2型糖尿病的致病因素众多，超重或肥胖因其会导致胰岛素抵抗而成为2型糖尿病的重要病因之一，而超重及肥胖常常由于过度摄食而引发^[1]。许多的研究证明了摄食行为的紊乱与肥胖及2型糖尿病的出现有密切联系^[2,3]。摄食行为受大脑奖赏系统的调控，当奖赏系统异常时会引起过度饮食，进而导致肥胖^[4]。眶额皮层作为奖赏系统的重要组成部分，能根据传入和传出信息来调节奖赏和摄食行为^[5]。以往围绕摄食以及能量平衡的研究发现：2型糖尿病患者、肥胖者眶额皮层灰质体积较正常人减小^[6,7]；功能MRI (functional MRI，fMRI)的研究显示，超重的志愿者接受高热量食物图片刺激时，眶额皮层活动显著减低^[8] ；1型糖尿病患者在低血糖状态时，眶额皮层、杏仁核等多个脑区的活动减低^[9]。这些研究表明了肥胖或糖尿病患者眶额皮层的结构和区域活动存在异常。然而眶额皮层与其他脑区的功能连接在2型糖尿病患者中的改变情况仍不明确。

       2型糖尿病常常合并有微血管病变。以往的研究发现脑微血管病变会损害认知功能、白质微结构以及脑网络结构^[10,11,12]。因此，本研究采用静息态fMRI （resting-state fMRI，rs-fMRI）方法研究不伴有脑血管病变影像学征象的2型糖尿病患者眶额皮层与其他脑区间的功能连接情况，旨在明确2型糖尿病对眶额皮层的功能连接是否存在损伤，为进一步探索2型糖尿病的神经损伤机制提供依据。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       本研究共招募了27名不伴有脑血管病变影像征象的2型糖尿病患者以及21名正常志愿者。2型糖尿病患者入组标准：(1)确诊为2型糖尿病，病程1年以上；（2）年龄：30~ 70岁；（3）右利手；（4）沟通无障碍；(5)生活自理；（6）眼底检查无眼底血管异常。排除标准：(1)既往患脑肿瘤、脑外伤、中风、痴呆、中枢神经系统感染、多发性硬化以及精神类疾病（精神分裂症、抑郁症等）；(2) MRI检查存在血管并发症及其他脑部器质性疾病，如脑白质变性、腔梗、脑软化灶、脑微出血等；（3）有酗酒史及药物滥用史；(4)患有冠心病及高血压；(5)MRI检查各项禁忌证。本研究已通过中南大学湘雅三医院伦理委员会批准，所有志愿者均签署知情同意书。

1.2　MRI数据采集

       所有受试者均由同一名操作熟练的技师在Avanto 1.5 T MRI扫描仪（西门子公司，德国）进行头部MRI，扫描过程中嘱受试者安静、清醒，保持头部静止、闭眼。扫描序列如下：(1)头部MRI扫描常规序列：包括T1WI，T2WI及T2压水序列；(2)高分辨率全脑3D T1WI结构像，扫描参数：TR 1900 ms，TE 2.93 ms，FA 15° ，层厚1.0 mm，层间距0 mm，层数176，矩阵128 × 128，FOV 240 mm × 240 mm，NEX为1.0，扫描时间7 min 3 s；(3) rs-fMRI，EPI，扫描参数设置为：TR 2000 ms，TE 40 ms，FA 90° ，层厚4.0 mm，层间距1.0 mm，层数28，矩阵64 × 64，FOV 240 mm × 240 mm，NEX为1.0，扫描时间8 min 26 s，共扫描250个全脑图像。

1.3　MRI数据处理

       静息态数据采用DPARSF （http://restfmri.net）软件进行预处理：（1）排除前10个全脑EPI数据（排除扫描开始时被试不适应对图像质量造成的影像），对余下的240个全脑EPI数据进行图像层校准和运动校正；（2）采用仿射变换把数据转换到标准MNI （montreal neurological institute，MNI）空间，并把体素大小重采样设定为3 mm × 3 mm × 3 mm；（3）采用0.01~ 0.10 Hz的数据滤波去除噪声干扰；（4）根据Friston 24参数模型^[13]剔除头动的影响。

       采用基于体素的方法，选取双侧眶额皮层为种子点，计算种子点与大脑其他各体素之间的功能连接，获得大脑功能连接图。种子点来源于SPM结构工具箱（SPM Anatomy toolbox，http://www.fz-juelich.de/inm/inm-1/DE/Forschung/_docs/SPMAnatomyToolbox/-SPMAnatomyToolbox_node. html），该工具箱结合细胞组织形态和fMRI数据对大脑进行分区，将双侧眶额皮层分成外侧、内侧前部、内侧后部共6个区域（图1），以这6个区域为种子点，计算它们与大脑其他体素间的功能连接，并采用Fisher转换把计算得到的功能连接值转换为z值。

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图1  种子点示意图。绿色：眶额皮层外侧；红色：眶额皮层内侧前部；蓝色：眶额皮层内侧后部
图2  与左侧眶额皮层内侧后部功能连接存在显著组间差异的脑区。thal：丘脑；mid：中脑；hypo/thal：下丘脑和丘脑
Fig. 1  Seed point diagram. Green: the lateral of OFC. Red: the anterior of medial OFC. Blue: the posterior of medial OFC.
Fig. 2  Brain regions with significantly altered functional connectivity with the posterior of left medial OFC (left orbitofrontal cortex). thal: thalamus. mid: midbrain. hypo/thal: hypothalamus/thalamus.

1.4　统计分析

       采用SPSS 20.0软件对两组受试者的一般指标（年龄、受教育年限、体重指数、收缩压、舒张压）和生化指标（空腹血糖、餐后2 h血糖、空腹胰岛素、糖化血红蛋白、空腹C肽）行两样本t检验，对性别行χ²检验。

       比较两组被试眶额皮层功能连接的差异，统计模型采用双样本t检验和FDR校正，P<0.05有统计学意义，最小连续体素簇（continuous voxels）设为10。显著性结果用软件xjview(http://www. alivelearn.net/xjview8/)呈现。提取存在显著组间差异的脑区的功能连接平均值，与患者的糖尿病指标（如空腹血糖、腰围、糖化血红蛋白等）作线性回归分析（功能连接值作为因变量，糖尿病指标作为自变量）。

2　结果

2.1　一般资料

       共有48例对象纳入实验，2型糖尿病组（以下简称糖尿病组）27例（男18例，女9例），正常对照组21例（男14例，女7例），两组的性别匹配，年龄、受教育年限、体重指数、收缩压及舒张压均没有明显差异，空腹血糖、餐后2 h血糖、糖化血红蛋白(HbA1c)、胰岛素抵抗指数等指标有显著差异（表1）。

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表1  2型糖尿病组与正常对照组基本临床资料比较
Tab. 1  Demographic information and part clinical data of two groups

2.2　眶额皮层的功能连接结果

       两组比较结果显示：糖尿病组患者左侧眶额皮层与多个脑区间的功能连接情况存在显著性差异，其中左侧眶额皮层内侧后部与左侧中脑、右侧下丘脑、双侧丘脑的功能连接强度低于正常组(P<0.05 )（表2，图2）。

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表2  2型糖尿病患者中与左侧眶额皮层存在异常连接的脑区
Tab. 2  Brain regions with significant altered functional connection with left orbitofrontal cortex in T2DM group

2.3　眶额皮层连接异常与糖尿病指标相关性分析结果

       分析糖尿病组左侧眶额皮层功能连接强度的减低与BMI、空腹血糖、糖化血红蛋白、胰岛素抵抗指数间的相关性，结果显示左侧眶额皮层内侧后部与左侧中脑间的功能连接强度与空腹血糖值存在正相关(t=2.3727，P=0.028)，与BMI、糖化血红蛋白、胰岛素抵抗等指数差异无统计学意义(P>0.05)。

3　讨论

       本研究采用rs-fMRI的方法，探讨了未发现脑血管病变影像学征象的2型糖尿病患者眶额皮层相关功能连接的改变。结果发现，2型糖尿病患者左侧眶额皮层与双侧丘脑、左侧中脑及右侧下丘脑之间的功能连接强度显著低于正常对照组，其中左侧眶额皮层内侧后部与左侧中脑的功能连接平均值与空腹血糖值存在相关性。

       眶额皮层（orbitofrontal cortex，OFC）是位于额叶前下方的前额皮层，接受来自多个脑区的直接神经传入，包括杏仁核、背内侧丘脑、颞叶、腹侧背盖区以及嗅觉系统，它的传出神经可投射至杏仁核、下丘脑外侧、海马、扣带回及颞叶。研究发现眶额皮层参与了包括味觉、嗅觉以及视觉相关的多种信息传递^[7]。以往的动物及人体的MRI研究证实了眶额皮层与多个脑区之间存在功能连接^[14,15,16]，其中包括下丘脑、杏仁核、脑干等，这与笔者的发现是一致的。也有研究证实，在肥胖者、糖尿病患者中眶额皮层结构和功能受损：Kumar等^[6]发现2型糖尿病患者眶额皮层灰质体积减少；Wessels等发现2型糖尿病患者低血糖状态下眶额皮层的活动减低^[9]。研究发现肥胖者脑功能网络存在异常，涉及的脑区有：代谢感知和整合作用的脑区，如脑岛、下丘脑^[1]；处理奖赏事件的脑区，如纹状体、眶额皮层^[17]。这些结果表明肥胖和糖尿病确实能损伤眶额皮层的结构和功能，这为本研究的发现提供了实验证据，同时本研究结果也丰富了眶额皮层在2型糖尿病中异常改变的表现。

       本研究结果显示2型糖尿病患者左侧眶额皮层内侧后部与右侧下丘脑的功能连接强度显著低于正常组，说明左侧眶额皮层与下丘脑之间的协同作用可能出现异常。下丘脑在能量平衡控制中起着至关重要的作用，它能直接感知血糖等营养物质的刺激并调节其代谢^[18]。早期的研究发现，正常人口服或静脉注射葡萄糖后下丘脑的活动被抑制^[19]。在肥胖动物模型中发现下丘脑对营养物质的感受功能是受损的^[20]。在肥胖者15以及2型糖尿病患者16中也发现，当血糖升高时，下丘脑对葡萄糖的抑制作明显减弱^[21,22]。Hirose等^[23]证明了眶额皮层与下丘脑之间存在直接或间接联系。近期的研究也发现2型糖尿病患者下丘脑与眶额皮层间功能连接强度显著低于正常对照组^[24]。因此推测眶额皮层与下丘脑之间的通路可能参与摄食行为相关的调控。

       本研究的另一个重要结果是，2型糖尿病患者左侧眶额皮层内侧后部与左侧中脑的功能连接减低。中脑介于间脑和脑桥之间，作为脑干的重要组成部分，在内脏活动调节中起到了重要作用^[25]。大脑的奖赏系统由多巴胺边缘系统调控。而已有研究证实，边缘系统与中脑被盖、中央灰质间存在着密切联系^[26,27]。啮齿动物实验发现中脑腹侧被盖区（VTA）和伏隔核（NAc）对瘦素和生长素释放肽有反应，而瘦素能激活中脑多巴胺能神经元，表明中脑及伏隔核通过整合稳态信号，从而参与调节机体摄食及奖赏活动^[28]。Cole等^[29]利用PET和fMRI相结合的方法，证实了中脑多巴胺D3受体信号是参与机体目标导向行为的重要信号分子，他们的研究还发现，眶额皮层与奖赏结构（包括扣带回、岛叶及海马旁回等）脑区网络连接的差异与中脑多巴胺D3受体的有效性具有相关性。因此，笔者大胆推测，左侧眶额皮层与左侧中脑间的功能连接强度减低可能是2型糖尿病患者摄食调节受损的神经基础之一。另外，笔者发现左侧眶额皮层与左侧中脑间的功能连接强度与空腹血糖值呈正相关，说明这种受损与2型糖尿病患者血糖控制的好坏有关，同时可能与高血糖的神经毒素作用相关，这为临床上解释居高不下的血糖水平会对中枢神经系统造成损害提供了一定依据。

       另外，2型糖尿病患者左侧眶额皮层内侧后部与双侧丘脑的功能连接强度亦显著减低。丘脑是间脑中最大的卵圆形灰质核团，其内包含了许多具有特定功能的小核团，左、右丘脑借中间块相连。最近，有研究认为丘脑室旁核（paraventricular nucleus of the thalamus，PVT）参与了奖赏-寻求行为的调节^[30]。丘脑室旁核在介导大脑对食物的反应中起到重要作用^[31]。Haight等^[32]的小鼠实验从传入及传出通路的角度更准确地验证了这一作用。研究发现肥胖者丘脑以及下丘脑的活动显著降低^[33]；Arbelaez等^[34]发现正常人在低血糖状态时丘脑的活动会增加，而Mangia等^[35]进一步发现在1型糖尿病患者中，丘脑针对低血糖状态的这一反应功能是受损的。这些研究表明，丘脑在进食行为和能量平衡中具有重要作用，而肥胖、糖尿病等以代谢紊乱为特点的疾病会导致丘脑相关功能的损伤。而本研究的发现从功能连接的层面证实了这一点。

       综上所述，本研究采用静息态脑功能成像的方法，对2型糖尿病患者的全脑功能连接进行了分析，结果发现2型糖尿病患者左侧眶额皮层与下丘脑、中脑以及丘脑之间的功能连接存在异常。下丘脑、中脑以及丘脑均在奖赏系统中具有重要作用，其与眶额皮层之间功能连接的异常，说明2型糖尿病奖赏系统中的部分通路可能受到了损伤，从而导致摄食紊乱。左侧眶额皮层与左侧中脑之间的功能连接强度与血糖水平呈正相关，说明奖赏环路的受损在一定程度上与血糖控制的好坏程度相关，提示临床早期发现糖尿病、积极控制血糖、合理饮食具有非常重要的意义。