糖尿病海马神经元损伤及TRPC3通道表达水平的研究

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糖尿病(diabetes mellitus,DM)是一种常见的慢性疾病,能够造成全身多个系统的损害,近年来糖尿病发病率迅速增高,严重威胁到人类的健康。许多研究证实,糖尿病能够导致大脑神经生理及结构的改变,引起轻度至中度的认知障碍。最近几年的研究认为糖尿病引起的认知功能障碍是老年痴呆的发病原因之一。因此,积极探索糖尿病认知障碍的发生机制、探索其防治策略具有重要的医学意义和社会意义。海马是学习记忆的核心结构,研究证实糖尿病导致海马神经元凋亡和突触可塑性降低,两者均与细胞内钙稳态破坏密切相关。TRPC通道(瞬时受体电位C型离子通道)是一种低电压敏感的,对钙离子有通透性的阳离子通道。该通道在机体高血糖状态下可被直接激活,引起钙离子内流,进而影响细胞内钙稳态及其相关的细胞功能。研究表明糖尿病的多种病理状态与TRPC通道的表达和活性异常有关。TRPC3在海马神经元表达水平高而且分布广泛,对神经元的存活、突触的形成以及神经细胞的分化、迁移过程中都执行着重要的职能,而且,TRPC3通道可直接受高血糖的调节,这些结果都强有力地提示TRPC通道在糖尿病引起的海马神经元损伤中发挥重要作用。因此,本实验应用大鼠模型和高糖环境海马神经元体外培养的方法,结合形态学、行为学和分子生物学等技术观察糖尿病对学习记忆功能的影响,观察了糖尿病大鼠和高糖环境培养的海马神经元TRPC3通道的表达水平变化与细胞存活状态的关系,分析了海马神经元损伤的分子机制,并施加营养干预进行糖尿病海马神经元损伤的防护研究。方法:雄性成年SD大鼠,适应性喂养3天后随机分为:正常对照组、糖尿病组、鱼油添加组和糖尿病添加鱼油组。应用链脲菌素腹腔注射建立I型糖尿病大鼠模型。实验周期为5周,大鼠单笼喂养,自由饮水和进食。每周称重一次,链脲菌素注射后第三天,第7天和35天测量空腹血糖,满5周后进行Morris水迷宫定位航行实验和空间搜索实验,行为学检测后处死动物,ELISA法检测血清和海马组织过氧化水平(SOD和MDA)和炎症因子水平(TNF-α),光镜和电镜下观察神经元形态和凋亡情况,Western-blot法观察海马部位神经元TRPC3通道、caspase-3等凋亡相关蛋白的表达。体外培养新生大鼠海马神经元,给予高糖(25mM,75mM)刺激,观察神经元存活状态及TRPC3表达的变化,并研究DHA的防护作用。结果:1.与正常对照组相比,糖尿病大鼠Morris水迷宫训练逃避潜伏期明显延长(P<0.05),空间搜索实验中目标象限停留时间明显缩短(P<0.05)。2. TUNEL检测显示糖尿病大鼠海马神经元凋亡增加,凋亡相关蛋白表达水平升高。电子显微镜下观察到糖尿病大鼠海马CA1区锥体神经元线粒体、轴突肿胀,突触间隙变宽,核染色质固缩。3. Golgi染色观察到糖尿病大鼠海马CA1区锥体神经元突起数量减少,树突长度较对照组明显缩短(P<0.05)。4.免疫组化和电镜结果显示糖尿病大鼠海马神经元TRPC3表达降低(P<0.05)。5.糖尿病大鼠海马脂质过氧化水平和炎症因子水平升高,PI3K/AKT信号通路活化参与糖尿病引起的海马神经元损伤过程。6.膳食添加鱼油改善糖尿病大鼠海马神经元状态,进而改善学习记忆能力。7.高糖环境下,体外培养的海马神经元凋亡增加,过氧化水平和炎症因子水平升高,TRPC3表达水平升高,添加DHA可在一定程度上改善海马神经元存活状态。结论:1.糖尿病可降低大鼠空间学习记忆能力,鱼油明显改善糖尿病大鼠的认知损伤。2. TRPC3通道表达水平的改变影响海马神经元突起生长,与神经元凋亡密切相关。3. PI3K/AKT信号通路参与糖尿病海马神经元损伤相关的脂质过氧化、细胞凋亡和炎性过程。4. TRPC3表达水平在体内和体外实验中表现出不同的作用,提示其存在不同的调控机制,需进一步研究。
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