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DFO通过降低海马铁沉积和改善突触形态可塑性缓解T1DM模型大鼠认知障碍认领

作者：

次云哲

学位授予单位：

中国医科大学

摘要：

目的:糖尿病（Diabetes mellitus,DM）已严重威胁人类健康。糖尿病认知功能障碍是糖尿病中枢神经系统并发症的一种,它与阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）存在着相似的临床表现,包括脑皮质变薄,脑神经元损伤以及阿尔茨海默病特有的β淀粉样蛋白（Aβ）异常沉积和tau蛋白过度磷酸化等,而且在严重情况下,这些症状可能会发展为糖尿病脑病（Diabetic Encephalopathy,DE）。已有的研究表明,糖尿病患者脑内神经炎症、氧化应激损伤以及线粒体功能障碍等均与神经退行性疾病的发生发展相关,从而影响患者的认知能力。然而,有效预防和治疗糖尿病引起的认知功能障碍的方法尚未大量报道。铁是一种强氧化剂,可催化多种细胞反应产生活性氧,而且当细胞中的铁浓度达到较高水平时,可与H2O2发生Fenton化学反应,产生大量羟自由基,从而影响细胞活性。另外,细胞内铁过多还可引发铁依赖性氧化应激以及由大量脂质过氧化引发的细胞铁死亡。有报道指出,糖尿病机体铁蛋白（Ferritin,Ft）异常升高说明机体铁过载,并且胰岛素敏感性与血清Ferritin水平呈负相关,由此可推断机体过多的铁可能会加重糖尿病及其并发症的发生发展。但是,糖尿病患者脑铁是如何沉积的以及铁过载影响糖尿病认知功能障碍的机制是什么,至今仍尚无定论。方法:本实验中,我们采用一次性腹腔注射65mg/kg链脲佐菌素（Streptozotocin,STZ）的方法制作1型糖尿病大鼠模型（Type 1 diabetes mellitus,T1DM）,21天后,侧脑室注射去铁胺DFO（Deferoxamine,DFO）小剂量（5μg/kg/d）连续28天给予治疗。采用Morris水迷宫实验评价动物对空间定位的学习记忆能力;同时采用旷场试验和高架十字迷宫试验观察大鼠的自主探索和焦虑行为;应用Western blot免疫印迹实验检测海马、皮层组织中铁蛋白（FTH/FTL）、铁代谢相关蛋白（Tf Rc/DMT1/FPN1）、铁死亡相关蛋白（GPX4/SLC7A11/ACSL4）、突触可塑性相关蛋白（SYN/PSD95/VAMP2）表达变化;并利用尼氏染色及免疫荧光化学法深入研究海马CA1区、CA3区和皮层神经元微结构变化;最后利用透射电镜观察海马CA1区神经元超微结构变化,以期获得T1DM大鼠认知功能障碍的主要机制。结果:1.Morris水迷宫结果显示T1DM大鼠出现认知功能障碍,DFO处理对T1DM大鼠学习认知行为产生积极影响。同时有无DFO处理,T1DM大鼠均未出现焦虑样行为。2.生化检测T1DM大鼠血清SOD及MDA水平,结果显示T1DM大鼠机体氧化应激水平升高;ICP-MS检测T1DM大鼠脑海马中总铁含量升高;DFO处理后有明显的改善;同时Western bolt及免疫荧光结果显示,海马、皮层FTH、FTL蛋白水平表达显著增加,表明脑海马、皮层铁过载;DFO可缓解T1DM大鼠脑铁过载,同时降低大鼠氧化应激水平。3.T1DM大鼠海马、皮层区Neu N蛋白表达下降,免疫荧光显示Neu N阳性神经元受损,DFO干预可改善神经元损伤。4.蛋白和mRNA水平结果同时显示,T1DM大鼠海马、皮层铁摄取蛋白DMT1表达升高,铁输出蛋白FPN1表达下降;DFO处理后DMT1、FPN1蛋白水平的表达得到恢复,但DFO对mRNA水平没有影响。海马Tf Rc蛋白表达升高,皮层区Tf Rc结果与海马相反,Tf Rc蛋白表达下降,DFO逆转这一结果,但对mRNA水平无影响。5.电镜下T1DM大鼠线粒体皱缩,膜密度增高,DFO处理后线粒体形态得到一定程度的改善;尼氏染色结果显示,DFO抑制铁死亡后,对神经元免受氧化应激损伤具有一定的保护作用。与Ctrl组相比,T1DM组大鼠海马、皮层中GPX4、SLC7A11蛋白的表达显著下降,ACSL4蛋白表达升高;DFO干预后GPX4、SLC7A11及ACSL4的水平得到不同程度的恢复。6.Western blot结果显示,T1DM组大鼠海马、皮层突触功能相关蛋白SYN、PSD95、VAMP2的表达显著下降,DFO干预后三者水平得到明显恢复。透射电镜下,DFO处理后T1DM大鼠突触活跃区长度及突触小泡体积都有明显的改善作用,同时DFO对神经纤维髓鞘的形成也有一定的影响。结论:1.DFO可缓解T1DM大鼠学习记忆能力减弱;2.DFO可降低铁沉积,改善机体氧化应激状态;3.DFO通过抑制铁死亡保护海马神经元损伤;4.DFO可改善突触形态可塑性及突触功能相关蛋白的表达。

摘要译文

关键词：

糖尿病; 铁死亡; 神经退行性病变; 去铁胺

学位年度：

2023

学位类型：

博士

学科专业：

人体解剖与组织胚胎学

导师：

韩芳

中图分类号：

R587.2[糖尿病性昏迷及其他并发症⑨];R749.1[脑器质性精神障碍⑨];R332[呼吸生理]

学科分类号：

100201[内科学];100105[医学生理学];100211[精神医学];100601[中西医结合基础医学]

D O I：

10.27652/d.cnki.gzyku.2023.001880