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研究目的2型糖尿病可导致学习记忆等认知功能受损,但其潜在的神经生物学机制尚未阐明。海马葡萄糖代谢与认知功能密切相关。2型糖尿病发生时,海马葡萄糖代谢将发生怎样的变化,目前还不是很清楚。研究显示葡萄糖代谢与胰岛素信号通路和能量代谢密切相关,且能量代谢障碍是导致炎症反应的关键因素,那么,2型糖尿病发生时,海马胰岛素信号通路和能量代谢及炎症信号通路将发生怎样的变化,这是糖尿病时海马突触可塑相关蛋白表达降低的原因吗?有氧运动上调海马突触可塑相关蛋白表达与上述信号通路的关系如何?这一系列问题仍需深入探讨。本研究通过高脂膳食联合STZ腹腔注射建立2型糖尿病大鼠模型,并进行有氧运动干预,分别通过代谢组学技术和Western blot实验对糖尿病大鼠海马葡萄糖代谢、胰岛素信号通路、能量代谢和炎症相关信号通路的变化情况及有氧运动的调节作用展开系统研究,探究糖尿病时海马突触可塑相关蛋白表达降低的机制及有氧运动的调节作用机制研究方法SPF级健康雄性SD大鼠102只,随机分为对照组(C组,n=8)和高脂饲料组(HF组,n=94),分别予以普通饲料和高脂饲料喂养,8周后按照HF组大鼠体重高于C组20%的标准筛选肥胖大鼠,进行STZ(30mg/kg体重)腹腔注射,于注射后第3、7天,筛选两次空腹血糖值均大于11.1 mmol/l的大鼠为2型糖尿病大鼠,并随机分为糖尿病组(DM组)和糖尿病运动组(TDM组),TDM组大鼠进行为期4周的有氧运动干预。运动干预结束后24 h,收集血液样本,并分离左右两侧海马组织。检测空腹血糖、血清胰岛素、胰岛素抵抗指数和血脂四项;左侧海马组织进行GC/MS代谢组学检测;右侧海马组织采用Western blot实验检测葡萄糖代谢调节酶CS、OGDH、G-6-PD和AR,突触可塑相关蛋白NMDAR、SYN和Homer,PI3K/Akt/mTOR信号通路蛋白p-PI3K/PI3K、p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR、Raptor和Rictor,mTOR下游信号蛋白p-p70s6k/p70s6k和p-4EBP2/4EBP2,能量感受蛋白p-AMPK/AMPK、Sirt1和Ac-NFκB,炎症信号通路蛋白NFκB、NLRP3和IL-1β的水平。研究结果1、与C组相比,DM组大鼠FBG、FINS和HOMA-IR均显著升高(p<0.01);而与DM组相比,TDM组大鼠FBG、FINS和HOMA-IR均显著降低(p<0.01)。2、与C组相比,DM组大鼠TC、TG和LDL水平均显著升高(p<0.01);与DM组相比,TDM组大鼠TC、TG和LDL水平均显著下降(p<0.05,p<0.01,p<0.05)。3、与C组相比,DM组大鼠海马乳酸、山梨醇、肌醇、果糖、5-磷酸核糖和5-磷酸木酮糖水平显著升高,糖酵解途径、多元醇通路和磷酸戊糖途径增强;柠檬酸、丙酮酸水平降低,TCA循环水平下降。与DM组相比,TDM组大鼠海马乳酸、山梨醇、肌醇、5-磷酸核糖和5-磷酸木酮糖水平显著下降,糖酵解途径、多元醇通路和磷酸戊糖途径受到抑制;柠檬酸水平显著升高,TCA循环水平升高。4、与C组相比,DM组大鼠海马CS、OGDH水平显著下降(p<0.01),G-6-PD和AR水平显著升高(p<0.01,p<0.05)。与DM组相比,TDM组大鼠海马CS水平显著升高(p<0.01),G-6-PD水平显著下降(p<0.05)。5、Y迷宫自发交替反应中,DM组大鼠实际交替次数和最大交替次数显著低于C组(p<0.01);在新异物体识别实验中,其穿梭新异臂次数和穿梭总次数也显著低于C组(p<0.01)。与DM组相比,TDM组大鼠在自发交替反应和新异物体识别实验中各指标均未出现显著性变化,但均呈现了上升趋势。6、与C组相比,DM组大鼠海马突触可塑相关蛋白NMDAR、SYN和Homer水平显著下降(p<0.01);而与DM组相比,TDM组大鼠海马NMDAR、SYN和Homer的水平均显著升高(p<0.01)。7、与C组相比,DM组大鼠海马p-PI3K、p-Akt、p-mTOR、mTOR、Raptor、p-p70s6k和p-4EBP2水平均显著下降(p<0.01);而与DM组相比,TDM组大鼠海马p-PI3K和p-Akt水平显著升高(p<0.05,p<0.01),mTOR水平显著升高(p<0.01),p-p70s6k和p-4EBP2水平也显著升高(p<0.05,p<0.01)。8、与C组相比,DM组大鼠海马p-AMPK和Sirt1水平显著下降(p<0.05,p<0.01),而Ac-NFκB和NFκB水平显著升高(p<0.01);与DM组相比,TDM组大鼠海马p-AMPK和Sirt1水平显著升高(p<0.01,p<0.05),而Ac-NFκB和NFκB水平显著下降(p<0.05)。9、与C组相比,DM组大鼠海马NLRP3炎症小体和IL-1β水平显著升高(p<0.01);而与DM组相比,TDM组大鼠海马NLRP3炎症小体和IL-1β水平显著下降(p<0.01,p<0.05)。研究结论1、高脂膳食联合STZ腹腔注射诱导SD大鼠发生糖尿病,并出现外周糖脂代谢异常和胰岛素抵抗;有氧运动可改善糖尿病时外周糖脂代谢异常和胰岛素抵抗。2、糖尿病发生时海马内葡萄糖代谢异常,主要表现为三羧酸循环水平下降,糖酵解途径、多元醇通路和磷酸戊糖途径激活;而4周有氧运动可改善糖尿病时海马内葡萄糖代谢异常。3、糖尿病大鼠在海马内葡萄糖代谢异常时,突触可塑相关蛋白表达明显降低;有氧运动在改善了葡萄糖代谢的同时,也增加了海马内突触可塑相关蛋白的表达。4、糖尿病大鼠在海马内葡萄糖代谢异常时,伴随有海马胰岛素信号通路PI3K/Akt/mTOR受损;而有氧运动在改善胰岛素信号通路时,海马内葡萄糖代谢也趋于正常。5、糖尿病大鼠在海马内葡萄糖代谢异常时,伴随着海马内AMPK/Sirt1信号通路受损,NFκB/NLRP3/IL-1β炎症信号通路过度激活;而有氧运动在改善能量代谢和炎症信号通路时,海马内葡萄糖代谢也趋于正常。