2型糖尿病脑微血管病患者白质完整性与认知功能障碍的相关性及其病理机制的研究

Cerebral microvascular disease induced by diabetes is a risk factor for inducing or accelerating cognitive dysfunction. White matter integrity and its network are the basis of efficiency information transfer in the brain,which is one of the focus problems in cognitive dysfunction. Diabetes retinopathy(DR) is a marker of cerebral microvascular disease, However, there is any sensitive and specific MRI markers to detect this early cognitive impairment in patients with DR. The correlation between white matter integrity and cognitive dysfunction in DR patients is also needs to be confirmed. In the present study, diffusion tensor imaging (DTI) technique combined with brain connectomics analysis will be applied to investigate the changes in white matter microstructure, white matter fiber bundles and white matter networks. Meanwhile, clinical cognitive assessment is also performed, so the correlation between MRI markers and cognitive dysfunction will be established, and these MRI markers will be used for detecting early DM patients with mild to moderate cognitive impairment. Moreover, cerebral pathological changes will also be studied in animal models with DM, the relationship between MRI markers and microscopic pathological changes of white matter will be explored. Pathological study of cerebral impairment in diabetic animal and MRI markers of early cognitive dysfunction in patients with DR would help in better understanding the occurrence and progression of cognitive dysfunction caused by microvascular disease.

糖尿病脑微血管病变是引起或加速认知功能障碍的危险因素；脑白质微观结构的完整性、神经纤维束之间的有机连接及白质网络是脑内信息有效传递的基础，是研究认知功能障碍中的焦点问题。糖尿病视网膜病变（DR）是脑微血管病变的标志，然而，对于DR患者早期出现的轻度认知障碍，目前尚无灵敏度和特异性均适合的影像学指标；关于DR患者早期脑白质的完整性与认知功能障碍出现的相关性也有待进一步确认。本申请将利用扩散张量成像技术（DTI）结合脑连接组学的分析方法多层次，多角度的去探讨DR所引起的脑白质微观结构、白质纤维束以及白质网络连接的改变，结合认知功能评分，建立脑白质完整性与认知功能障碍之间的相关性；同时，利用动物模型的DTI研究结合脑白质损伤的病理改变，建立影像学指标与微观病理的对应关系。DR患者认知功能障碍影像学指标的建立及动物模型的病理学研究将有助于我们更好地去理解脑微血管病变对认知功能障碍发生、发展的影响。

糖尿病脑小血管病变(Cerebral Small Vessel Disease, CSVD)是引起或加速认知功能障碍的危险因素；脑白质微观结构的完整性、神经纤维束之间的有机连接及白质网络是脑内信息有效传递的基础，是研究认知障碍中的焦点问题。本项目以2型糖尿病（Type 2 Diabetes Mellitus, T2DM）伴CSVD患者为研究对象，探讨脑白质微观结构以及脑白质网络连接与认知障碍的关系。在脑白质完整性的研究中我们发现：T2DM伴CSVD患者大脑FA值的下降出现在脑内广泛的区域，如前额叶、颞叶、枕叶、胼胝体、扣带、岛叶、丘脑、海马等；基于白质骨架空间统计（Tract-based spatial statistics，TBSS）分析发现T2DM伴CSVD患者出现广泛的脑白质纤维完整性损伤，表现在FA值显著下降，λ∥、λ⊥ 和 ADC值显著上升。进一步研究发现，MoCA评分与双侧上纵束的FA均显著正相关（左侧：r=0.485，P=0.041；右侧：r=0.523，P=0.026）；视空间执行能力与丘脑前辐射的FA正相关（r=0.480，P=0.044）；记忆力与左侧扣带（r=0.480，P=0.044）及左侧上纵束（r=0.592，P=0.010）的FA值均正相关。在脑白质网络的研究中发现：T2DM伴CSVD患者和健康对照组的脑网络均表现出小世界属性，与对照组相比，T2DM伴SCVD的患者的局部聚集系数降低及最短路径长度升高。大脑内存在部分节点效率下降，如：眶部额上回、岛盖部额下回、前扣带和旁扣带回、海马旁回、楔叶、枕上回、枕下回以及梭状回。同时，大脑还存在部分节点间的连接效率降低，如：左侧眶部额上回与豆状壳核、左侧岛叶与海马、左侧眶内额上回与杏仁核、右侧眶内额上回与枕下回等。研究还发现MMSE评分与局部效率（r=0.374，P=0.042）、聚类系数成正比（r=0.411，P=0.024），MoCA评分与局部效率成正比（r=0.402，P=0.027），与最短路径长度成反比（r=-0.429，P=0.018）。综上，T2DM伴CSVD患者部分区域节点效率以及节点间连接效率下降可能与其认知能力下降有关。本项目从脑白质的微观结构及脑白质的网络连接方面阐述了T2DM伴CSVD患者认知能力下降的原因，为临床T2DM伴CSVD患者认知障碍的早期诊断提供可参考信息。