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糖尿病与抑郁症是现代社会高发的两类重大疾病,且二者常常共病,约30%的糖尿病患者合并有抑郁症状。糖尿病合并抑郁症导致患者临床结局变差,并发症风险与死亡率都显著上升,对公众健康造成巨大威胁。因此,开展糖尿病合并抑郁症病理机制的研究,拓展治疗药物研发的新思路,对此类疾病的防治具有重要意义。临床研究显示,与正常人群相比,2型糖尿病或抑郁症患者血清中维生素D值偏低,且其水平与发病风险呈负相关,而2型糖尿病合并抑郁症患者血清维生素D的水平同样显著降低。维生素D与维生素D受体VDR结合参与诸多基因的转录调控,在机体骨代谢、免疫调节等方面发挥重要作用,维生素D缺乏将影响VDR的功能。临床现象提示VDR功能异常可能与2型糖尿病合并抑郁症的发生密切相关,但其机制尚不清楚。本课题以VDR基因敲除小鼠为研究对象,通过行为学分析、细胞分子生物学实验及转录组学分析技术,综合考察VDR敲除小鼠糖代谢及抑郁相关行为指标的变化,论证VDR是糖代谢异常和抑郁症发生中的重要调控分子,揭示VDR转录调控的潜在靶标,为疾病的防治提供新的思路,也有望为维生素D在疾病防治中的潜在应用提供实验支撑。主要实验内容与结果(1)VDR基因敲除对小鼠糖代谢及抑郁相关行为指标的影响通过VDR基因杂合子小鼠繁殖与PCR鉴定后,获得野生型小鼠与VDR基因敲除小鼠,并对小鼠进行糖代谢及行为学指标分析。实验结果证实:①与野生型小鼠相比较,VDR敲除小鼠体重减少,空腹血糖显著降低,但口服葡萄糖耐量实验OGTT结果显示,口服葡萄糖2g/kg后,VDR敲除小鼠各个时间点的血糖值均高于野生型小鼠,提示VDR敲除小鼠清除葡萄糖的能力减弱,胰岛素敏感性降低。②采用小动物行为分析系统对小鼠行为学进行分析比较。在悬尾实验中,观察到VDR敲除小鼠不动时间增加。在开放旷场实验中,VDR敲除小鼠在旷场中央停留时间明显减少。而糖水偏好实验的结果显示VDR敲除小鼠的糖水偏好显著降低。这些发现证实VDR敲除小鼠出现抑郁表型。③ELISA测试结果显示,VDR敲除小鼠血清皮质酮水平显著升高,而5-羟色胺水平降低。同时,炎症因子IL-1β与IL-6的水平也明显上升。以上结果证实,VDR敲除小鼠出现糖代谢异常及抑郁表型。(2)VDR基因敲除对糖代谢及抑郁相关信号通路的影响采用Western Blotting实验方法对小鼠组织中多种信号分子的表达与激活进行检测。①糖代谢相关通路:VDR敲除小鼠肝脏与肌肉组织中p-AKT水平均显著降低,肝脏中p-AMPK无明显变化,肌肉中p-AMPK水平升高,并且,肝脏中GLP-1R的表达显著性减少,提示VDR敲除抑制GLP-1R/AKT通路,胰岛素敏感性降低。同时,首次观察到VDR小鼠肾脏组织中SGLT2表达的减少,而SGLT1则升高。②抑郁相关通路:VDR敲除小鼠海马组织中ERK与CREB的激活均被抑制,BDNF表达显著下降,而c-casp3水平升高,并且,GLP-1R表达及通路的下游相关分子如AKT、β-catenin的激活也同样被抑制,提示海马神经元再生受损。综合以上结果,VDR敲除将导致GLP-1R表达的显著降低,进而抑制其下游相关信号分子的激活,造成小鼠胰岛素敏感性降低与海马神经元再生受损。(3)VDR基因敲除小鼠海马组织转录组测序分析对野生型小鼠与VDR敲除小鼠海马组织进行转录组测序分析比较,主要测定了包括长链非编码RNA(lncRNA),信使RNA(mRNA)和环状RNA(circRNA)之间的差异。结果显示VDR基因敲除导致小鼠海马组织中lncRNA,mRNA和circRNA均出现显著变化,后续研究将在此基础上进一步开展。总结临床报道显示维生素D缺乏与2型糖尿病及抑郁症密切相关,但其潜在调控机制不明。维生素D不足将影响维生素D受体VDR的功能。本课题对VDR基因敲除小鼠开展研究,证实VDR基因缺失将导致小鼠出现糖代谢异常与抑郁症状。进一步机制探讨揭示,VDR敲除将显著降低GLP-1R的表达,进而抑制GLP-1R通路下游的AKT、β-catenin、CREB等重要信号分子的激活,导致胰岛素敏感性降低与海马神经元再生受损。本研究拓展了对VDR功能的已有认知,证实VDR是糖代谢异常与抑郁症病理机制中的重要调控分子,为此类疾病的防治提供新的策略与干预靶点。