糖尿病认知功能障碍海马组织蛋白水平研究

王淑静，赵健凯，张家宁，杨明艳，张文君， 孙薇薇，任 爽

(哈尔滨商业大学 药学院，哈尔滨 150076)



糖尿病认知功能障碍海马组织蛋白水平研究

王淑静，赵健凯，张家宁，杨明艳，张文君， 孙薇薇，任 爽

(哈尔滨商业大学 药学院，哈尔滨 150076)

糖尿病患者常伴有思维、记忆等认知功能的障碍，而与记忆功能密切相关的海马组织也会发生结构和功能的病理性变化.海马神经元的生理状态受到多条信号通路的调控，其损伤也影响信号通路中关键蛋白的表达水平.对于糖尿病患者，海马组织中此类蛋白表达的异常程度，极大反映了患者认知功能发生障碍的可能性.就糖尿病认知功能障碍海马组织中的上述关键蛋白展开讨论，为糖尿病认知障碍寻找脑内检测标志物奠定理论基础.

糖尿病；认知功能障碍；海马组织；关键蛋白；脑内检测标志物

糖尿病(diabetes mellitus, DM)是一组以胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损或两者兼有引起的高血糖为主要特征的代谢性疾病[1].随着人口老龄化及生活质量的提高，糖尿病的发病率也以惊人的速度逐渐上升[2].国际糖尿病联盟(IDF)最新数据显示，2015年全球糖尿病患者数量已经超过了美国的人口总数，达到4.15亿.预计到2040年，全球糖尿病患者数量将达到6.42亿[3].研究发现，持续的高血糖可导致患者认知功能损害[4].但糖尿病致认知损害的发病过程隐秘，进一步发展就会形成痴呆.糖尿病患者发生轻度认知功能障碍的概率与非糖尿病患者相比增加1.5倍，发生痴呆的风险甚至高于正常人3倍[5].糖尿病认知障碍的主要表现为学习能力下降、记忆功能减退、语言、理解、判断等能力受影响，其中学习记忆障碍是糖尿病中枢神经系统并发症的主要表现[6].

海马组织位于大脑的内侧颞叶部分，和机体学习记忆能力、情感调节具有密切联系，是承载机体认知功能的重要物质基础.海马结构和功能的异常会严重影响到糖尿病的认知功能[7].研究发现，海马组织内多种调节因素都会影响到海马神经元的可塑性，从而影响其生理活性，干预神经元的生理过程[8-9].所以，要改善糖尿病的认知功能障碍，必须对海马神经元和其影响因素进行深入研究[10].

海马神经元的生理状态受IGFIR、TRPC3等多条信号通路的调控，同时伴随SIRT1、VEGF/NOS等多种调节系统的干预.也有研究表明，糖尿病认知功能障碍发病原因可能是激活了海马神经元的凋亡体系，导致了其病理性损伤，从而影响了神经元的正常生理活性[7].本文就糖尿病认知障碍中海马组织内相关的蛋白水平影响因素进行综述.

1 IGF1R信号通路

在大脑中，胰岛素样生长因子1(IGF1)与胰岛素具有结构上的高度相似性，IGF1与胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)特异性结合可以激活下游多条通路，协同平衡神经细胞中葡萄糖水平及能量代谢水平.当神经元中的IGF1与IGF1R结合发生障碍时，会导致部分IGF1发生丢失，从而增加了脑内β-淀粉样蛋白(Aβ)的表达量，严重影响大脑的认知能力与长时记忆能力[11].谢晶等[12]研究发现，在糖尿病脑病认知功能障碍小鼠的海马组织中，Grb10GYF相互作用蛋白2(GIGYF2)特异性结合了IGF1R信号通路上游的关键信号因子生长因子受体结合蛋白10(Grb10)的N末端功能区，从而负性调节了胰岛素样生长因子1(IGF1)和IGF1R的结合反应，产生的级联效应导致PI3K和AKT等下游通路磷酸化水平明显下降，损害了海马内神经系统的信号传导和能量代谢等生理功能.通过GIGYF2-mRNA海马内干预GIGYF表达发现，当GIGYF表达下降时，小鼠的认知功能有所改善，从而表明，GIGYF2表达水平可以负性反应糖尿病小鼠的认知功能水平.

2 SIRT1调节系统

沉默调节蛋白1(SIRT1)是一种特异性乙酰化酶，对NAD+具有高度依赖性，可以动态感知细胞的能量代谢状态.SIRT1不仅可以维持细胞的的能量水平，而且还在细胞凋亡和外压抵抗方面有明显的作用.SIRT1通过对多种核转录因子进行去乙酰化，调控着细胞内部多种应激反应.许多研究表明，高糖环境诱发的氧化应激功能障碍极大可能会导致神经元的功能损害[13].在糖尿病肾病中SIRT1扮演着关键角色，通过调控过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子(PGC1-α)的多个赖氨酸结合位点来抵抗由于高糖环境带来的能量堆积压力.李斐[14]等研究发现，在Ⅱ型糖尿病认知障碍大鼠海马组织中，SIRT1的表达量下降，导致其下游的PGC-1α表达量也明显下降，抑制了活性氧(ROS)水平，导致ROS在线粒体中大量蓄积，破坏了线粒体的生物合成和能量代谢；通过中药津力达颗粒药物干预，提高了Ⅱ型糖尿病认知功能障碍大鼠海马组织中PGC-1α mRNA及SIRT1的蛋白表达量，增强了超氧化物酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)的表达水平，避免了氧化应激失衡，间接地保护了海马神经元的正常生理功能，抵制了糖尿病对大鼠认知功能的损害.

3 VEGF/NOS调节系统

血管内皮生长因子(VEGF)具有明显的刺激血管生成作用.在大脑中，新生的血管保护着神经细胞.一旦内皮受到损伤，会严重影响血管活性与微环境状态，加重组织和器官的缺血缺氧损害[15].NO在糖尿病并发症中扮演着重要角色.研究发现，糖尿病患者早期体内血浆中NO的含量虽然有所增高，但随着病情的发展，NO发生持续下降，血管病变发生几率大幅增加.一氧化碳合酶(NOS)影响着体内NO的生成并调控其生物活性水平，参与着神经发育、信息传递等重要的生理活动[16].Koeopha T E等[17]研究发现体内NO可以明显增强VEGF启动子的活性，提高VEGF的表达.而Kubo H[18]等也发现当VEGF高表达时，与内皮表面受体结合可以间接地上调NOS的表达水平，提高NO的生成量.可以看出VEGF和NOS存在着密切的关联性.这种良性循环，共同调节着体内血管的生理状态.高洁等[19]研究推测，VEGF/NOS调节系统在糖尿病认知障碍病理发展过程中具有重要作用：大脑内部VEGF的含量增高，对海马组织启动保护机制；NOS的表达量明显上升，参与了修复海马组织的微血管病变和改善神经元的功能紊乱.

4 TRPC3信号通路

瞬时受体电位C型离子通道(TRPC)广泛存在于海马的神经元中，包含众多的信息传递因子.其中的TRPC3亚型在大脑中表达最为广泛.TRPC3活化后可以激活下游多种信号通路产生生物学效应，多方面地调控海马神经元的生理功能.当其表达异常时，严重影响到脑源性神经营养因子(BDNF)在大脑内的表达水平，阻碍了BDNF对神经元的可塑性调节和分化，破坏了BDNF的神经保护作用；而且，TRPC3通路直接干预Ca2+平衡，调控Ca2+内流的同时保证了神经元的正常生理功能，预防了神经性疾病的发生.蔺婕[20]等研究发现，在糖尿病大鼠海马神经元受损的情况下，TRPC3的表达水平明显下降，导致海马组织中丙二醛MDA的表达上升，超氧化物歧化酶SOD表达下降，组织发生过氧化损伤；同时，诱导产生了肿瘤坏死因子(TNF-α)等大量炎症因子并增高了核转录因子NF-κB的表达，进而激活了IKK/NF-κB信号通路，抑制了PI3K和AKT的磷酸化，从而影响了细胞凋亡因子Caspase-9的活性，诱发海马神经元的凋亡.

5 IKK/NF-κB信号通路

IKK/NF-κB信号通路存在于所有细胞当中，调控着诸多炎症因子的产生和活性.IKK驱使IKB发生泛素化，使其降解的NF-κB大量游离于胞浆内.当游离的NF-κB到达细胞核内时，与相应的DNA特异性位点结合，启动转录程序，生成白介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子(TNF-α)等多种细胞炎症因子.很多国内外专家认为，糖尿病其实也是一种慢反应、低水平的炎症疾病.在糖尿病患者体内，当炎症因子发生氧化应激反应时，IKK上游激酶被激活，刺激IKK发生活化，此时胰岛素受体(IR)和胰岛素底物受体(IRS)结合发生丝氨酸磷酸化(AKT)，最终改变PI3K等关键蛋白的表达，使胰岛素信号通路发生阻断，产生胰岛素抵抗[21].研究发现，在糖尿病大鼠海马神经细胞中，NF-κB的表达明显增加[22].当应用药物干预抑制NF-κB信号因子表达时，海马组织中IL-6和TNF-α的表达明显下降，老年糖尿病大鼠的认知障碍得到改善[23].

6 凋亡通路信号因子

细胞凋亡是自主的程序性死亡.凋亡信号经整合转导至凋亡核心蛋白群Caspase家族，Caspase活化后启动凋亡产生，同时凋亡相关蛋白群Bcl家族调控着Caspase的活化水平.当细胞的凋亡发生病理性失衡时，常常会诱发各类疾病的产生.而神经元的凋亡直接影响了神经递质的传递，导致自身信号传导和能量代谢方面的功能障碍.海马神经元异常变化与Caspase家族和Bcl家族存在密切的关系[24].糖尿病认知障碍大鼠的海马组织中，凋亡蛋白Caspase12的表达量明显升高[25]；当增加海马神经元Bcl-2阳性表达，降低Bax阳性表达时，海马神经元退行性变化有所改善[26].郑东等[27]研究也发现，减少凋亡核心蛋白Caspase-3的表达；升高凋亡相关蛋白Bcl-2和Bax的比值，可以明显地拮抗大鼠海马神经元的病理形态改变.所以，抑制海马神经元相关凋亡蛋白的表达，也可以有效地控制糖尿病认知障碍发病程度，也为糖尿病认知障碍疾病提供一种新的治疗方向.

7 结 语

综上所述， 糖尿病对认知障碍的影响受到海马组织中IGF1R信号通路、TRPC3信号通路、SIRT1调节系统、VEGF/NOS调节系统和NF-κB信号因子等相关蛋白水平因素的调控.对上述相关因素的研究，可以多方面地监控和预防糖尿病认知障碍的产生和发展；与之相关的诸多信号因子也可能成为糖尿病认知障碍的脑内标志物.

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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.

哈尔滨市科技创新人才研究专项基金资助(2016RQQXJ095)；2016年哈尔滨商业大学研究团队支持项目(2016TD009)

王淑静(1972-)，女，教授，硕士生导师，研究方向：药理学.

R285

A

1672-0946(2017)03-0264-04