糖尿病認知功能障礙海馬組織蛋白水平研究

王淑靜，趙健凱，張家寧，楊明艷，張文君， 孫薇薇，任 爽

(哈爾濱商業(yè)大學 藥學院，哈爾濱 150076)

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糖尿病認知功能障礙海馬組織蛋白水平研究

王淑靜，趙健凱，張家寧，楊明艷，張文君， 孫薇薇，任 爽

(哈爾濱商業(yè)大學 藥學院，哈爾濱 150076)

糖尿病患者常伴有思維、記憶等認知功能的障礙，而與記憶功能密切相關(guān)的海馬組織也會發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的病理性變化.海馬神經(jīng)元的生理狀態(tài)受到多條信號通路的調(diào)控，其損傷也影響信號通路中關(guān)鍵蛋白的表達水平.對于糖尿病患者，海馬組織中此類蛋白表達的異常程度，極大反映了患者認知功能發(fā)生障礙的可能性.就糖尿病認知功能障礙海馬組織中的上述關(guān)鍵蛋白展開討論，為糖尿病認知障礙尋找腦內(nèi)檢測標志物奠定理論基礎(chǔ).

糖尿??；認知功能障礙；海馬組織；關(guān)鍵蛋白；腦內(nèi)檢測標志物

糖尿病(diabetes mellitus, DM)是一組以胰島素分泌缺陷或其生物作用受損或兩者兼有引起的高血糖為主要特征的代謝性疾病[1].隨著人口老齡化及生活質(zhì)量的提高，糖尿病的發(fā)病率也以驚人的速度逐漸上升[2].國際糖尿病聯(lián)盟(IDF)最新數(shù)據(jù)顯示，2015年全球糖尿病患者數(shù)量已經(jīng)超過了美國的人口總數(shù)，達到4.15億.預計到2040年，全球糖尿病患者數(shù)量將達到6.42億[3].研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)的高血糖可導致患者認知功能損害[4].但糖尿病致認知損害的發(fā)病過程隱秘，進一步發(fā)展就會形成癡呆.糖尿病患者發(fā)生輕度認知功能障礙的概率與非糖尿病患者相比增加1.5倍，發(fā)生癡呆的風險甚至高于正常人3倍[5].糖尿病認知障礙的主要表現(xiàn)為學習能力下降、記憶功能減退、語言、理解、判斷等能力受影響，其中學習記憶障礙是糖尿病中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的主要表現(xiàn)[6].

海馬組織位于大腦的內(nèi)側(cè)顳葉部分，和機體學習記憶能力、情感調(diào)節(jié)具有密切聯(lián)系，是承載機體認知功能的重要物質(zhì)基礎(chǔ).海馬結(jié)構(gòu)和功能的異常會嚴重影響到糖尿病的認知功能[7].研究發(fā)現(xiàn)，海馬組織內(nèi)多種調(diào)節(jié)因素都會影響到海馬神經(jīng)元的可塑性，從而影響其生理活性，干預神經(jīng)元的生理過程[8-9].所以，要改善糖尿病的認知功能障礙，必須對海馬神經(jīng)元和其影響因素進行深入研究[10].

海馬神經(jīng)元的生理狀態(tài)受IGFIR、TRPC3等多條信號通路的調(diào)控，同時伴隨SIRT1、VEGF/NOS等多種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的干預.也有研究表明，糖尿病認知功能障礙發(fā)病原因可能是激活了海馬神經(jīng)元的凋亡體系，導致了其病理性損傷，從而影響了神經(jīng)元的正常生理活性[7].本文就糖尿病認知障礙中海馬組織內(nèi)相關(guān)的蛋白水平影響因素進行綜述.

1 IGF1R信號通路

在大腦中，胰島素樣生長因子1(IGF1)與胰島素具有結(jié)構(gòu)上的高度相似性，IGF1與胰島素樣生長因子1受體(IGF1R)特異性結(jié)合可以激活下游多條通路，協(xié)同平衡神經(jīng)細胞中葡萄糖水平及能量代謝水平.當神經(jīng)元中的IGF1與IGF1R結(jié)合發(fā)生障礙時，會導致部分IGF1發(fā)生丟失，從而增加了腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白(Aβ)的表達量，嚴重影響大腦的認知能力與長時記憶能力[11].謝晶等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病腦病認知功能障礙小鼠的海馬組織中，Grb10GYF相互作用蛋白2(GIGYF2)特異性結(jié)合了IGF1R信號通路上游的關(guān)鍵信號因子生長因子受體結(jié)合蛋白10(Grb10)的N末端功能區(qū)，從而負性調(diào)節(jié)了胰島素樣生長因子1(IGF1)和IGF1R的結(jié)合反應(yīng)，產(chǎn)生的級聯(lián)效應(yīng)導致PI3K和AKT等下游通路磷酸化水平明顯下降，損害了海馬內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)的信號傳導和能量代謝等生理功能.通過GIGYF2-mRNA海馬內(nèi)干預GIGYF表達發(fā)現(xiàn)，當GIGYF表達下降時，小鼠的認知功能有所改善，從而表明，GIGYF2表達水平可以負性反應(yīng)糖尿病小鼠的認知功能水平.

2 SIRT1調(diào)節(jié)系統(tǒng)

沉默調(diào)節(jié)蛋白1(SIRT1)是一種特異性乙?；福瑢AD+具有高度依賴性，可以動態(tài)感知細胞的能量代謝狀態(tài).SIRT1不僅可以維持細胞的的能量水平，而且還在細胞凋亡和外壓抵抗方面有明顯的作用.SIRT1通過對多種核轉(zhuǎn)錄因子進行去乙?；{(diào)控著細胞內(nèi)部多種應(yīng)激反應(yīng).許多研究表明，高糖環(huán)境誘發(fā)的氧化應(yīng)激功能障礙極大可能會導致神經(jīng)元的功能損害[13].在糖尿病腎病中SIRT1扮演著關(guān)鍵角色，通過調(diào)控過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子(PGC1-α)的多個賴氨酸結(jié)合位點來抵抗由于高糖環(huán)境帶來的能量堆積壓力.李斐[14]等研究發(fā)現(xiàn)，在Ⅱ型糖尿病認知障礙大鼠海馬組織中，SIRT1的表達量下降，導致其下游的PGC-1α表達量也明顯下降，抑制了活性氧(ROS)水平，導致ROS在線粒體中大量蓄積，破壞了線粒體的生物合成和能量代謝；通過中藥津力達顆粒藥物干預，提高了Ⅱ型糖尿病認知功能障礙大鼠海馬組織中PGC-1α mRNA及SIRT1的蛋白表達量，增強了超氧化物酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)的表達水平，避免了氧化應(yīng)激失衡，間接地保護了海馬神經(jīng)元的正常生理功能，抵制了糖尿病對大鼠認知功能的損害.

3 VEGF/NOS調(diào)節(jié)系統(tǒng)

血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)具有明顯的刺激血管生成作用.在大腦中，新生的血管保護著神經(jīng)細胞.一旦內(nèi)皮受到損傷，會嚴重影響血管活性與微環(huán)境狀態(tài)，加重組織和器官的缺血缺氧損害[15].NO在糖尿病并發(fā)癥中扮演著重要角色.研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者早期體內(nèi)血漿中NO的含量雖然有所增高，但隨著病情的發(fā)展，NO發(fā)生持續(xù)下降，血管病變發(fā)生幾率大幅增加.一氧化碳合酶(NOS)影響著體內(nèi)NO的生成并調(diào)控其生物活性水平，參與著神經(jīng)發(fā)育、信息傳遞等重要的生理活動[16].Koeopha T E等[17]研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)NO可以明顯增強VEGF啟動子的活性，提高VEGF的表達.而Kubo H[18]等也發(fā)現(xiàn)當VEGF高表達時，與內(nèi)皮表面受體結(jié)合可以間接地上調(diào)NOS的表達水平，提高NO的生成量.可以看出VEGF和NOS存在著密切的關(guān)聯(lián)性.這種良性循環(huán)，共同調(diào)節(jié)著體內(nèi)血管的生理狀態(tài).高潔等[19]研究推測，VEGF/NOS調(diào)節(jié)系統(tǒng)在糖尿病認知障礙病理發(fā)展過程中具有重要作用：大腦內(nèi)部VEGF的含量增高，對海馬組織啟動保護機制；NOS的表達量明顯上升，參與了修復海馬組織的微血管病變和改善神經(jīng)元的功能紊亂.

4 TRPC3信號通路

瞬時受體電位C型離子通道(TRPC)廣泛存在于海馬的神經(jīng)元中，包含眾多的信息傳遞因子.其中的TRPC3亞型在大腦中表達最為廣泛.TRPC3活化后可以激活下游多種信號通路產(chǎn)生生物學效應(yīng)，多方面地調(diào)控海馬神經(jīng)元的生理功能.當其表達異常時，嚴重影響到腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)在大腦內(nèi)的表達水平，阻礙了BDNF對神經(jīng)元的可塑性調(diào)節(jié)和分化，破壞了BDNF的神經(jīng)保護作用；而且，TRPC3通路直接干預Ca2+平衡，調(diào)控Ca2+內(nèi)流的同時保證了神經(jīng)元的正常生理功能，預防了神經(jīng)性疾病的發(fā)生.藺婕[20]等研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠海馬神經(jīng)元受損的情況下，TRPC3的表達水平明顯下降，導致海馬組織中丙二醛MDA的表達上升，超氧化物歧化酶SOD表達下降，組織發(fā)生過氧化損傷；同時，誘導產(chǎn)生了腫瘤壞死因子(TNF-α)等大量炎癥因子并增高了核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的表達，進而激活了IKK/NF-κB信號通路，抑制了PI3K和AKT的磷酸化，從而影響了細胞凋亡因子Caspase-9的活性，誘發(fā)海馬神經(jīng)元的凋亡.

5 IKK/NF-κB信號通路

IKK/NF-κB信號通路存在于所有細胞當中，調(diào)控著諸多炎癥因子的產(chǎn)生和活性.IKK驅(qū)使IKB發(fā)生泛素化，使其降解的NF-κB大量游離于胞漿內(nèi).當游離的NF-κB到達細胞核內(nèi)時，與相應(yīng)的DNA特異性位點結(jié)合，啟動轉(zhuǎn)錄程序，生成白介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子(TNF-α)等多種細胞炎癥因子.很多國內(nèi)外專家認為，糖尿病其實也是一種慢反應(yīng)、低水平的炎癥疾病.在糖尿病患者體內(nèi)，當炎癥因子發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)時，IKK上游激酶被激活，刺激IKK發(fā)生活化，此時胰島素受體(IR)和胰島素底物受體(IRS)結(jié)合發(fā)生絲氨酸磷酸化(AKT)，最終改變PI3K等關(guān)鍵蛋白的表達，使胰島素信號通路發(fā)生阻斷，產(chǎn)生胰島素抵抗[21].研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠海馬神經(jīng)細胞中，NF-κB的表達明顯增加[22].當應(yīng)用藥物干預抑制NF-κB信號因子表達時，海馬組織中IL-6和TNF-α的表達明顯下降，老年糖尿病大鼠的認知障礙得到改善[23].

6 凋亡通路信號因子

細胞凋亡是自主的程序性死亡.凋亡信號經(jīng)整合轉(zhuǎn)導至凋亡核心蛋白群Caspase家族，Caspase活化后啟動凋亡產(chǎn)生，同時凋亡相關(guān)蛋白群Bcl家族調(diào)控著Caspase的活化水平.當細胞的凋亡發(fā)生病理性失衡時，常常會誘發(fā)各類疾病的產(chǎn)生.而神經(jīng)元的凋亡直接影響了神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞，導致自身信號傳導和能量代謝方面的功能障礙.海馬神經(jīng)元異常變化與Caspase家族和Bcl家族存在密切的關(guān)系[24].糖尿病認知障礙大鼠的海馬組織中，凋亡蛋白Caspase12的表達量明顯升高[25]；當增加海馬神經(jīng)元Bcl-2陽性表達，降低Bax陽性表達時，海馬神經(jīng)元退行性變化有所改善[26].鄭東等[27]研究也發(fā)現(xiàn)，減少凋亡核心蛋白Caspase-3的表達；升高凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2和Bax的比值，可以明顯地拮抗大鼠海馬神經(jīng)元的病理形態(tài)改變.所以，抑制海馬神經(jīng)元相關(guān)凋亡蛋白的表達，也可以有效地控制糖尿病認知障礙發(fā)病程度，也為糖尿病認知障礙疾病提供一種新的治療方向.

7 結(jié) 語

綜上所述， 糖尿病對認知障礙的影響受到海馬組織中IGF1R信號通路、TRPC3信號通路、SIRT1調(diào)節(jié)系統(tǒng)、VEGF/NOS調(diào)節(jié)系統(tǒng)和NF-κB信號因子等相關(guān)蛋白水平因素的調(diào)控.對上述相關(guān)因素的研究，可以多方面地監(jiān)控和預防糖尿病認知障礙的產(chǎn)生和發(fā)展；與之相關(guān)的諸多信號因子也可能成為糖尿病認知障礙的腦內(nèi)標志物.

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Research advances of protein level in hippocampus to diabetic cognitive dysfunction

WANG Shu-jing, ZHAO Jian-kai,ZHANG Jia-ning, YANG Ming-yan, ZHANG Wen-jun, SUN Wei-wei, REN Shuang

(School of Pharmaceutical, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

Diabetes often comes along with thinking, memory and other cognitive dysfunction, as well as pathological changes in structure and function of hippocampal tissue, a brain area closely related to memory. The physiological state of the hippocampal neurons was regulated by many signaling pathways. Damage in these neurons also affects the expression of key proteins in the signaling pathway. Abnormal expression of these proteins in hippocampal tissue may notly indicate the cognitive dysfunction in diabetic patients. This paper discussed key proteins related to cognitive dysfunction in diabetes, thus to lay theoretical foundation for diabetic cognitive impairment detection with brain markers.

diabetes; cognitive dysfunction; hippocampal tissue; key proteins; brain markers

2016-12-10.

哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項基金資助(2016RQQXJ095)；2016年哈爾濱商業(yè)大學研究團隊支持項目(2016TD009)

王淑靜(1972-)，女，教授，碩士生導師，研究方向：藥理學.

R285

A

1672-0946(2017)03-0264-04