关键词:
认知障碍
氧化应激
超微结构
Smad
认知功能障碍
海马组织
星形胶质细胞
TGFβ/Smad信号途径
糖基化终末产物
糖基化终末产物受体
星形胶质细胞
β-淀粉样蛋白前体蛋白
摘要:
糖尿病(diabetes mellitus, DM)是一种常见的代谢性疾病,常伴发严重的微血管并发症,如肾衰竭、视网膜病变、周围神经病变等。近些年研究表明高血糖可以累及中枢神经系统,称为“糖尿病脑病”,其通常表现为认知功能的障碍和神经电生理的异常,同时伴有神经生化、神经结构和脑的退行性改变。目前,研究发现控制欠佳的糖尿病可以增加血管性痴呆和阿尔茨海默病的发病风险,导致学习和记忆障碍。但由于诊断DE仍缺乏明确的标准,因此很难被确诊,而“糖尿病性认知障碍”更容易被接受,对其病理生理机制的深入研究,已成为糖尿病并发症领域的研究热点之一。
Smad蛋白家族是TGF-β超家族细胞内信号转导过程中极其重要的介导分子,主要介导TGF-β1的生物学信息。Smad蛋白家族分为3个不同的亚族:受体调节型Smad蛋白(R-Smads,包括Smad2和Smad3)、共调节型Smad蛋白(Co-Smads,包括Smad4)和抑制性蛋白(I-Smads,包括Smad6和Smad7)。Smad2/3磷酸化与Smad4形成异聚复合体,将信号从胞浆转移到细胞核中,与其它转录协同因子和抑制因子共同调节下游靶基因的转录。TGF-β1/Smad通路参与胚胎发育、间质纤维化、肿瘤发生发展和炎症修复反应等诸多生物学过程,该通路的异常激活与诸多糖尿病相关并发症的病因密切相关,且此通路在β-淀粉样前体蛋白(β-amyloid precursor protein, APP)和β-淀粉样蛋白(β-amyloid, Aβ)的转录调控中具有重要作用。因此,探讨TGF-β1/Smad2/3通路调控星形胶质细胞的生物学行为并促进糖尿病认知功能障碍的发生发展,有助于阐明其病理生理机理,并为临床上寻找新的治疗靶标提供坚实的理论依据。
本研究拟通过观察糖尿病大鼠的认知功能状态及Smad蛋白在糖尿病大鼠海马组织星形胶质细胞中的确切表达情况,并通过AGEs干预原代培养大鼠星形胶质细胞,进一步研究TGF-β1/Smad2/3通路在糖尿病性认知功能障碍发生发展过程中的功能角色,探讨其可能的病理生理机制。实验共分为三个部分:第一部分,观察糖尿病大鼠认知功能状态以及海马组织的超微结构;第二部分,观察pSmad2、pSmad3在糖尿病认知功能障碍大鼠海马组织星形胶质细胞中的表达水平以及GFAP、TGF-β1等的表达水平;第三部分,通过AGEs干预原代培养大鼠星形胶质细胞,不同时间点、不同浓度观察pSmad2、pSmad3、TGF-β1及目标蛋白APP、Aβ的表达水平,应用通路抑制剂干预,观察pSmad2和APP蛋白的表达水平。
第一部分糖尿病大鼠的认知功能状态及组织病理结构的观察
目的:研究糖尿病大鼠发病早期的认知功能状态和氧化应激相关酶类的活性水平,观察海马组织的病理变化。
方法:通过腹腔注射STZ(60mg·kg-1)制作糖尿病大鼠模型,72h后测定尾静脉末梢血糖≥16.7mmol·L-1为诱导糖尿病模型成功。将造模成功的大鼠随机分成4周DM和8周DM,正常对照组随机分成4周CON和8周CON,各组大鼠10只。于糖尿病发病8周时,利用Morris水迷宫实验检测其学习和记忆能力。实验连续5天,每天训练1次,每次将大鼠面向池壁从不同的四个方向作为入水点,观察并记录大鼠寻找并爬上平台所需的时间(逃避潜伏期)及距离。第5天实验结束后撤除平台,进行探索实验检测大鼠对原平台的记忆,测量其在60s内跨过原平台所在象限的时间占总时间的比例(Platform%)。Morris水迷宫实验结束后,腹主动脉采血,断头取脑,迅速留取双侧海马组织,测定大鼠血浆及海马组织中SOD、GSH-Px活性和MDA含量水平,并应用HE染色光镜和透射电镜观察海马组织结构的病理变化。
结果:在Morris水迷宫实验中,糖尿病大鼠在发病8周时出现认知功能障碍,逃避潜伏期(P<0.01)、游出距离显著大于CON(P<0.01),探索实验中Platform%显著低于CON(P<0.01)。DM大鼠血浆SOD(108.64±25.20 vs.209.10±28.06,P<0.01)、GSH-Px(280.69±33.64 vs.395.29±52.56,P<0.01)活性明显下降,与CON相比差异显著。而MDA水平较CON显著升高(7.21±1.33 vs.3.22±0.78,P<0.01)。海马组织SOD(10.85±2.11 Vs.20.05±4.17,P<0.01)、GSH-Px(19.85±3.96 vs.29.00±4.26,P<0.01)活性明显下降,MDA水平显著升高(5.08±0.78 vs.2.7±1.04,P<0.01),与CON相比差异显著。透射电镜观察下,CON大鼠海马