王拥军/刘涛教授团队Diabetes Care：揭示糖尿病患者大脑结构与功能间的代偿模式

糖尿病会引发一系列的神经系统疾病，包括卒中、痴呆和抑郁等，同时也可能会伴有某种程度的认知功能障碍。高血糖可能诱发血管内皮功能紊乱，增加脑血管疾病的风险，从而导致大脑结构异常，包括腔隙性梗塞、脑白质异常和脑萎缩。现有研究表明，脑区的萎缩会影响大规模的皮质交流、知觉和认知功能。在2型糖尿病患者中不仅存在大脑结构异常，同时也伴随大脑功能连接的异常。大脑结构和功能的异常，及其与认知功能之间的关系目前仍然存在一定的争议。功能连接改变的成因以及后果仍不明确，其可能会影响患者的认知功能改变，也可能是大脑结构性损伤的一种保护机制。对2型糖尿病患者潜在大脑机制的探索是发掘其认知功能障碍发病机制的重要基础。在糖尿病前期对该机制的探索，可针对糖尿病患者的脑部疾病及其认知损伤，提供重要的防治窗口判断参考依据。

近日，首都医科大学附属北京天坛医院国家神经系统疾病临床医学研究中心、北京航空航天大学和丽水市中心医院开展合作，在《Diabetes Care》（IF: 17.152）上发表了题为“Increased Resting-state Functional Connectivity as a Compensatory Mechanism for Reduced Brain Volumes in Prediabetes and Type 2 Diabetes”的论著。研究基于血管临床评估与认知损伤和血管事件社区人群队列（PRECISE）的基线数据，探索糖尿病前期与2型糖尿病患者的大脑结构和功能的改变对认知功能的贡献及其相互作用，揭示了社区人群潜在的大脑机制。第一作者：荆京、刘畅、朱万琳；通讯作者：刘涛、王拥军。

糖尿病在全球的发病率持续增长，人们对糖尿病的预防和治疗也在逐步的重视。已有研究表明，在糖尿病患者中发现了大脑的结构与功能异常。然而，糖尿病患者的大脑结构和功能异常之间的相互作用，以及这些大脑异常与认知功能之间关系的研究却十分有限，难以在糖尿病早期对2型糖尿病诱发的认知水平下降建立防治措施。

此研究纳入2483名含有完整结构磁共振成像（sMRI）受试者。根据美国糖尿病协会（American Diabetes Association, ADA）2019年的最新糖尿病诊断标准，将2483名受试者划分为1353名糖尿病前期患者、561名糖尿病患者和569名正常葡萄糖代谢的健康对照组。其中，2145名受试者含有完整功能磁共振成像（fMRI）。作者测量了大脑各区域体积与脑区间的大脑功能连接强度，并根据脑网络功能模板将大脑皮层进行划分（图A），比较分析了糖尿病前期组、糖尿病组与健康血糖对照组的组间差异。并通过多变量线性回归模型评估大脑体积和功能连接与认知的关系，以及大脑体积和功能连接的关系。

结果显示与健康血糖对照组相比，糖尿病患者在广泛的脑区有较低的脑体积，双侧丘脑和大脑视觉网络和默认网络之间的功能连接较强。糖尿病前期患者在大脑局部区域有较低的脑容量，包括双侧丘脑，双侧伏隔核和右侧壳，右丘脑和视觉网络之间的功能连接较强(图B)。较高的认知水平与较高的右丘脑体积和较低的右丘脑与视觉网络之间的功能连接强度相关。较高的右丘脑和视觉网络之间的功能连接与较低的右丘脑体积相关。

图A. 大脑皮层和皮层下子区域之间的功能连接示意图。大脑皮层被分为七个功能网络。图B. 与健康血糖对照组相比，糖尿病前期右丘脑和视觉网络之间的功能连接较强;糖尿病患者双侧丘脑和大脑视觉网络和默认网络之间的功能连接较强。

综上所述，该项研究通过对多模态MRI的联合分析表明，在糖尿病前期，脑结构体积已发现了显著的下降，这种结构的下降不但伴随着认知功能的降低，而且大脑功能连接也同时发生了显著的增加。这种跨区域的功能链接的增加，可能反映了一种大脑的重要代偿机制。此研究揭示了糖尿病前期与认知功能相关的神经影像生物标志物。这些发现将推进对糖尿病和糖尿病前期患者认知机制的理解，并有助于建立糖尿病前期阶段的神经系统疾病的预防策略。