糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）是终末期肾病的一个主要原因，也是肾脏疾病不断恶化的重要因素。肾脏慢性缺氧和肾小管间质纤维化被认为是各种肾病的共同病理过程^[1]。血液中去氧血红蛋白含有不成对铁电子，通过改变周围水分子磁场自旋特性缩短表观自旋弛豫时间T2^*，而表观横向弛豫率R2^*(R2^*=1/T2^*)作为衡量组织去氧血红蛋白含量的指标，其增高代表氧分压减低，提示组织缺氧^[2]。血氧水平依赖MRI(blood oxygenation level-dependent MRI，BOLD-MRI)以顺磁性去氧血红蛋白作为成像基础，可无创性的监测组织氧合水平。BOLD在颅脑功能成像应用广泛^[3]，随着扫描技术的发展，其在腹部的应用也越来越受到重视。本研究通过比较健康志愿者、早期和中晚期糖尿病肾病患者的皮质R2^*(cortical R2^*，CR2^*)、髓质R2^* (medullary R2^* ，MR2^*)及髓质/皮质R2^*比值（R2^* ratio of the medullary R2^* value to cortical R2^*value，MCR），初步探讨BOLD-MRI在糖尿病肾病中的临床应用价值，分析其临床相关性。

1　材料与方法

1.1　资料与方法

       正常对照组：招募11名健康志愿者，男4名，女7名，年龄27~ 52岁，中位年龄31岁。入组标准：无高血压、糖尿病等慢性疾病史，血尿素氮及血肌酐指标正常。糖尿病肾病组：选取苏州大学附属第三医院住院治疗的糖尿病肾病患者43例。其中7例因图像质量不佳影响数据测量排除，2例因一侧肾脏明显萎缩排除。根据估算肾小球滤过率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）将34例患者分为两组：早期DN组19例（eGFR> 60ml·min^-1·(1.73m²)^-1），伴微量或大量蛋白尿，男性11例，女性8例，年龄29～ 77岁，中位年龄59岁；中晚期DN组15例(eGFR≤ 60ml·min^-1· (1.73m²)^-1)，伴大量蛋白尿，男14例，女1例，年龄36~ 78岁，中位年龄57岁。所有被试人员均签署知情同意书。

1.2　检查方法

       采用德国西门子Verio 3.0 T超导型MR成像仪。所有被试人员检查前需禁食禁水至少4 h，检查当天禁用速尿等短效利尿剂。受检者先行常规MRI序列扫描，再行BOLD序列扫描。BOLD序列采用多梯度重聚回波序列，选取以肾门为中心的6个斜冠状面。扫描参数（10个回波，TR 112 ms，TE 6.76 ms，视野360 mm × 270 mm，层数6，层厚5 mm，层间距1 mm，反转角60°，带宽300 Hz/Px，扫描时间45 s，分三次吸气后屏气完成采集，单次屏气15 s。

1.3　图像分析

       使用Siemens Syngo后处理软件进行数据分析。选取肾门中心的2个层面。以回波上皮髓质分界清、对比好的T2^*WI为参照（TE 9.79 ms）（图1，图2），于单个层面一侧肾脏皮、髓质区上、中、下份各放置3个感兴趣区（region of interest，ROI），每个ROI大小约10.2~28.6 mm²。在皮髓质分界不清的病例（图3），参照T2^*伪彩图，皮质ROI尽量选择靠近肾脏的外缘放置，髓质ROI放置在肾实质的内外缘中间。在T2^*伪彩图上得到双肾相对应的24个T2^*值。R2^*值通过计算得到（R2^*=1 /T2^*，单位：1/s），求得双侧肾脏皮质、髓质R2^*平均值CR2^*和MR2^*，将MR2^*与CR2^*相比得到MCR。MCR可减少外在因素对R2^*值的影响。

点击查看大图

图1  健康志愿者，女，31岁。1A为T2^*WI，1B为T2^*伪彩图，双侧肾脏皮质、髓质分界清晰
图2  早期糖尿病肾病患者，男，49岁。2A为T2^*WI，2B为T2^*伪彩图，双侧肾脏皮质、髓质分界尚清楚
图3  中晚期糖尿病肾病患者，男，59岁。3A为T2^*WI，3B为T2^*伪彩图，双侧肾脏皮质、髓质分界不清。图中白色小圆圈代表髓质ROI的放置
Fig. 1  A 31 year-old female healthy volunteer. The excellent corticomedullary differentiation of bilateral kidney was observed on T2^*-weighted image (1A) and T2^* pseudo-color map (1B).
Fig. 2  A 49 year-old male with early-stage DN. The corticomedullary differentiation was clear but reduced on T2^*WI (2A) and T2^* pseudo-color map (2B).
Fig. 3  A 59 year-old male with moderate-to severe-stage DN. The corticomedullary differentiation was obscure on T2^*WI (3A) and corresponding T2^* pseudo-color map (3B). The small white circle represented ROI placement in the medulla.

1.4　统计学处理

       采用SPSS 17.0统计软件分析数据。结果采用均值±s表示。正常对照组、早期DN组与中晚期DN组组内CR2^*、MR2^*比较采用配对t检验。三组间CR2^*、MR2^*、MCR采用单因素方差分析比较，用最小显著差值法进行组间两两比较。采用受试者工作特性曲线（receiver operating characteristic curve，ROC曲线）分析各指标的诊断效能。结果均以P<0.05作为判断具有显著性差异的标准。

2　结果

2.1　正常对照组、早期DN组和中晚期DN组的CR2*、MR2*、MCR值比较

       由表1数据可见：(1)各组CR2^*与MR2^*间存在明显统计学差异(t=－54.90、－37.43、－9.77，P<0.01)，MR2^*均高于CR2^*。(2)正常对照组与早期DN组的MR2^*具有统计学差异(P=0.004，P<0.01)，CR2^*与MCR不具有统计学差异(P=0.109、0.170，P>0.05)。早期DN组与中晚期DN组的CR2^*、MCR值具有统计学差异(P=0.000、0.000，P<0.01)，MR2^*不具有统计学差异(P=0.267，P>0.05)。CR2^*在对照组、早期及中晚期DN组逐渐升高；MR2^*在早期DN组升高后于中晚期DN组略下降，但仍高于正常水平。

点击查看表格

表1  正常对照组、早期DN组与中晚期DN组CR2^*、MR2^*、MCR均值表(±s，1/s)
Tab. 1  Mean values of CR2^* ，MR2^* and MCR in normal control group，early-stage and moderate-to severe-stage (MS-stage) DN groups (±s, 1/s)

2.2　正常对照组、早期DN组和中晚期DN组ROC曲线分析

       三组间有显著统计学差异的指标进一步ROC曲线分析。鉴别正常对照组与早期DN组时，MR2^*的ROC曲线下面积为0.940，诊断阈值为33.88 1/s，对应敏感度与特异度分别为94.74%及90.91%。鉴别早期DN组与中晚期DN组时，CR2^*的ROC曲线下面积为0.884，诊断阈值为17.63 1/s，对应敏感度与特异度分别为80％及84.21%；MCR的ROC曲线下面积为0.764，诊断阈值为1.92，对应敏感度与特异度分别为60％及94.74%；两个指标诊断效能无明显统计学差异性(P=0.0566，P>0.05)。

2.3　CR2*、MR2*及MCR与eGFR、HbA1c相关性

       34例糖尿病肾病患者eGFR均按国际通用肾脏病膳食改良（modification of diet in renal disease，MDRD）公式计算得到，其中23例测得HbA1c。CR2^*与eGFR呈负相关(r=－0.492，P<0.01)，MCR与eGFR呈正相关(r=0.423，P<0.05)。MR2^*与eGFR无相关性(r=0.168，P>0.05)。CR2^*、MR2^*、MCR与HbA1c均无相关性(r=0.169、0.060、－0.080，P>0.05)。

3　讨论

       通常组织的氧分压由组织的血流量和组织耗氧量来决定。然而，流经肾脏的血液不仅仅用于维持肾脏自身代谢需要，同时还承担了调节全身血容量和电解质平衡的功能。在糖尿病患者中，肾小球高灌注、高血糖、动静脉氧弥散分路限制作用及肾小球血管极新生血管形成等多因素的存在直接或间接的导致肾脏氧消耗增加，氧合水平降低，从而使肾脏处于缺氧状态^[1]。

       正常对照组与糖尿病组的髓质R2^*值高于皮质R2^*值，提示髓质较皮质处于缺氧状态。这与以往研究结果一致^[4]。生理状态下，由于动静脉交通支的存在，髓质相较于皮质接受着更少的血流，而且大部分氧被用于肾小管的离子转运上，所以髓质处于生理性缺氧状态^[5]。在糖尿病患者，肾小球高灌注通过钠葡萄糖协同转运增加钠和葡萄糖重吸收，从而提高Na-K-ATP酶的活性，导致髓质氧消耗增加^[6]。

       正常对照组与早期DN组相比，MR2^*有显著统计学差异，与一些文献报道结果相一致^[7,8]。这与糖尿病肾病的高灌注与高血糖密切相关。早期高灌注并未给肾脏提供更多的氧，反而成为肾脏代谢的负担，增加髓质部耗氧用于离子重吸收。高血糖部分导致线粒体功能障碍，降低电解质转运效率^[9]，部分抑制缺氧诱导因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)的表达，降低了HIF-1对缺氧的调节^[10]。CR2^*在正常组与早期DN组间无明显变化，这可能是早期皮质肾小球处于高灌注状态，皮质含氧量丰富，皮质部近曲小管离子重吸收增加的氧耗尚不足以抵消肾血流增加的影响，皮质仍处于较高的氧合状态。也有动物实验研究^[11]发现在早期DN组小鼠皮质R2^*就有升高，一方面可能由于物种原因，动物模型与人体模型有差异，尚存在很多不确定因素，另一方面也说明早期皮质缺氧机制较复杂，存在其他多方面因素影响制约，有待进一步研究。

       CR2^*随糖尿病肾病的加重而逐渐升高，在早期与中晚期DN组间有显著统计差异。这可能是因为中晚期肾小球硬化较严重，动脉粥样硬化在疾病的发生发展中起了重要的作用，其最终结果是导致皮质氧分压的下降^[5]。然而Wang等^[12]发现中晚期DN的皮质R2^*值无明显升高，认为一方面可能是皮质在中晚期时对缺氧损伤耐受性好，另一方面较小的氧分压变化使皮质的氧离曲线改变不及髓质明显，在BOLD上可能观察不到。这说明中晚期DN缺氧可能是多因素作用的结果，如动静脉氧弥散分路限制了皮髓质间氧分压的调节，肾小球血管极新生血管易发生动脉硬化闭塞影响皮质血流灌注。

       MR2^*在早期DN升高后于中晚期DN略下降，但仍高于正常水平，提示中晚期髓质氧合水平有所改善。结果与Wang等^[12]的研究相仿，但与Epstein等^[13]的发现完全相反。这可能是由于选取病人分期的不同造成的，后者的研究偏早期DN病人，患者eGFR无明显下降且无明显蛋白尿。而本研究的中晚期患者eGFR明显下降伴有大量蛋白尿。尽管中晚期慢性肾病和移植肾中肾小管炎症、间质纤维化、氧代谢产物等使髓质部氧合水平降低的因素同样可能出现在糖尿病肾病^{[2, 14]}，但肾小球滤过率的下降减少髓质部离子重吸收进而减少耗氧的因素更为显著，使中晚期DN髓质氧合水平有所改善。

       糖尿病肾病CR2^*值与eGFR呈负相关，MCR与eGFR呈正相关。eGFR越小，肾小球滤过率越小，肾小球血流量减少，皮质缺氧状态加重；而髓质并没有随eGFR的变化而变化。有观点认为肾小管病变可不依赖于肾小球的改变，两者在一定程度上具有独立性^[15]。有文献报道肾脏MR2^*值与eGFR呈线性正相关，认为肾小球滤过率高，肾小管主动重吸收负担加重，髓质耗氧增加^[7]。也有报道认为皮、髓质T2^*与eGFR均无明显相关性^[16]。CR2^*、MR2^*及MCR均与HbA1c无明显相关性，这与部分报道一致^[16]。但亦有报道MR2^*值与HbA1c呈正相关^[7]，认为糖化血红蛋白是反映一段时间内血糖总体情况的指标，HbA1c升高提示血红蛋白与氧亲和力增加，引起组织缺氧。由此可见，三个指标与eGFR、HbA1c的相关性结果并不一致，一方面可能与实验对象的选择有关，另一方面也与糖尿病肾病缺氧机制的多因素有关，使单因素影响血氧水平的结果变得不确定。

       本研究尚存在一些不足之处。首先，尽管我们监控患者检查前4 h禁食禁水、检查当天禁用短效利尿剂，但是一些降压药（如ACEI类）的使用仍可能影响到实验结果^[17]。其次，本研究更倾向于按eGFR分组，未特别观察尿白蛋白对DN的影响，而微量白蛋白尿是早期DN的一个敏感指标，此有待进一步探索和研究。最后，图像分析过程中ROI选取产生的部分容积效应会造成一定的测量误差，本研究样本量较小，这些都可能会影响统计检验效能。

       综上所述，尽管糖尿病肾病的评估和监测目前仍基于白蛋白尿和eGFR两个指标。但尚无确切的指标在早期微量白蛋白尿出现时即可用于指导临床治疗。尿微量白蛋白／肌酐比（albumin creatinine ratio，ACR）适用于糖尿病肾病的筛选，但不足以作为疾病疗效的监测指标，特别是在中晚期的患者。eGFR计算公式有潜在的使用问题，被广泛使用的MDRD公式也只适用于部分糖尿病患者^[18]。本研究中，MR2^*明显高于CR2^*，MR2^*可鉴别正常对照组与早期DN组，CR2^*和MCR可鉴别早期与中晚期DN组，CR2^*与eGFR呈负相关，MCR与eGFR呈正相关，这些指标可无创性的评估糖尿病肾病肾功能损伤情况，为临床诊断、疗效监测提供辅助参考，具有潜在的临床应用价值。