研究摘要
重点发现
- 胰岛素抵抗与阿尔茨海默病的认知障碍相关
- HOMA（稳态模型评估胰岛素抵抗）与认知表现相关，独立于脑脊液生物标志物
- 胰岛素抵抗与淀粉样蛋白和tau蛋白生物标志物无显著关联
- 阿尔茨海默病痴呆患者比轻度认知障碍患者的HOMA值更高
摘要
胰岛素抵抗被认为是认知障碍和阿尔茨海默病（AD）的可调节风险因素。然而，它与AD的临床和生物标志物之间的关系尚不明确。本研究调查了胰岛素抵抗、AD的脑脊液（CSF）生物标志物和认知表现之间的关系，研究对象为记忆诊所的队列。
共有200名连续接受认知评估的受试者入组。所有受试者都接受了神经心理学评估、血液采样和腰椎穿刺以收集CSF。胰岛素抵抗使用稳态模型评估胰岛素抵抗（HOMA）进行评估，该指标由空腹胰岛素和血糖水平得出。使用化学发光酶免疫测定法量化了淀粉样蛋白病、tau蛋白病和神经退行性变的CSF生物标志物。参与者被分为AD组和非AD组，患有糖尿病的个体被排除在分析之外。
AD组和非AD组之间的HOMA未观察到显著差异，胰岛素抵抗与AD的CSF生物标志物之间也没有显著关联。然而，在AD组内，痴呆症患者的胰岛素抵抗明显高于轻度认知障碍患者。在整个样本中，胰岛素抵抗与整体认知呈负相关。在AD组中，经年龄、性别、教育程度和CSF生物标志物调整的多重线性回归分析证实，胰岛素抵抗独立预测了认知表现。
这些发现表明，胰岛素抵抗与AD连续体中个体更严重的认知障碍相关，其机制在很大程度上与AD核心病理生理学无关。然而，解决胰岛素抵抗可能代表了认知障碍治疗干预或风险降低的一个有希望的方向。
关键词
阿尔茨海默病、胰岛素抵抗、稳态模型评估胰岛素抵抗、脑脊液生物标志物、轻度认知障碍
1. 引言
阿尔茨海默病（AD）是痴呆的主要原因，占全球病例的60%以上，是老年人残疾、依赖和死亡的重要原因。随着平均预期寿命的提高，AD的全球负担预计将在未来几十年增加，导致重大的社会和经济挑战。
一些生活方式风险因素，如糖尿病、高血压和肥胖，与晚年发展痴呆的风险增加相关。其中，糖尿病——一种由胰岛素分泌或作用障碍导致高血糖的慢性代谢疾病——起着特别重要的作用，这一点得到了流行病学、临床和生物学研究的一致证据支持。全球患糖尿病的成年人已超过8亿，其患病率也在全球上升，原因包括平均预期寿命增加、肥胖、久坐生活方式和不健康饮食模式。荟萃分析一致表明，与无糖尿病者相比，糖尿病患者患AD和其他类型痴呆的风险显著更高。一项基于超过一万名参与者的研究显示，2型糖尿病发病年龄每提前5年，痴呆风险就会增加，直到发病年龄超过70岁，这表明发病年龄很重要，糖尿病可能是中年而非晚年痴呆的风险因素。糖尿病持续时间延长和血糖控制不佳也已知会增加痴呆风险，尽管有效的糖尿病管理在多大程度上减轻这种风险仍不明确。
尽管有这些见解，胰岛素抵抗与AD病理生理学之间的联系仍不明确。AD和糖尿病共享与胰岛素抵抗相关的重叠病理机制，如神经炎症、氧化应激、晚期糖基化终产物、线粒体功能障碍和代谢综合征。
胰岛素抵抗，定义为胰岛素在促进靶向组织中葡萄糖摄取和利用方面的效果降低，是2型糖尿病和糖尿病前期发病的关键因素，最近被提出作为认知障碍和AD的可调节风险因素。在临床环境中，胰岛素抵抗的测量方法（如HOMA）提供了对金标准技术（如等葡萄糖高胰岛素钳夹术）的临床可行且经过验证的替代方法。
过去几十年，许多研究试图调查胰岛素抵抗、糖尿病、认知功能障碍和AD之间的关系，结果往往不一致。虽然一些证据表明胰岛素抵抗与认知表现呈负相关，但大多数研究集中在认知功能正常的或糖尿病人群中，而非AD连续体中的个体。最近一项关于葡萄糖代谢和AD生物标志物的系统综述和荟萃分析显示，葡萄糖代谢受损和糖尿病诊断可能与更高的tau生物标志物相关，特别是在人群研究中，而与淀粉样β生物标志物之间没有一致的联系。然而，这些发现受到研究间异质性和缺乏针对认知受损人群的证据的限制，特别是使用HOMA等直接胰岛素抵抗测量方法。目前，胰岛素抵抗、AD生物标志物和认知结果之间的关系仍不确定，特别是在AD连续体中，明确探讨这些联系的研究仍然有限。据我们所知，此前在这一人群中，尚无研究专门考察HOMA、认知障碍和脑脊液淀粉样蛋白病和tau蛋白病生物标志物之间的关联。
基于此，本研究的目的是调查HOMA测量的胰岛素抵抗对记忆诊所评估的认知障碍队列中AD的脑脊液生物标志物和认知表现的影响。
2. 方法
从罗马Fondazione Policlinico A. Gemelli IRCCS神经心理学单元-记忆诊所连续就诊的认知障碍和记忆障碍的意大利语母语者中，入组了200名连续受试者。
所有受试者都接受了全面的临床和神经学评估，包括评估不同认知领域的标准神经心理学检查、常规血液检查和脑磁共振成像。
此外，进行了腰椎穿刺以收集脑脊液样本进行生物标志物分析。所有受试者在腰椎穿刺前提供了知情书面同意，并同意将其临床和生物数据用于匿名研究。研究遵循赫尔辛基宣言，并获得Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS伦理委员会的批准（研究ID编号5880）。
排除标准包括先前或同时存在的神经系统疾病、主要精神障碍、可能干扰认知功能的医学状况（如肾或肝衰竭、呼吸系统疾病、甲状腺功能减退、维生素B12缺乏等）以及既往参加过靶向淀粉样蛋白的实验性研究。
在神经心理学评估方面，受试者使用简易精神状态检查（MMSE）和扩展版精神衰退量表进行评估，该量表包括评估情景记忆（雷伊听觉言语学习测试即刻自由回忆、15分钟延迟自由回忆、目标干扰物识别；自由和线索选择性提醒测试；雷伊-奥斯泰里思复杂图形15分钟延迟回忆）、短期和工作记忆（数字广度正向和反向）、结构技能（雷伊-奥斯泰里思复杂图形复制）、执行功能（多特征目标取消；连线测试）、抽象推理（瑞文渐进矩阵）以及语言（图片呈现名词命名、语音流畅性任务、类别流畅性任务）的任务。
血液样本在腰椎穿刺同时收集，经过一夜禁食后，用于量化空腹血浆葡萄糖水平和空腹血清胰岛素水平。也测量了空腹CSF葡萄糖水平。如前所述，HOMA，计算公式为[(空腹葡萄糖水平(mg/dL) × 空腹胰岛素水平(μU/mL))/405]，被用作胰岛素抵抗的测量指标。
脑脊液样本根据基于文献的标准操作程序进行收集、储存和处理。使用Lumipulse G检测在LUMIPULSE G600II仪器（Fujirebio）上测量CSF Aβ40、CSF Aβ42、CSF磷酸化tau（p-tau）181和CSF总tau（t-tau）水平，该仪器是一种基于两步夹心化学发光酶免疫测定法的全自动系统。核心生物标志物状态（根据既定的CSF生物标志物临界值确定）并将受试者根据阿尔茨海默病协会工作组修订标准分为AD连续体（AD）或非AD（NAD）。
诊断分类根据当前诊断标准确定。对于轻度认知障碍（MCI）的定义，考虑了以下特征：认知表现持续下降（与以前状态相比，由受试者或知情照料者报告或通过纵向认知测试变化观察到）；认知表现低于该个体预期范围（根据认知测试表现调整年龄、性别和教育程度）；日常生活活动保持独立。
统计分析在SPSS统计软件包和R中进行。所有p值均为双尾，所有分析的显著性水平设为α=5%，对应于0.05的阈值p值。计算描述性统计数据以总结人口统计学、临床和生物标志物特征。使用独立样本t检验评估连续变量的组间差异，使用卡方检验评估分类变量。使用Levene检验评估方差齐性；当违反时，报告Welch t检验结果。因为年龄和性别在AD和NAD组之间显著不同，后续使用诊断组作为固定因子、年龄和性别作为协变量执行协方差分析（ANCOVA）模型。效应大小以部分η²表示。
使用独立样本t检验评估胰岛素抵抗潜在的性别相关差异，比较男性和女性之间的HOMA值。为评估胰岛素抵抗（HOMA指数）、年龄、认知表现和AD生物标志物之间的关系，计算了整个队列和亚组的Pearson相关系数。为了可视化目的，在图表中使用了对数转换的HOMA值和CSF生物标志物值，以更好地表示数据分布。
为检查AD病理是否介导胰岛素抵抗和认知表现之间的关联，使用PROCESS for SPSS（模型4）进行中介分析。HOMA作为自变量（X）输入，MMSE作为因变量（Y），CSF Aβ42/40、p-tau和t-tau各自在单独模型中作为中介（M）进行测试。路径（1）表示HOMA和中介之间的关联，路径（2）表示控制HOMA后中介和MMSE之间的关联，路径（3）表示调整中介后HOMA对MMSE的直接效应。间接效应使用5000次重采样进行估计，当95%置信区间不包含零时，被认为具有统计显著性。
为进一步探索胰岛素抵抗与认知障碍之间的关系，对与HOMA显示显著单变量相关的神经心理学测量运行了多重线性回归模型，包括HOMA、年龄、性别、教育程度以及淀粉样蛋白病（Aβ42/40比值）和tau蛋白病（p-tau181）的CSF生物标志物作为预测因子。
3. 结果
本研究共纳入200名接受记忆丧失和认知障碍诊断评估的个体。18名参与者被诊断为糖尿病（AD组13名，NAD组5名），根据当前诊断标准。考虑到糖尿病及其治疗对胰岛素抵抗指标的潜在影响，这些个体被排除在主要分析之外，以最小化混杂效应。
在剩余的参与者（n=182）中，平均年龄为67.69±8.21岁，102名（56.0%）为女性。在AD组（n=123）中，99名个体被分类为A+T+，24名为A+T−。根据疾病阶段进一步分类，包括主观认知下降（SCD，n=3）、轻度认知障碍（MCI，n=74）和痴呆（ADD，n=46）。NAD组包括59名具有不同诊断的参与者，如额颞叶痴呆、帕金森病相关认知障碍、路易体痴呆和血管性认知障碍及痴呆，包括SCD（n=3）、MCI（n=43）和痴呆（n=13）的受试者。
研究组的临床和生物标志物特征见表1。AD组的个体显著比NAD组年长（t=−4.07，p=0.002），并且女性比例更高（62% vs 44%；χ²=5.08，p=0.024）。如预期，淀粉样蛋白病、tau蛋白病和神经退行性变的CSF生物标志物在两组间有显著差异。HOMA、胰岛素、血糖、CSF葡萄糖或相关比率方面未发现显著的组间差异，表明胰岛素抵抗指标在AD个体和由非AD病因引起认知障碍的个体之间没有系统差异。调整年龄和性别后，这些发现保持不变（补充表1）。在协变量中，性别对血浆和CSF葡萄糖水平有独立影响（p=0.023和p=0.011），而年龄对任何参数均无显著影响。
HOMA与年龄无显著相关（r=−0.069，p=0.357），性别间也无显著差异（t=1.32，p=0.188）。
MCI因AD和AD痴呆组在年龄和性别分布上无显著差异，两组相当（t=0.98，p=0.33；χ²=0.76，p=0.38）。比较AD连续体不同阶段的HOMA-IR值时，AD痴呆患者表现出显著更高的HOMA水平（2.57±1.79）与MCI因AD患者（1.84±1.03，p=0.015，Cohen's d=0.49）相比，表明胰岛素抵抗与临床阶段相关。
关于胰岛素抵抗和CSF生物标志物之间的相关性，在HOMA与Aβ40（r=0.013，p=0.86）、Aβ42（r=0.015，p=0.85）、Aβ42/40（r=−0.025，p=0.73）、p-tau（r=0.083，p=0.27）和t-tau（r=0.086，p=0.25）之间未发现显著关联。在AD和NAD亚组内获得类似结果，在HOMA和CSF生物标志物之间无显著关联（补充表2，图1）。
另一方面，HOMA与MMSE评分显著负相关（r=−0.179，p=0.016），表明更高的胰岛素抵抗与更差的整体认知表现相关。为更好地理解这些发现，还检查了CSF生物标志物和MMSE之间的关联。在整个队列中，Aβ42值较低（r=0.329，p<0.001）和Aβ42/40比值（r=0.386，p<0.001），以及p-tau（r=−0.280，p<0.001）和t-tau（r=−0.282，p<0.001）浓度较高，均与较低的MMSE评分显著相关，而Aβ40单独与整体认知表现无关（r=0.024，p=0.752）。
此外，为调查AD病理是否介导胰岛素抵抗与认知之间的关联，测试了包括CSF Aβ42/40、p-tau和t-tau作为潜在中介的中介模型。与相关结果一致，HOMA与任何CSF生物标志物均无显著关联（Aβ42/40：路径（1）p=0.734；p-tau：p=0.268；t-tau：p=0.250），表明胰岛素抵抗对淀粉样蛋白或tau病理没有可测量的影响。相反，所有三种生物标志物均与认知表现显著相关（路径（2）；所有p≤0.001），并且在调整每个中介后，胰岛素抵抗仍与MMSE评分显著相关（路径（3）；Aβ42/40：p=0.014；p-tau：p=0.029；t-tau：p=0.030）。间接效应均不显著，bootstrap 95%置信区间包含Aβ42/40、p-tau和t-tau的零，表明胰岛素抵抗可能独立于CSF AD生物标志物与较差的整体认知相关。
子组分析显示，HOMA与认知表现之间的关联主要由AD组中的个体驱动。在NAD组中，HOMA与MMSE（r=−0.106，p=0.424）或其他神经心理学测量之间未发现显著相关。相反，在AD组中，通过HOMA指数测量的更高胰岛素抵抗与较低的MMSE评分（r=−0.200，p=0.027）以及数字广度正向（r=−0.251，p=0.006）、语音流畅性任务（r=−0.205，p=0.025）和类别流畅性任务（r=−0.203，p=0.027）等其他神经心理学测试表现较差相关。
为进一步探索AD组中胰岛素抵抗与认知障碍之间的关系，进行了多重线性回归分析，控制年龄、性别、教育程度、淀粉样蛋白病（Aβ42/40）和tau蛋白病（p-tau181）的CSF生物标志物，以确定HOMA是否能独立预测MMSE和其他神经心理学测试的认知表现，这些测试在单变量分析中显示出显著相关。在所有模型中，较高的HOMA指数值与较差的整体认知（MMSE，β=−0.22，p=0.015）、数字广度正向（β=−0.25，p=0.004）、语音流畅性（β=−0.19，p=0.032）和类别流畅性（β=−0.20，p=0.031）独立相关。教育程度和p-tau181也在某些测试中表现为认知表现的正向预测因子（补充表3）。总体而言，模型解释了认知表现12%至18%的方差，表明在AD连续体中，胰岛素抵抗与认知功能之间存在联系，独立于淀粉样蛋白和tau病理。HOMA指数与神经心理学评估之间的显著关联见图2。
4. 讨论
本研究的结果为胰岛素抵抗、AD病理生理学和认知衰退之间复杂相互作用提供了关键见解。虽然在被分类为AD连续体内的个体和由其他病因导致认知障碍的个体之间未观察到HOMA、胰岛素、血糖或CSF葡萄糖的显著差异，但出现了几个显著发现。尽管通过HOMA测量的胰岛素抵抗与CSF AD生物标志物无关联，但在AD连续体内的个体中，它与认知表现和疾病严重程度显著相关。
事实上，HOMA值与整体认知（通过MMSE测量）以及数字广度正向、语音流畅性和类别流畅性等特定领域神经心理学任务的表现更差相关。这些发现与先前将胰岛素抵抗与认知障碍（特别是在执行功能方面）联系起来的证据一致，在认知未受损人群中，以及血管性认知障碍个体中。类似关联也在其他神经系统疾病中得到证实，如多发性硬化症、HIV相关认知障碍和帕金森病。这些发现凸显了葡萄糖代谢对大脑功能的重要影响及其在不同条件下加速认知衰退的贡献。
胰岛素抵抗对神经系统的不利影响可能是通过多种机制介导的。葡萄糖代谢和胰岛素信号传导的扰动与内皮和血脑屏障完整性的破坏、动脉僵硬、血管收缩和血压升高相关，所有这些都促进血管损伤和混合血管-AD病理。此外，糖尿病也与总脑容量和区域脑容量减少以及随时间推移的更大脑萎缩相关，直接影响认知功能。在AD背景下，有人认为胰岛素可能发挥额外的疾病特异性影响，如直接促进Aβ积累、降低乙酰胆碱水平和促进tau磷酸化。然而，尽管神经病理学研究一致将葡萄糖代谢和胰岛素信号传导的改变与脑血管疾病标志物（如微梗死、腔隙或白质高信号）联系起来，但糖尿病和淀粉样蛋白或tau病理的神经病理学证据之间尚未得到支持。另一方面，流行病学研究的荟萃分析表明，糖尿病和前驱糖尿病是血管性痴呆风险更高的条件，与AD引起的痴呆相比，一些作者提出胰岛素抵抗和胰岛素样生长因子可能通过独立于AD病理的途径直接驱动神经退行性变。
总体而言，胰岛素抵抗似乎对大脑结构和功能产生广泛的不利影响，无论是否存在AD病理。这些影响似乎加速AD连续体内个体的认知障碍和临床进展，即使独立于与AD特异性途径的相互作用。
关于NAD组中胰岛素抵抗与认知之间缺乏显著关联，应谨慎解释这些发现。应承认，该组中的个体在临床上和生物学上是异质性的，包括具有不同潜在病理的患者，并且平均而言，其认知障碍比AD组轻。此外，NAD队列的相对较小样本量进一步限制了检测细微关联的统计能力。这些因素可能降低了检测胰岛素抵抗与认知表现之间一致关联的可能性。需要对NAD认知受损受试者进行更大规模和异质性队列的未来研究，以更好地阐明胰岛素抵抗在这些人群中的影响。
中介分析的结果，以及在我们的AD队列中HOMA与淀粉样蛋白病和tau蛋白病的CSF生物标志物之间缺乏统计学显著关联，进一步支持了胰岛素抵抗和AD病理通过在很大程度上独立的途径促进认知衰退的假设，对整体认知衰退有相加效应。此外，HOMA与评估情景记忆的神经心理学评估之间缺乏显著相关性——AD病理最显著影响的认知领域，也是与AD核心生物标志物值最相关的认知领域——可能为这种区分提供进一步证据。
如前所述，最近一项基于CSF和PET研究的荟萃分析，调查了葡萄糖代谢和AD生物标志物，表明在从认知未受损个体到SCD、MCI和痴呆的异质人群研究中，葡萄糖代谢受损和糖尿病的存在可能与更高的tau生物标志物相关，但与淀粉样β生物标志物无关（值得注意的是，所有发现与p-tau相关的研究，也发现了与不太特异于AD的t-tau的相关性）。然而，葡萄糖代谢和糖尿病与更高tau生物标志物的关联主要是在人群研究中描述的，而在记忆诊所队列中很少见。这种关联可能在非AD人群中更为突出，在这些人群中，tau积累受AD病理影响较小，可能部分反映继发于胰岛素抵抗和葡萄糖代谢受损的神经元损伤。
在AD连续体的背景下，可以合理地认为，由于CSF总tau和p-tau升高主要与淀粉样蛋白病理相关，胰岛素抵抗的贡献减少到统计上可忽略的水平。关于HOMA，先前研究已在认知未受损个体中识别出与CSF p-tau和t-tau的正相关关系，以及在患有髋部骨折的老年人中，但据我们所知，在AD人群中尚未报告此类关联，这与我们的发现一致。
尽管如此，需要进一步的纵向和机制研究来探索胰岛素抵抗和AD病理之间的潜在相互作用，包括共享或相互作用的下游机制对神经退行性和认知衰退的贡献。
尽管如此，不应忽视糖尿病作为痴呆的可调节风险因素的相关性，如肥胖、高胆固醇和其他代谢功能障碍。根据Lancet关于痴呆预防、干预和护理的最新报告，2.3%的痴呆诊断可能通过仅解决糖尿病而假定地预防。在新型AD疾病修饰治疗的时代，关注预防和调节脑胰岛素抵抗的新治疗方法并非次要重要。其中，鼻内胰岛素给药和GLP-1受体激动剂（GLP-1 RA）在临床前研究中显示出最有希望的结果。然而，关于鼻内胰岛素，由于缺乏临床成功和安全性问题，没有一种制剂获得AD治疗的监管批准。另一方面，2024年发表的一项系统综述得出结论，GLP-1 RA并未减少淀粉样蛋白和tau负担，也未改善认知结果，尽管需要更大样本量的进一步研究以得出更明确的结论。然而，即使是这些抗糖尿病治疗似乎并未专门针对AD核心神经病理机制，它们对神经退行性变、神经炎症和血管风险因素的潜在影响已被广泛讨论。几项研究和荟萃分析证明，使用常规药物治疗糖尿病的个体（特别是使用GLP-1 RA、钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂和二肽基肽酶4抑制剂）患痴呆的风险显著降低，这最近导致开发了两项安慰剂对照3期研究，以探索口服司美格鲁肽在早期AD个体中的功效。
虽然正在进行的和新的临床试验将继续提供关于如何解决脑胰岛素抵抗的宝贵见解，但生活方式方法仍然至关重要。例如，鉴于有证据表明体育活动可以直接调节胰岛素抵抗，运动计划——包括耐力和力量训练——已被证明可以减轻与糖尿病相关的痴呆/AD风险。从营养角度看，体重管理、热量限制、高纤维饮食和低血糖指数饮食是改善胰岛素敏感性的基石。
本研究有一些潜在的局限性值得注意。首先，尽管提供了可靠的结果，但样本量相对较小。非AD组内的临床和生物异质性——以及与AD组相比认知障碍较轻——可能部分解释了该亚组中HOMA与认知表现之间观察到的关联缺乏。此外，缺乏健康对照组限制了我们结果的普遍性。第二，横断面设计使我们无法评估胰岛素抵抗与CSF生物标志物之间的纵向相互作用；然而，纵向CSF研究受到伦理和实际考虑的限制。CSF AD生物标志物的高灵敏度、全自动血浆生物标志物检测的最新进展可能有助于未来的纵向调查，以评估胰岛素抵抗对认知衰退和AD生物标志物随时间轨迹的影响。第三，我们研究的核心测量是HOMA，它是外周胰岛素抵抗的可靠估计值，与脑胰岛素抵抗（BIR）密切相关，但不一定推断其存在。然而，BIR的直接测量，定义为脑中细胞对分泌胰岛素的反应不足，如fMRI、EEG或MEG，在临床环境中并不常用或易于复制。最后，潜在与胰岛素抵抗相关的共病（如脑血管疾病）在本研究中未系统评估，但在未来旨在澄清导致认知衰退的不同因素之间精确相互作用的研究中整合它们将是有用的。
总之，我们的发现强调了胰岛素抵抗在AD连续体内个体临床轨迹中的关键作用，强调了其与认知障碍和疾病严重程度的关联。尽管我们观察到HOMA与淀粉样蛋白病和tau蛋白病的经典CSF生物标志物之间没有相关性，但我们的结果表明，胰岛素抵抗通过在很大程度上独立于核心AD病理的机制加速认知衰退。未来需要多中心和纵向研究，以进一步探索胰岛素抵抗对疾病进展的影响，并更好地理解其作为认知衰退治疗目标的潜力。
【全文结束】