脑的神经生理及结构改变。笔者回顾性分析了96例2型糖尿病(type 2 diabetes,T2DM)患者的脑部PET/CT资料,探讨静息状态下T2DM患者脑葡萄糖代谢改变特点及其临床意义。

    • 收集2012年3月至2017年1月经我院临床确诊为T2DM患者的全身PET/CT检查资料。纳入标准:①无脑卒中、癫痫、脑外伤、精神疾病史及一氧化碳中毒史;②无慢性神经系统疾病史;③无心、肝、胰、脾、肾等严重脏器疾病;④无甲状腺功能亢进、甲状腺功能减退等代谢疾病史,无长期乙醇及药物滥用史;⑤经PET/CT或MRI证实无脑内原发肿瘤或转移性病变以及脑内其他器质性病变。排除标准为排除了上述5类情况。最终有96例T2DM患者纳入本研究,其中男性56例、女性40例,年龄30~85岁,平均年龄(60.15±12.74)岁。选取96名在我院行全身PET/CT健康体检无阳性发现且无上述疾病病史者作为对照组,其中男性56名、女性40名,年龄28~80岁,平均年龄(52.71±8.59)岁。所有正常对照者的年龄、性别、利手及文化程度均与T2DM患者相匹配。所有患者均于检查前签署了知情同意书。

    • 显像设备为美国GE DiscoveryTM VCT PET/CT仪,18F-FDG由美国医用回旋加速器GE Minitrace和北京派特生物技术有限公司FDG自动化合成模块合成,放化纯度>95%。检查前受检者禁食6 h以上,指尖采血验血糖,测量身高、体重。检查前控制血糖水平在正常范围(6.1 mmol/L以下),静脉注射18F-FDG,剂量为5.55 MBq/kg。受检者在温度适宜、安静状态下闭目休息40~50 min后进行显像。扫描时将头部固定于相同位置,先行CT扫描,随后采集PET图像;先行体部三维采集,后行头部三维采集,采集时间共30 min,其中头颅采集10 min,均以听眦线定位,扫描范围由颅顶至颅底。脑部PET/CT扫描参数为:CT电压120 kV,电流240 mA,层厚5 mm;PET轴向显示野25.0 cm,矩阵128 × 128。采集计数用迭代法重建,分别获得横断面、矢状面和冠状面图像。

    • 应用SPSS17.0软件进行统计学分析,T2DM患者组与对照组的年龄、性别分别采用两独立样本t检验、卡方检验。在Matalab 7.2平台上应用统计参数地形图 8软件先将PET图像转换为Analyze 7图像数据格式,然后对图像进行位置校正及归一化处理,使之与Talairach脑图谱的空间坐标对应,使用2倍于图像空间分辨率的卷积核(8 mm×8 mm×8 mm)对图像进行高斯平滑处理,以增加图像信噪比,得到矩阵128×128,以及体素大小为2 mm×2 mm×2 mm的目标图像,后进行图像的统计学分析,将T2DM患者组与对照组图像进行体素对体素的两独立样本t检验,并对其进行族错误率校正,得到各自的脑代谢差异分布图。借助统计参数地形图 8中的插件xjView 8对有统计学差异的脑区进行立体定位分析和体素值定量分析,计算异常脑区各自所占的体素值。P < 0.05表示差异有统计学意义。

    • T2DM患者组与对照组的年龄分布(t=1.834,P=0.147)、性别构成(χ2=0.008,P=0.847)差异均无统计学意义。与对照组比较,T2DM患者组18F-FDG PET/CT显示为区域性脑葡萄糖代谢减低,且这种改变基本呈双侧对称分布,涉及的脑区包括左侧额中下回、右侧额中下回、左侧颞上横回、右侧颞上横回、左侧枕上中舌回、右侧枕上中舌回、左侧楔前叶、右侧楔前叶、左侧顶下缘角回、右侧顶下缘角回、距状裂及周围皮层,全脑未见代谢增高脑区。详细分布见表 1图 1

      脑区MNI坐标体素tP
      XYZ
      左侧额中下回-2610-660 6335.73< 0.001
      右侧额中下回-46-60-620 5886.11< 0.001
      左侧颞上横回-65-30-1200 555.92< 0.001
      右侧颞上横回-72-36-1800 645.51< 0.001
      左侧枕上中舌回-40-70-350 4835.99< 0.001
      右侧枕上中舌回-22-75-60 5155.84< 0.001
      距状裂及周围皮层-2-90-416776.05< 0.001
      左侧顶下缘角回-37-70-580 3355.58< 0.001
      右侧顶下缘角回-18-82-560 1446.42< 0.001
      左侧楔前叶-12-88-6700 725.82< 0.001
      右侧楔前叶-27-95-7200 566.33< 0.001
      注:表中,T2DM:2型糖尿病;MNI:蒙特利尔神经病学研究所。

      表 1  T2DM患者组比正常对照组脑内代谢减低的区域分布

      Table 1.  Positions of the reduced glucose metabolism cere

      图  1  T2DM患者组比正常对照组脑内代谢减低的区域(SPM8图像)

      Figure 1.  Cerebral regions of reduced brain glucose metabolism(red and yellow areas) in patients with type 2 diabetes compared with normal control

    • T2DM导致外周器官及中枢神经系统侵犯已引起研究者的普遍关注,由于T2DM临床症状比较明显,一般易于被临床发现并及时治疗,但脑部损伤多比较隐匿,容易被忽视。糖尿病脑病为糖尿病所致糖代谢异常,可导致脑血管病变以及中枢神经系统损害,从而引起大脑形态学、神经生理学及精神方面的慢性进行性异常[4]。其中以T2DM对中枢神经的损害更为严重。Xia等[5]应用静息态fMRI信号的ALFF(低频振幅)研究T2DM患者脑功能改变,结果发现ALFF(低频振幅)值可能在T2DM患者的认知障碍中起着重要作用。另有Liu等[6]、Cui等[7]研究发现T2DM患者DMN(默认网络)神经网络脑链接强度明显低于对照组。上述大量神经影像学研究为T2DM患者脑局部及网络属性改变研究提供了理论基石。18F-FDG PET/CT显像可直接反映局部脑葡萄糖代谢改变,并对其进行定量分析,能灵敏地发现糖尿病患者的脑能量代谢功能异常,为糖尿病脑病的产生机制及其预防、诊断和治疗提供分子影像学依据[8]。以往的18F-FDG PET/CT研究多为小样本对照研究[9-11],采用PET/CT对大宗病例T2DM患者进行脑功能损害的评价研究尚少,为了进一步提高对T2DM患者脑功能损害机制和临床意义的认识,故笔者对96例T2DM患者的脑18F-FDG PET/CT显像进行了分析研究。

      本研究结果显示,T2DM患者脑葡萄糖代谢存在显著异常,以区域性脑代谢减低为主要改变,脑代谢减低区域主要分布在双侧额中下回、双侧颞中上横回、双侧枕上中舌回、双侧顶下缘角回、双侧楔前叶、距状裂及周围皮层。这些结果与以往的研究结果相似但又不完全相同,本研究结果发现T2DM患者多个脑区葡萄糖代谢减低,受累脑区主要集中在额叶、颞叶、枕叶及部分顶叶,而以往的研究结果发现额叶、颞叶可能为T2DM脑损害最早的脑区,且这种损害在糖尿病前期就已存在[12-13]。额叶、颞叶及顶叶作为脑发育中的最高级部分,参与了精神、情感、认知及记忆等高级脑认知活动,本研究结果发现这些脑区葡萄糖代谢减低,提示可能这些脑区局部神经元的活动性减弱,各脑区之间的神经传导通路受损;另外,楔前叶在认知功能中起着重要作用,如自我相关信息处理、自我意识、情景记忆的存储等[14],本研究结果发现双侧楔前叶葡萄糖代谢减低,表明可能楔前叶网络局部神经元活动同步性下降,这种改变也在一定程度上解释了T2DM患者存在认知功能损害。本研究的另一重要发现是T2DM患者枕叶中回、舌回和距状裂及周围皮层葡萄糖代谢显著降低。枕叶主要负责视觉处理,尤以舌回、距状回是大脑视觉网络中的关键部位。Liang等[15]研究发现视觉皮层脑部相关功能区域损伤与糖尿病性视网膜病变有一定的关联性,糖尿病性视网膜病变不仅仅局限于眼部本身,推理可能与脑部相关功能区域的损伤也有一定的相关性。T2DM患者长期高血糖可导致视网膜病变及相关脑部功能损害[16],舌回、距状裂及周围皮层作为视觉皮层重要的分布区域,是视觉网络的重要部分,T2DM患者视觉皮层损害将可能表现为距状裂及周围皮层葡萄糖代谢减低。T2DM患者之所以存在多脑区功能受损的原因尚不明确,部分研究者认为这些脑区广泛分布有胰岛素受体[17],而胰岛素受体信号通路减弱在T2DM患者脑功能损伤中起着重要作用[18]。也有学者认为T2DM与阿尔茨海默症存在某些相似的病理过程,从发病机制层面能提高罹患阿尔茨海默症的风险[19-20]。因此,在糖尿病早期对患者病情加以控制,对糖尿病脑病等并发症具有重要的临床意义。从上述T2DM脑内葡萄糖代谢改变来看,相比于以往的研究,本研究中所用的信号源及研究方法不同,反映不同的生理参数,另外本研究中采用了更大的样本量,从而发现了更大范围的脑局部代谢改变。

      笔者通过较大样本量客观地分析了T2DM患者脑区葡萄糖代谢改变特点,为T2DM脑功能代谢及其产生机制提供了重要依据,作为回顾性分析,本研究尚存在一些不足。首先,本研究缺乏患者行为学、心理学数据支持,影响了对脑区异常代谢的临床意义的评价;其次,样本量尚不足够大,且尚未对T2DM患者按病程及性别分组研究。此外,脑部微血管病变会对局部脑葡萄糖代谢研究产生影响,本研究由于未对患者脑部微血管病变情况进行评价,目前尚不能有效排除有可能存在微血管病变对脑葡萄糖代谢的干扰,今后需要开展更多结合临床及心理评估的前瞻性研究,进一步分析研究其脑代谢改变的临床意义。

      综上所述,T2DM患者大脑静息葡萄糖代谢改变以区域性葡萄糖代谢减低为主,涉及脑区包括情感认知功能脑区及视觉皮层等相关脑区,舌回和距状裂及周围皮层代谢减低可能与视网膜病变有一定的相关性。

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