血氧水平依赖MRI评估2型糖尿病患者肾氧合水平与早期肾功能损伤

李晶龙，高燕军，薛永杰，刘鸽

西北大学附属医院/西安市第三医院放射科，陕西 西安 710018；
*通信作者 刘鸽 1051394676@qq.com

糖尿病是最常见的慢性病之一[1]。高血糖可导致人体肾脏发生一系列病理改变，主要包括肾小球毛细血管损伤、基底膜增厚及肾小管间质损伤等[2]，引发糖尿病肾病（diabetic kidney disease，DKD）。DKD起病隐匿，早期患病多无阳性临床表现。肾穿刺活检是诊断DKD的“金标准”，但其存在取样误差，甚至可以导致感染等并发症。目前，临床常用估算肾小球滤过率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）及白蛋白尿检查作为评价糖尿病肾损伤的诊断依据，但该方法存在一定的滞后性，且受影响因素较多，仅根据实验室指标诊断早期肾功能损伤存在局限性[3]。尽管高血糖对肾功能影响的确切机制尚不完全清楚，但大量证据表明慢性肾缺氧与DKD的发生、发展密切相关[4]。血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）MRI以脱氧血红蛋白作为内源性造影剂，可间接反映组织局部氧浓度信息，其定量指标R2*值与脱氧血红蛋白含量成正比，与氧分压成反比。本研究拟探讨BOLD MRI对2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者肾氧合水平及早期肾功能损伤的评估价值。

1.1 研究对象 前瞻性收集2021年1—9月在西安市第三医院内分泌科确诊的T2DM患者40例，其中男26例，女14例，年龄28～70岁，平均（47.4±11.5）岁。根据尿白蛋白排泄率（urinary albumin excretion rate，UAER）将其分成尿白蛋白正常组（UAER＜30 mg/24 h，21例）及尿白蛋白微量组（UAER 30～300 mg/24 h，19例）。纳入标准：符合《中国2型糖尿病防治指南》提出的诊断标准[5]。排除标准：①其他病因引起的急、慢性肾病；
②伴有肾脏占位或邻近器官病变压迫肾脏或肾血管；
③孕期或哺乳期女性。同时纳入24名健康志愿者作为正常对照组，其中男13名，女11名，年龄28～65岁，平均（46.2±12.4）岁。记录所有受试者的体重指数（body mass index，BMI）及MRI检查当天的血清肌酐（serum creatinine，Scr）水平，患者组留取24 h尿液测定UAER、尿β2微球蛋白（β2-microglobulin，β2-MG）、转铁蛋白、N-乙酰-D氨基葡萄糖苷酶、视黄醇结合蛋白、β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-GAL）水平，并根据简化肾脏病膳食改善公式计算eGFR。本研究经本院伦理委员会批准（2021-003），所有受试者纳入试验前均被详细告知试验内容及方法，并签署知情同意书。

1.2 MRI检查 采用Philips Ingenia 3.0T超导型MRI扫描仪，32通道相控阵体部线圈。检查前禁食、禁水4 h，将呼吸门控置于腹部呼吸运动幅度最大处，常规MRI扫描结束未发现器质性病变者进行冠状位BOLD MRI检查。扫描参数：TR 100 ms，TE 2.3、11.5、20.7、29.9、39.1 ms，视野400 mm×200 mm，层厚5 mm，层间距5 mm，层数8，翻转角30°。扫描结束后将原始数据传送至飞利浦后处理工作站得到R2*图。

1.3 图像后处理 由2名经验丰富的影像科主治医师于每侧肾门水平每侧肾脏上、中、下极的皮质及髓质内绘制6个圆形感兴趣区（ROI，3个位于皮质，3个位于髓质），ROI绘制时选择肾皮、髓质分界清楚的层面，避开肾脏边缘、肾柱、肾窦脂肪、血管等，取2名医师所测双肾皮质（CR2*）、髓质（MR2*）的平均值进行统计分析，并计算髓质与皮质R2*比值（R2*ratio between medulla and cortex，MCR）。

1.4 统计学方法 采用SPSS 24.0软件。符合正态分布的计量资料采用±s表示。两组比较采用独立样本t检验；
多组间比较采用方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验；
采用配对样本t检验比较同一组受试者左、右侧肾脏CR2*、MR2*的差异。计数资料用例（%）表示，采用χ2检验。采用组内相关系数（ICC）比较2名医师所测CR2*、MR2*的一致性。采用Pearson 或Spearman相关分析CR2*、MR2*、MCR与生化指标的相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

2.1 一般资料比较 3组受试者性别、年龄差异无统计学意义（P均＞0.05）；
与对照组比较，尿白蛋白正常组、尿白蛋白微量组BMI较高（P均＜0.01），尿白蛋白正常组eGFR较高（P＜0.05）；
与尿白蛋白正常组比较，尿白蛋白微量组Scr较高、eGFR较低（P均＜0.01），见表1。

表1 T2DM组与对照组一般资料比较

2.2 测量数据的一致性 2名医师测得CR2*和MR2*的一致性良好（ICC=0.810、0.862）。

2.3 BOLD MRI参数组间比较 同一组受试者左、右侧肾脏CR2*及MR2*差异无统计学意义（P均＞0.05），本研究取双肾CR2*、MR2*的平均值进行分析。结果显示MR2*高于CR2*，差异有统计学意义（P均＜0.001），见表2。

尿白蛋白正常组、尿白蛋白微量组及对照组间MR2*、MCR值差异有统计学意义（P均＜0.001）。进一步两两比较显示，与对照组比较，尿白蛋白正常组MR2*、MCR较高（P均＜0.001）；
与尿白蛋白正常组比较，尿白蛋白微量组MR2*、MCR较低（P均＜0.05）。3组间CR2*差异无统计学意义（P＞0.05），见表2、图1。

表2 BOLD MRI参数组间比较（/s，±s）

表2 BOLD MRI参数组间比较（/s，±s）

注：CR2*为皮质R2*值，MR2*为髓质R2*值，MCR为髓质与皮质R2*比值；
与对照组比较，aP＜0.001，bP＜0.05；
与尿白蛋白正常组比较，cP＜0.001，dP＜0.05

CR2*MR2*平均值组别例数右肾左肾右肾左肾CR2*MR2*t值P值MCR对照组 24 16.89±0.98 16.85±0.92 29.53±1.80 30.40±1.82 16.87±0.82 29.97±1.34 -44.913 ＜0.001 1.77±0.10尿白蛋白正常组21 1 6.94±1.49 1 7.10±1.47 33.58±2.12 34.24±2.54 16.96±1.23 33.73±2.08a -31.484＜0.001 2.01±0.18a尿白蛋白微量组 19 16.98±1.49 16.98±1.30 31.52±1.59 32.15±2.48 16.98±1.28 31.86±1.52ac -35.937 ＜0.001 1.88±0.14bd F值0.082 0.233 26.554 15.901 0.065 28.537 13.523 P值 0.972 0.793 ＜0.001 ＜0.001 0.938 ＜0.001 ＜0.001

2.4 BOLD MRI参数与生化指标的相关性 MR2*与eGFR呈正相关（r=0.623，P＜0.001），与Scr（r=-0.571，P＜0.001）、UAER（r=-0.566，P＜0.001）、β2-MG（r=-0.541，P＜0.001）、转铁蛋白（r=-0.473，P＜0.01）、视黄醇结合蛋白（r=-0.512，P＜0.01）、β-半乳糖苷酶（r=-0.319，P＜0.05）呈负相关；
MCR与eGFR呈正相关（r=0.552，P＜0.001），与Scr（r=-0.522，P＜0.01）、UAER（r=-0.325，P＜0.05）呈负相关。CR2*与各生化指标均无明显相关性（P均＞0.05）。

白蛋白尿是DKD的最早诊断依据，然而在肾功能损伤早期，肾脏极强的代偿功能往往使该检测结果为阴性[6]。有学者在正常蛋白尿T2DM患者的肾组织病理标本中检测到弥漫性、结节性病变，表明即使实验室检查未发现肾功能损伤，但其病理改变已经存在[7]，而能否灵敏地发现早期肾功能损伤是临床亟待解决的问题。鉴于缺氧是各种慢性肾病发生和发展的重要因素[8]，基于此，笔者推测BOLD MRI可能有助于糖尿病早期肾损伤的检测和评估。

3.1 BOLD MRI对T2DM患者肾氧合水平的评估价值本研究中，肾髓质R2*值明显高于皮质，这是由于生理状态下肾髓质的血流量远不及皮质丰富，且肾小管的离子转运耗氧量高，因此髓质更容易处于生理性缺氧状态，与既往报道一致[9]。尿白蛋白正常组MR2*值明显升高，提示肾髓质缺氧始于正常白蛋白尿阶段，这可能与肾小管流量增加、高滤过、Na+/K+-ATP酶等代谢活性增强导致肾脏耗氧量增加有关。dos Santos等[10]通过侵入性微探针检测发现，糖尿病大鼠造模成功后第2天肾脏即会表现出较明显的缺氧性改变。笔者认为，虽然尿白蛋白正常组患者在此阶段血尿生化指标仍处于正常范围内，但MR2*值已经出现显著差异，表明其对糖尿病早期肾功能损伤更具敏感性。当病变进展到微量白蛋白尿阶段时，MR2*值较前会有所下降，但仍高于对照组，可能原因是：①尿液浓缩和稀释功能降低，肾小管对钠的重吸收减少，肾髓质耗氧量减低[11]；
②肾小管间质损伤持续性加重，肾血流灌注减少，肾髓质氧浓度减低；
上述因素的综合作用可能导致髓质氧分压升高，肾脏缺氧较前缓解。Wang等[12]通过动物实验发现，在糖尿病兔造模成功后第3天肾小管细胞出现肿胀、空泡化及淋巴细胞浸润，而在第7天时肾小管细胞逐渐修复，这也较好地解释了糖尿病缺氧减轻的病理过程。另有研究表明MR2*值与肾小管间质病理损害积分呈显著正相关（r=0.809），提示MR2*值对肾脏的病理改变有较好的预测性[13]。因此，笔者认为MR2*能够准确、定量评价肾髓质的氧合水平，为早期发现T2DM患者肾功能损伤提供影像学依据。

本研究结果表明，与对照组相比，T2DM组CR2*值有所升高，但无显著差异。推测一方面可能与肾皮、髓质血流灌注的异质性有关[14]；
另一方面可能与肾皮质的氧供大于氧耗，对缺氧的耐受性较好有关，因此肾皮质氧浓度的轻微变化不如髓质显著，与既往报道一致[15]。此外，R2*值可能会受到磁场的均匀性、扫描线圈偏移等外部因素的影响，为减少这些影响，本研究进一步比较了3组MCR，整体呈先升高后略有下降的趋势，其中尿白蛋白正常组MCR值最高，表明在尿白蛋白正常组肾功能尚处于有效代偿阶段，随着高代谢引起肾髓质耗氧量的增加及肾小管功能的恶化，MCR将呈渐进性下降趋势，进入器质性损伤阶段。Wang等[16]在观察糖尿病小鼠肾损伤的研究中发现MCR的逆转变化，该逆转点或许是DKD治疗的潜在靶点。因此，MCR对早期DKD同样具有较好的预测性和辅助诊断价值。

3.2 BOLD MRI参数与临床指标的关系 本研究发现MR2*、MCR与eGFR呈正相关，与Scr呈负相关，CR2*值与上述指标无相关性。然而，Yin等[17]研究显示CR2*值与eGFR呈负相关。推测研究组纳入患者所处阶段的不同是影响各参数与实验室指标相关性的主要原因，本研究的重点在于评价有、无微量白蛋白尿DKD患者的早期肾功能损伤，而Yin等[17]同时纳入中晚期DKD患者。此外，本研究中还发现MR2*值与UAER、β2-MG、转铁蛋白、视黄醇结合蛋白、β-半乳糖苷酶等肾小管损伤指标呈负相关，提示BOLD MRI能够反映与肾小管损伤相关的组织氧合水平。肾小管间质损伤导致尿液生物学标志物增加，表明BOLD MRI具有评价早期肾功能损伤的潜力。

此外，本研究发现糖尿病患者的BMI高于对照组，表明此类患者存在较为严重的肥胖，可能与糖脂代谢紊乱导致体内脂肪异位沉积有关，提示在控制血糖、保护肾功能的同时，还要有效控制患者的体重，这在早期治疗和延缓肾功能损害方面同样具有重要意义[18]。

3.3 本研究的局限性 ①样本量相对较少，尚需扩大样本量进一步研究。②由于临床上很难获得早期肾损伤的病理结果。因此，影像学标志物与病理学之间的关系尚需进一步验证。

综上所述，BOLD MRI能够对T2DM患者肾脏氧代谢的状态进行无创、定量评价，肾髓质对缺氧性损伤更敏感，MR2*、MCR可以很好地反映肾脏缺氧程度，为早期肾功能损伤的评估提供了新方法，具有广阔的应用前景。