Exendin-4减轻2型糖尿病脑海马细胞Alzheimer病样改变的机制研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ebear2009
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目的:既往研究表明2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)是阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease,AD)的危险因素之一,且可加速后者的疾病进程。T2DM可致患者出现认知障碍,并在其脑海马区出现临床前AD的相关病理改变,具体表现为Tau蛋白的异常磷酸化和β淀粉样沉积。而胰高血糖素样肽-1(Glucagon like peptide-1,GLP-1)类药物Exendin-4(Ex-4)对上述病变具有治疗作用,可能与脑胰岛素含量,经典Wnt通路及此通路下游因子Neuro D1有关,但具体作用机制尚未明确。因此,本研究的主要目的在于:(1)验证Ex-4可减少T2DM脑海马中出现的Tau蛋白AD相关病变;(2)初步探讨Ex-4减少T2DM脑海马中Tau蛋白AD相关病变的作用机制及调控网络。方法:(1)以小鼠海马神经元细胞(HT22细胞)为研究对象,将其分为对照组、高糖组和Ex-4治疗组,分别以正常或高糖(50m M)培养基培养后,使用Ex-4进行治疗。通过Western blot检测各组Tau蛋白上与AD相关位点(Ser199,Ser202,Ser396)的磷酸化水平,探讨高糖和Ex-4对海马神经元细胞AD相关Tau蛋白磷酸化水平的影响。(2)(1)按照上述分组与处理,通过RT-PCR、Western Blot、免疫荧光染色及ELISA,检测各组细胞胰岛素合成和分泌情况以及代表胰岛素信号通路活性的AKT、GSK-3β磷酸化水平;(2)进一步使用慢病毒感染HT22细胞,构建敲低胰岛素基因Ins2表达及其空白对照的稳转细胞,均给予高糖环境培养,随后两种稳转细胞再分别添加/不添加Ex-4(10n M)。通过ELISA和Western Blot检测各组胰岛素生成情况、Tau蛋白上与AD相关位点(Ser199,Ser202,Ser396)的磷酸化水平、以及胰岛素信号通路中AKT、GSK-3β磷酸化水平,探讨Ex-4是否是通过促进胰岛素生成来减轻Tau蛋白AD样病变的。(3)(1)按照(1)中分组与处理,通过RT-PCR,Western Blot和免疫荧光染色,检测各组β-catenin的生成及细胞内分布情况,以及Nonphosphorylatedβ-catenin(即np-β-catenin)/Totalβ-catenin水平,评估各组细胞中经典Wnt通路状态;(2)进一步,先给予HT22细胞高糖环境培养,再使用DKK1阻断经典Wnt通路,随后使用Ex-4进行治疗,通过ELISA和Western Blot检测各组经典Wnt信号通路状态、胰岛素生成情况、代表胰岛素信号通路状态的AKT和GSK-3β磷酸化水平、以及Tau蛋白上与AD相关位点(Ser199,Ser202,Ser396)的磷酸化水平。探讨Ex-4是否是通过经典Wnt通路调控脑海马内胰岛素生成来减轻Tau蛋白AD样病变的。(4)按照(1)中分组与处理,通过RT-PCR,Western Blot和免疫荧光染色检测各组Neuro D1的生成及在细胞内的分布情况。以初步探讨Ex-4上调经典Wnt通路后是否可能是通过调控其下游因子Neuro D1,从而调节脑海马内胰岛素生成来减轻Tau蛋白AD样病变。结果:(1)高糖(50m M)培养,显著增加HT22细胞AD相关的Tau蛋白磷酸化水平(Ser199,Ser202位点P<0.01;Ser396位点P<0.05),而Ex-4(10n M)则明显减少高糖所致的Tau蛋白磷酸化水平(Ser202和Ser396位点P<0.05,Ser199位点P<0.01)。进一步验证了Ex-4可减少T2DM高糖环境所致脑海马细胞Tau蛋白AD样病变。(2)(1)高糖(50m M)培养,显著降低HT22细胞胰岛素的生成与分泌(转录水平P<0.01,蛋白水平P<0.05),明显抑制胰岛素信号通路活性(p-AKT(Ser473)/AKT与p-GSK-3β(Ser9)/GSK-3β均显著降低,P<0.01);而Ex-4(10n M)则显著促进胰岛素的生成与分泌(转录水平P<0.01,蛋白水平P<0.01),明显激活胰岛素信号通路活性(p-AKT(Ser473)/AKT与p-GSK-3β(Ser9)/GSK-3β均明显升高,P<0.05)。(2)敲低胰岛素的生成后,使用Ex-4(10n M)无法改善高糖所致的Tau蛋白AD样病变(Ser199,Ser202和Ser396位点均无明显差异,P>0.05),也不能改变胰岛素信号通路状态(p-AKT(Ser473)/AKT与p-GSK-3β(Ser9)/GSK-3β均P>0.05)。进一步证明Ex-4是通过促进胰岛素的生成来减少T2DM高糖环境所致脑海马细胞Tau蛋白AD样病变的。(3)(1)高糖(50m M)培养,显著抑制HT22细胞中经典Wnt通路活性(核内β-catenin减少,P<0.01;β-catenin生成明显减少,转录及蛋白水平P<0.05;np-β-catenin/β-catenin显著降低P<0.01),而Ex-4的治疗上调细胞经典Wnt通路活性(β-catenin入核显著增多,P<0.001;β-catenin生成显著增多,转录及蛋白水平P<0.01;np-β-catenin/β-catenin显著升高,P<0.001);(2)在DKK1阻断经典Wnt通路后使用Ex-4(10n M)处理细胞,胰岛素生成情况、胰岛素信号通路状态(p-AKT(Ser473)/AKT与p-GSK-3β(Ser9)/GSK-3β)以及AD相关的Tau蛋白磷酸化水平(Ser199,Ser202,Ser396位点)均无明显差异(P>0.05)。进一步证明了Ex-4通过激活经典Wnt通路介导胰岛素生成增多,从而减少T2DM高糖环境所致脑海马细胞的Tau蛋白AD样病变;(4)高糖(50m M)培养,显著减少HT22细胞中经典Wnt通路下游与胰岛素生成有关的调控因子Neuro D1的生成(P<0.01)及入核,而Ex-4则显著增加Neuro D1的生成(P>0.01),并使其向核内聚集。因此,表明Ex-4上调经典Wnt通路后可能通过影响下游因子Neuro D1,从而促进胰岛素的生成来减少T2DM高糖环境所致脑海马细胞的Tau蛋白AD样病变。结论:1.Ex-4可减少T2DM高糖环境所致脑海马细胞的Tau蛋白AD样病变,对其具有治疗作用。2.Ex-4减少T2DM高糖环境所致脑海马细胞Tau蛋白AD样病变的机制可能为:上调细胞中的经典Wnt信号通路,继而使下游与胰岛素生成有关的调控因子Neuro D1生成增多并向核内聚集,从而促进胰岛素的生成与分泌,激活胰岛素信号通路,降低GSK-3β活性,最终减少Tau蛋白AD样病变。
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