达格列净恢复2型糖尿病患者初级嗅觉皮层回路功能整合而非区域激活：一项16周随机对照研究揭示其神经保护新机制

本研究发现达格列净（SGLT2抑制剂）可特异性恢复2型糖尿病（T2D）患者嗅觉诱导的初级嗅觉皮层（POC）-感觉运动皮层-颞中叶皮层神经回路的功能整合（gPPI分析），而利拉鲁肽（GLP-1RA）主要增强海马体局部激活。研究通过16周随机对照试验结合功能磁共振成像（fMRI）证实，两种药物通过不同神经机制发挥神经保护作用，为糖尿病相关认知衰退的精准防治提供了重要影像学证据。

　　

1 引言

2型糖尿病（T2D）显著增加痴呆和心血管疾病风险，目前尚无有效逆转糖尿病相关痴呆进展的治疗方法。尽管某些降糖药物被认为具有神经保护作用，但其机制和疗效仍存在争议。早期生物标志物对识别不可逆认知衰退前的脑功能障碍至关重要，嗅觉障碍已被提出作为糖尿病相关神经退行性变的早期敏感指标。

新兴证据表明钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂和胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1 RAs）可能具有保护神经和认知功能的潜力。先前随机对照试验发现利拉鲁肽可增强T2D患者受损的嗅觉激活并改善认知，而达格列净未显示相同效果，可能与嗅觉神经回路评估方法的敏感性限制有关。

功能磁共振成像（fMRI）为评估脑结构和功能变化提供了高效无创的方法。异常嗅觉神经网络激活在T2D患者中出现于结构变化和可测量认知障碍之前。嗅觉相关区域包括初级嗅觉皮层（POC）和次级嗅觉皮层具有最高水平的胰岛素受体，胰岛素调节嗅觉系统内的神经元活动，糖尿病独立增加嗅觉功能障碍风险。

本研究采用16周随机、前瞻性、平行组试验，评估达格列净、利拉鲁肽和阿卡波糖治疗对T2D患者嗅觉诱导定向功能连接（FC）和认知变化的影响，通过结合任务fMRI与代谢、认知和嗅觉评估，全面评估这些药物的神经保护潜力及其潜在机制。

2 方法

2.1 研究设计与参与者

这项随机、前瞻性、平行组、开放标签研究在南京鼓楼医院进行，时间为2019年5月至2020年12月。招募了36名T2D患者和36名正常对照者。根据美国糖尿病协会标准诊断的患者被分为三组，分别接受达格列净、利拉鲁肽或阿卡波糖治疗16周。所有参与者年龄40-75岁，受教育年限≥6年，均为右利手。

2.2 随机化与干预

使用计算机生成的区组随机化方法，固定区组大小为6，三种治疗组的分配比例为1:1:1。随机序列由不参与招募的独立医生生成。分别接受口服达格列净（Farxiga，SGLT2抑制剂，10mg，每日一次）、皮下注射利拉鲁肽（Victoza，GLP-1 RA，从0.6逐渐滴定至1.8mg，每日一次）或口服阿卡波糖（Glucobay，α-葡萄糖苷酶抑制剂，从50逐渐增加至100mg，每日三次，随餐服用）联合二甲双胍治疗16周。

2.4 神经心理学和嗅觉行为评估

使用蒙特利尔认知评估（MoCA）（北京版）和简易精神状态检查（MMSE）评估整体认知功能。MoCA评分低于26分被定义为轻度认知障碍（MCI）。还测试了几个认知子领域：通过轨迹制图测试（A部分和B部分）评估处理速度；通过Stroop色词测试（I、II和III部分）评估执行功能；重复性神经心理状态评估量表（RBANS），包括即时和延迟记忆、注意力、视觉空间能力和语言（仅T2D患者）。

嗅觉行为评估主要通过计算机化嗅觉功能评估仪器进行，主要关注阈值、识别和记忆。在嗅觉阈值测试（评分范围1-13.5）中，参与者被给予两种不同浓度的正丁醇，并要求指出较高浓度。

2.5 嗅觉诱导fMRI范式

典型的事件相关嗅觉刺激范式通过MRI兼容的嗅觉计和fMRI视觉音频刺激系统进行。选择薰衣草香味作为刺激气味剂，因其三叉神经刺激最小。该范式包括12个试验，每个试验包括6秒薰衣草气味刺激和30秒无味新鲜空气。

2.7 MRI数据预处理

任务fMRI图像使用基于MATLAB R2020b的统计参数映射12（SPM 12）中集成的DPABI 8.2进行预处理。T₁加权图像通过基于SPM12软件的计算解剖学工具箱12（CAT12）进行预处理。

2.9 广义心理生理相互作用分析

嗅觉诱导的POC回路功能整合定义为气味刺激范式期间POC的任务依赖性定向FC。基于任务fMRI图像的功能种子到体素分析的gPPI方法在SPM 12中进行。

3 结果

3.1 人口统计学和临床变量

共招募72名参与者，包括36名患者随机平均分配到三个治疗组和36名正常对照。基线时，三个患者组在性别、年龄、教育、吸烟习惯、饮酒、糖尿病持续时间、HbA1c和体重指数（BMI）方面无显著差异。但正常对照的教育年限长于T2D患者（p=0.018）。

经过16周治疗，各组的HbA1c、BMI、体重和体脂率显著降低（p<0.05）。达格列净组的舒张压（DBP）和餐后血糖（PPG）显著降低，HOMA2-B增加，而利拉鲁肽和阿卡波糖组未见此变化（p<0.05）。

3.2 神经心理学和嗅觉特征

基线时，与正常对照相比，T2D患者在MoCA、处理速度和执行功能方面的认知功能更差（p<0.05）。T2D组的MCI患病率高于正常对照组（p=0.046）。三个T2D患者组之间的MCI患病率无显著差异。

经过16周利拉鲁肽治疗后，执行功能（p=0.046）、延迟记忆（p<0.001）和注意力（p=0.001）出现认知改善。达格列净治疗后注意力评分有改善趋势（p=0.071）；差异未达到统计学显著性。阿卡波糖组无显著认知改善（p>0.05）。

基线时，与正常对照相比，T2D患者在阈值、识别和记忆方面的嗅觉评分较低（p<0.05）。治疗16周后，利拉鲁肽组的嗅觉阈值评分增加（p=0.040），达格列净组也有增加趋势（p=0.060）。此外，任何治疗组的嗅觉识别和记忆在基线和第16周之间均无显著改善（p>0.05）。

3.3 气味诱导的双侧POC激活

我们计算了bPOC激活并进行了组间比较。经过GRF校正（体素p<0.005，簇p<0.05）后，气味刺激导致T2D组或所有受试者的bPOC显著激活。此外，患者和正常对照之间以及T2D患者治疗前后的bPOC激活未见显著组间差异。

3.4 气味诱导的定向功能连接

图2和表S1显示了气味诱导的FC变化。基线时，调整年龄、教育和性别后，与正常对照相比，患者从bPOC到左中/上额回的嗅觉诱导FC增加（GRF校正，体素p<0.005，簇p<0.05）。与基线相比，达格列净治疗16周后从bPOC到左中央前回/中央后回（PreCG/PostCG）和额下回（IFG）的FC降低（GRF校正，体素p<0.005，簇p<0.05）。GRF校正后第16周与正常对照之间未见显著差异。此外，利拉鲁肽或阿卡波糖组无显著变化。

为了探索从左PreCG/PostCG或IFG到其他脑区相互作用的潜在变化，将左PreCG/PostCG和IFG定义为ROI用于进一步gPPI分析。GRF校正后患者与正常对照之间无显著差异。与基线相比，达格列净组从左PreCG/PostCG到右颞中回的FC降低（GRF校正，体素p<0.005和簇p<0.05）。此外，三个治疗组中IFG与其他脑区之间无显著差异。

气味诱导的定向FC降低主要见于达格列净治疗基线和第16周之间的POC-感觉运动皮层-颞中皮层神经回路。利拉鲁肽增强局部脑激活，而达格列净恢复嗅觉神经回路的气味诱导功能整合（图3A）。

3.5 全脑和感兴趣区域体积

FDR校正后，调整年龄、性别和教育后，T2D患者与正常对照之间全脑和ROI体积无显著差异。任何治疗组的基线和第16周之间也无显著差异（p>0.05）。

3.6 改变的功能连接与脂质水平、嗅觉阈值和认知评分变化之间的关联

为了探索嗅觉神经回路中FC改变与嗅觉行为表现之间的关系，并研究抗糖尿病药物对嗅觉神经回路的潜在影响，在T2D患者中进行了调整年龄、性别和教育的偏相关分析（图3）。我们发现从bPOC到左PreCG/PostCG的FC降低与低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）（r=0.440，p=0.010，未校正）、总胆固醇（TC）（r=0.349，p=0.047，未校正）和气味阈值（r=0.382，p=0.028，未校正）的变化呈正相关。

此外，从左PreCG/PostCG到右颞中回的FC降低与气味阈值（r=0.457，p=0.008，FDR校正）、执行功能（r=-0.412，p=0.017，未校正）、即时记忆（r=0.402，p=0.020，未校正）和延迟记忆（r=0.449，p=0.009，FDR校正）的变化相关。此外，较高的气味阈值评分变化与较高的延迟记忆变化呈正相关（r=0.495，p=0.003，FDR校正）。

4 讨论

这项前瞻性、随机、头对头研究为达格列净、利拉鲁肽和阿卡波糖对T2D患者大脑、认知和嗅觉的治疗效果提供了新见解。治疗16周后，利拉鲁肽显著改善延迟记忆、注意力和执行功能，并增强左侧海马的气味诱导激活，而达格列净和阿卡波糖未见此效果。有趣的是，达格列净恢复了POC-感觉运动皮层-颞中皮层回路的气味诱导功能整合，并有改善注意力的趋势。这些发现表明利拉鲁肽和达格列净通过不同机制发挥神经保护作用，利拉鲁肽作用于局部脑区激活，而达格列净针对神经回路的功能整合。

基线时，与正常对照相比，T2D患者的糖脂代谢、认知功能和嗅觉能力较差，与先前研究一致。基线时从bPOC到额回的嗅觉诱导FC增加表明了一种补偿机制，其中bPOC招募额外的额叶资源来处理嗅觉信息。这种增加的FC可能反映了大脑通过增强高阶处理区域的参与来维持认知功能。

bPOC在T2D患者或整个队列中对气味刺激显示显著激活，表明嗅觉fMRI激活的可检测性和可重复性。我们未发现治疗前后气味刺激下bPOC激活或体积的显著变化。尽管分级浓度设计旨在减少习惯化，但重复暴露于类似嗅觉刺激仍可能引起中枢适应，从而影响神经反应幅度。

达格列净治疗16周后，气味刺激下POC-感觉运动皮层-颞中皮层回路的FC恢复，而利拉鲁肽或阿卡波糖未见此现象。更具体地说，与糖尿病基线相比，从bPOC到左PreCG/PostCG和IFG的气味诱导定向FC，以及从左PreCG/PostCG到右颞中回的FC降低，但与正常对照无差异。向正常水平的减少可能反映了补偿信号的正常化。

本研究中与糖尿病相关和达格列净诱导的FC变化所涉及的脑区包括POC、额下/中/上回、PreCG、PostCG和颞中回，这部分与先前研究一致。POC对初始嗅觉处理至关重要，而额叶和颞叶皮层与高阶认知处理相关。

临床前和临床证据支持SGLT2抑制剂作为潜在的神经保护剂。一些研究表明SGLT2抑制剂减少AD的脑病理，一些病例对照和队列研究表明SGLT2抑制剂与较低的痴呆风险相关。此外，一项6周随机双盲安慰剂对照研究发现达格列净增加T2D患者的脑脂肪酸摄取，这可能是改善髓鞘和膜合成的标志物。

利拉鲁肽和达格列净治疗后嗅觉阈值似乎有所改善，而任何治疗组的嗅觉识别和记忆均无显著改善。这可能是因为基本嗅觉感知（如阈值）首先恢复，而不是更复杂的功能如识别和记忆。有趣的是，我们的发现与最近的临床观察一致，即SGLT2抑制剂可能影响嗅觉功能。

FC与代谢、认知评分和嗅觉行为之间的关联为了解达格列净的神经保护作用提供了额外见解。FC降低与脂质水平（LDL-C和TC）的改善呈正相关，这表明达格列净诱导的高胆固醇降低可能具有保护作用。FC降低与嗅觉阈值、执行功能以及即时和延迟记忆的变化相关。

本研究有几个优势。首先，在这项精心设计的随机对照试验中，控制了一些混淆变量。其次，我们结合嗅觉任务fMRI（定向FC和脑激活）、结构MRI以及一系列认知和嗅觉行为测试，全面评估大脑、认知和行为的早期细微变化。然而，本研究也有局限性。首先，小样本量可能限制发现的普适性。更大的队列将提供更大的统计效能。其次，相对较短的治疗持续时间可能不足以充分评估这些药物对认知功能和脑反应的长期影响。第三，使用POC作为整体ROI可能过度简化了这个脑区的复杂功能，未来研究应分析嗅觉皮层中的每个子区域。

本研究证明在T2D患者中，达格列净恢复气味诱导的POC-感觉运动皮层-颞中皮层回路的功能整合，而利拉鲁肽增强局部嗅觉神经激活，未观察到阿卡波糖的神经保护作用。这些发现突出了达格列净和利拉鲁肽作为神经保护剂的潜力，并强调了在管理糖尿病相关认知衰退中靶向代谢和神经通路的重要性。需要进一步研究阐明抗糖尿病药物对大脑健康的长期影响，并确定高风险痴呆患者的最佳治疗策略。