發(fā)布時間：2017-11-26 15:07

  本文關(guān)鍵詞：糖原合成酶激酶-3β在阿爾茨海默病及2型糖尿病發(fā)病中的作用

  更多相關(guān)文章： 鎂 糖原合成酶激酶-3β tau磷酸化 阿爾茨海默病 血小板 糖原合成酶激酶-3β 輕度認知功能障礙 阿爾茨海默病 2型糖尿病

【摘要】：阿爾茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一種以漸進性認知功能障礙和記憶能力損害為主要表現(xiàn),與年齡密切相關(guān)的常見中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。2型糖尿病(Type2diabetes mellitus,T2DM)是一組以高血糖和高胰島素血癥為主要特征,與胰島素抵抗相關(guān)的常見內(nèi)分泌代謝性疾病。研究證實,T2DM是AD的獨立危險因素,而AD被稱為“3型糖尿病”。隨著我國人口老齡化進程的加劇,T2DM及糖尿病相關(guān)AD的發(fā)病率將會迅速增長,T2DM和AD已經(jīng)成為中國社會面臨的嚴峻人口健康問題。 AD主要病理學特征是神經(jīng)細胞外β-淀粉樣蛋白(β-amyloid,Aβ)沉積所導致的老年斑(Senile plaques,SP)和神經(jīng)細胞內(nèi)tau蛋白過度磷酸化所導致的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(Neurofibrillary tangles,NFTs)。T2DM和AD存在很多的共同特征,如年齡相關(guān)病程,高膽固醇水平,能量代謝障礙,Aβ蛋白沉積,tau蛋白磷酸化,糖原合成酶激酶-3β(Glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)蛋白活性增高,胰島素抵抗以及氧化應(yīng)激反應(yīng)等。在AD病理情況下,tau蛋白過度磷酸化與蛋白激酶(Protein kinases,PK)和蛋白磷酸酯酶(Protein phosphatases,PP)的調(diào)節(jié)失衡密切相關(guān),其中最重要的激酶是GSK-3p和酯酶是蛋白磷酸酯酶2A(Protein phosphatase2A,PP2A)。大量的研究事實表明,GSK-3β是T2DM和AD的共同激酶,一個在外周組織激活,一個在腦組織激活,但GSK-3β蛋白在T2DM并發(fā)AD中的作用及其上下游機制尚未闡明。 鎂離子是人體必需的礦物質(zhì)元素之一,參與了細胞多種重要的代謝活動,如糖酵解、氧化磷酸化、細胞呼吸、蛋白質(zhì)合成等生理過程。已有研究表明,很多T2DM患者均存在低鎂血癥,并且鎂缺乏被認為是T2DM很重要的發(fā)病因素之一。大量研究證實,AD患者存在血液和腦區(qū)鎂含量的明顯下降。鎂缺乏,特別是海馬腦組織鎂的降低,是AD發(fā)病的重要因素之一。飲食中鎂含量降低會導致認知記憶能力的下降,而在癡呆病人飲食中增加鎂的攝入則能夠有效改善認知功能。因此,鎂與AD和T2DM的共同病理機制密切相關(guān)。但到到目前為止,鎂離子和GSK-3β蛋白活性對糖尿病相關(guān)AD的影響及其機制尚不清楚。 在動物實驗中,我們重點研究了鎂對散發(fā)型AD(Sporadic AD, SAD)模型大鼠認知功能和GSK-3p蛋白、磷酸化tau蛋白(p-tau)的影響及其作用機制。在臨床實驗中,我們主要探討了2型糖尿病并發(fā)輕度認知功能障礙(Mild cognitive impairment, MCI)的影響因素和血小板GSK-3p活性的變化及其臨床意義。主要研究結(jié)果如下： 第一部分 鎂對散發(fā)型AD模型大鼠學習記憶及GSK-3p和p-tau的影響 臨床研究發(fā)現(xiàn),阿爾茨海默病(AD)和2型糖尿病(T2DM)患者均存在低鎂血癥,而增加癡呆病人飲食中鎂的攝入能夠有效改善認知功能。動物實驗也證實,鎂能調(diào)控NMDAR信號通路,減輕突觸的損傷,并且能逆轉(zhuǎn)老年大鼠和AD模型大鼠的認知功能障礙。細胞實驗亦顯示,鎂離子能調(diào)控AβPP的病理過程,在細胞外高鎂時,AβPP能增強α-分泌酶裂解途徑,從而減少Ap的生成。因此,鎂離子與AD和糖尿病的共同病理生理機制密切相關(guān)。GSK-3β在AD患者腦內(nèi)激活,在T2DM患者外周組織激活,因此GSK-3β是T2DM與AD的共同激酶。但鎂離子和GSK-3β蛋白活性在糖尿病相關(guān)AD中的作用及其機制尚不清楚。 [目的]闡明鎂是否通過調(diào)節(jié)GSK-3β活性減輕tau蛋白過度磷酸化并改善散發(fā)型AD模型大鼠的認知障礙,同時進一步探討調(diào)控GSK-3β活性的作用機制。 [方法]實驗中采用雄性SD大鼠,側(cè)腦室定位注射(ICV,3mg/kg) STZ方法建立SAD模型,同時給予腹腔注射硫酸鎂方式進行干預(yù)。大鼠隨機分成了以下6組(每組12只)：假手術(shù)組(Con)、鎂對照組(100mg/kg,Mg)、側(cè)腦室注射STZ造模組(STZ)、STZ造模+50mg/kg鎂干預(yù)組(STZ+Mg50)、STZ造模+100mg/kg鎂干預(yù)組(STZ+Mg100)和STZ造模+200mg/kg鎂干預(yù)組(STZ+Mg200).3周后利用Morris水迷宮檢測大鼠學習記憶能力的變化；應(yīng)用原子火焰法檢測大鼠腦內(nèi)皮層和海馬的鎂離子含量；采用長時程增強(Long-term potentiation,LTP)、高爾基染色(Golgi staining)以及突觸相關(guān)蛋白檢測分析其突觸結(jié)構(gòu)和功能損傷情況；使用免疫組化和免疫印跡方法檢測海馬GSK-3β蛋白表達、tau蛋白磷酸化水平以及磷脂酞肌醇3-激酶/蛋白激酶B(Phoshoinositide3-kinase/Protein kinase B, PI3K/Akt)通路信號分子的變化；利用免疫印跡和實時熒光定量PCR技術(shù)檢測海馬胰島素(Insulin, INS) mRNA、胰島素受體(Insulin receptor, INSR)蛋白和mRNA水平的改變。 [結(jié)果]硫酸鎂腹腔注射干預(yù)可以提高腦組織皮層和海馬的鎂離子水平,并且能有效減輕ICV-STZ導致的大鼠認知功能障礙。100mg/kg硫酸鎂干預(yù)可以抑制ICV-STZ導致的LTP下降,增加海馬CA1區(qū)神經(jīng)元樹突棘密度和蘑菇型樹突棘數(shù)量,并且能逆轉(zhuǎn)大部分突觸相關(guān)蛋白的下降。硫酸鎂干預(yù)后,ICV-STZ大鼠海馬中Thr205、 Thr231、Ser396、Ser214和Ser404位點的磷酸化水平下降,可以增強GSK-3β磷酸化Ser9位點蛋白的表達,從而抑制GSK-3β蛋白的活性。同時,硫酸鎂干預(yù)能夠有效抑制ICV-STZ組大鼠海馬中胰島素INS的mRNA、胰島素受體INSR蛋白和mRNA水平的下降,并且激活了相應(yīng)的PI3K/Akt信號通路。 [結(jié)論]同時給予鎂干預(yù),可以提高腦組織鎂離子水平,逆轉(zhuǎn)長時程增強(LTP)的損傷,維持突觸結(jié)構(gòu)的復雜性,并通過改善胰島素敏感性、調(diào)節(jié)PI3K/Akt/GSK-3β信號通路減輕tau蛋白的磷酸化,從而保護ICV-STZ導致的認知功能下降。因此,早期鎂治療可能預(yù)防AD的發(fā)生和延緩AD的病理進程。 第二部分 2型糖尿病合并輕度認知功能障礙的影響因素分析及血小板GSK-3β活性變化的臨床意義 阿爾茨海默病(AD)是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,目前對AD尚缺乏有效的治療措施。AD從早期病理改變到出現(xiàn)臨床癥狀的疾病進程相對較長,因此,早期發(fā)現(xiàn)和干預(yù)可能延緩或阻止AD的發(fā)生和發(fā)展。散發(fā)性AD約占總AD發(fā)病的99%,其起病隱匿,早期無明顯臨床癥狀,早期診斷較為困難。流行病學資料顯示,T2DM是誘發(fā)和加重AD的獨立危險因素,T2DM患者的輕度認知功能障礙(MCI)向AD轉(zhuǎn)化率是健康者人群的3倍。目前,能夠用于早期診斷或預(yù)測T2DM向AD轉(zhuǎn)化的臨床指標尚不清楚。嗅覺功能的改變在AD疾病早期即可出現(xiàn),GSK-3p蛋白是T2DM和AD的共同激酶,載脂蛋白Eε4(Apolipoprotein E ε4, ApoE ε4)是AD的一個主要遺傳風險因子。因此,本論文對T2DM患者認知功能障礙與嗅覺功能、GSK-3p蛋白活性和ApoE基因多態(tài)性之間的關(guān)系進行了研究和分析。 [目的]探討T2DM并發(fā)MCI的影響因素,并重點評估其血小板GSK-3β活性的變化及其臨床意義。 [方法]研究對象為206例T2DM患者,共分為2組：2型糖尿病無輕度認知功能障礙組(T2DM-nMCI)137例,2型糖尿病合并輕度認知功能障礙組(T2DM-MCI)69例。所有被試均完成了神經(jīng)心理學測試(簡易智能狀態(tài)檢查量表、臨床癡呆量表等)和嗅覺閾值評定(改良康涅狄格州化學感覺臨床研究中心CCCRC法)。次日晨起抽血行常規(guī)指標檢查,包括空腹血糖、餐后血糖、血清胰島素、糖化血紅蛋白(Hemoglobin Alc, HbAlc)和血鎂等。利用酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)的方法檢測部分病例的血漿晚期糖基化終末產(chǎn)物(Advanced glycation end products, AGEs)、GSK-3β水平,采用免疫印跡(Western blot)和酶活性試劑盒測定部分病例血小板GSK-3β酶活性。應(yīng)用蛋白斑點雜交(Dot blot)方法測定所有病例血小板總GSK-3β和Ser9-GSK-3β蛋白的表達水平,并以Ser9-GSK-3β和GSK-3β比值反映GSK-3β的活性。所有病例利用白細胞提取DNA,采用擴增抗拒突變系統(tǒng)(Amplification refractory mutation system,ARMS)進行ApoE基因多態(tài)性的檢測和分析。 [結(jié)果]2型糖尿病合并輕度認知功能障礙組(T2DM-MCI)的MMSE評分、嗅覺閾值評分低于2型糖尿病無輕度認知功能障礙組(T2DM-nMCI),但其糖化血紅蛋白高于T2DM-nMCI組。T2DM-MCI組ε4比例要高于T2DM-nMCI組,而ε3型要低于T2DM-nMCI組。T2DM-MCI組血漿AGEs、GSK-3β水平均高于T2DM-nMCI組。T2DM-MCI組血小板Ser9-GSK-3β/GSK-3p比值較T2DM-nMCI組下降,GSK-3p蛋白的活性增高。ApoE ε4基因、嗅覺功能閾值評分和Ser9-GSK-3p/GSK-3p比值與T2DM輕度認知功能障礙有統(tǒng)計學關(guān)聯(lián),其指標的OR值(95%CI)分別為2.72(1.19-6.18)、0.51(0.38-0.69)和0.40(0.18-0.91)。ROC曲線分析結(jié)果顯示,聯(lián)合指標的特異度、敏感度高于單一指標。 [結(jié)論]ApoE ε4基因、嗅覺閾值評分和Ser9-GSK-3p/GSK-3p比值是T2DM合并MCI獨立的影響因素。血小板GSK-3β活性可作為T2DM合并MCI的早期診斷指標,而聯(lián)合指標檢測可以提高MCI診斷的特異性和敏感性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R749.16;R587.1

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本文編號：1230187