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研究目的:近四十年,肥胖逐渐成为了危害我国公众健康的重大公共卫生问题。众所周知,肥胖是多种慢性老年性疾病的危险因素,这其中包括痴呆与认知障碍。进一步的机制研究揭示,肥胖可以促进人和实验动物脑组织中的神经炎症、氧化应激、细胞凋亡、线粒体功能失调等病理生理过程,进而扰乱神经元功能,威胁其生存,最终降低认知水平。针对这些机制,研究人员尝试运用天然植物、化学试剂或者体育锻炼等方式治疗肥胖相关认知障碍,并取得了一定疗效。但从总体上说,人们对于这种疾病的发病机制与治疗方法还缺乏了解,相关研究有待深入。胰岛素样生长因子1(IGF-1)是广泛分布在人体各组织器官的多肽类物质,结构与胰岛素相似,具有促进生长、调控血糖等多种生物学作用。既往的流行病学研究和动物实验发现,外周循环IGF-1浓度与多种认知功能相关疾病存在关联。进一步的研究还发现,外源性IGF-1干预和内源性IGF-1表达增加对认知功能具有保护作用。但是,这种因子在肥胖相关认知障碍中的作用国内外鲜有报道。本研究拟通过病例对照研究探讨血浆IGF-1浓度与肥胖相关认知障碍的关系,再通过动物实验验证外源性IGF-1对高脂饮食(肥胖)小鼠模型认知功能的神经保护作用及分子机制。方法:第一部分为针对老年住院患者的病例对照研究。首先,我们收集120例轻度认知功能障碍(MCI)患者和120例认知功能正常受试者,分别作为病例组和对照组。采集这些受试者入组时的临床数据作为研究资料。应用多因素logistic回归评价肥胖(或超重)是否与MCI的发生有关。然后,我们采集上述两组的部分受试者的空腹静脉血,用ELISA法测定IGF-1浓度,应用多因素logistic回归评价血浆IGF-1浓度与MCI发生的关系,应用Pearson线性回归评价血浆IGF-1浓度与MCI严重程度的相关性。第二部分为动物实验,给予实验小鼠长期而规律的高脂饮食以诱导小鼠的肥胖与代谢紊乱,部分小鼠再接受外源性IGF-1干预。应用水迷宫实验和旷场实验分别评价外源性IGF-1对实验小鼠高脂饮食所致认知障碍和焦虑行为的保护作用。通过测定实验小鼠海马组织中超氧化物歧化酶、活性氧以及丙二醛的活性,评价外源性IGF-1对高脂饮食所致氧化应激反应的抑制作用。通过测定海马组织中肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β、白细胞介素-4和白细胞介素-10的浓度,评价外源性IGF-1对高脂饮食所致神经炎症的抑制作用。通过测定海马组织中线粒体呼吸控制率、三磷酸腺苷和线粒体膜电位水平,评价外源性IGF-1对高脂饮食所致线粒体功能障碍的保护作用。通过测定海马组织中线粒体动力学调节蛋白Drp1、Mfn1和Mfn2的表达水平,评价外源性IGF-1对高脂饮食所致线粒体动力学障碍的保护作用。第三部分为动物实验,给予实验小鼠长期而规律的高脂饮食以诱导小鼠的肥胖与代谢紊乱,部分小鼠再接受外源性IGF-1、PI3K抑制剂LY294002和CREB抑制剂666-15干预。应用水迷宫实验和旷场实验评价p-PI3K和p-CREB是否介导了外源性IGF-1对实验小鼠认知障碍和焦虑行为的保护作用。应用蛋白印迹法测定实验小鼠海马组织中p-PI3K、p-Akt和p-CREB蛋白的表达,以确定PI3K/Akt/CREB信号通路的存在。再测定上述氧化应激、神经炎症、线粒体功能与动力学指标,评价外源性IGF-1是否通过激活PI3K/Akt/CREB信号通路发挥改善这些病理生理异常的保护作用。结果:第一部分结果显示:(1)受试者肥胖(或超重)与MCI的发生有关;(2)在肥胖(或超重)患者中,血浆IGF-1浓度呈显著下降趋势;(3)血浆IGF-1浓度偏低与MCI的发生有关,且不受肥胖因素的影响;(4)血浆IGF-1浓度偏低与MCI的严重程度有关。第二部分结果显示:(1)长期且规律的高脂饮食可以造成小鼠明显的认知障碍以及焦虑行为的增加,同时还可以造成小鼠海马组织中线粒体功能障碍、线粒体动力学异常以及过度的氧化应激和神经炎症反应;(2)给予实验小鼠外源性IGF-1干预可以改善认知功能和焦虑行为,改善海马组织线粒体功能和动力学异常,抑制氧化应激和神经炎症反应;(3)外源性IGF-1的神经保护作用具有剂量效应关系。第三部分结果显示:(1)PI3K/Akt/CERB信号通路在小鼠海马组织中确实存在;(2)长期规律的高脂饮食可以明显抑制PI3K/Akt/CERB信号通路的活性,而外源性IGF-1干预可以重新激活这一通路;(3)外源性IGF-1对高脂饮食所致的认知障碍、焦虑行为、线粒体功能与动力学异常、氧化应激和神经炎症反应的保护作用与PI3K/Akt/CERB信号通路的激活有关。结论在病例对照研究中,血浆IGF-1浓度偏低与肥胖相关认知障碍的发生及严重程度有关。在动物实验中,外源性IGF-1可以激活海马组织中的PI3K/Akt/CREB信号通路,进而改善线粒体功能和动力学,抑制神经炎症和氧化应激反应,最终改善认知功能和焦虑行为。