受体N-糖链对GLP-1防治糖尿病认知障碍的影响及机制

N-glycans play important roles in signal transduction pathways of receptors and procession of diseases, and the N-glycans of important receptor are key for exploring the mechanism of drug action and potential targets. The changes of N-acetylglucosaminyltransferase-V/III (GnT-V/III), which are related to the synthesis of N-glycans, are also involved in the neural differentiation and neurodegenerative diseases. In our previous study, we have found and reported the positive effect of glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor signal transduction pathways in diabetes-related cognitive dysfunction. We have also found that the synthesis of N-glycans may play a key role in the neuronal survival mediated by GLP-1 receptor, but the mechanism is unclear. In this project, first we will investigate the effect of N-glycans in signal transduction pathways and biological functions of GLP-1 receptor, analyze the structures of N-glycans of GLP-1 receptor, and observe the changes of N-glycans of GLP-1 receptor in diabetes-related cognitive dysfunction; then we will establish models of GnT-V/III gene silencing and over-expression neuronal cell to explore the effect of N-glycans in signal transduction pathways and biological functions of GLP-1 receptor through the regulation of the synthesis of N-glycans. The aim of this project is to provide new ideas about research and new experimental evidence for the potential targets in diabetes-related cognitive dysfunction.

N-糖链在受体信号转导和疾病过程中起重要作用，探究关键受体N-糖链变化及机制是阐释相关药物作用机理并揭示潜在靶点的关键环节。已有研究表明调控N-糖链合成的N-乙酰氨基葡萄糖转移酶V/III（GnT-V/III）与神经细胞分化、神经退行性疾病发生联系紧密。本课题组前期研究发现并报道了胰高血糖素样肽-1（GLP-1）受体信号系统在防治糖尿病认知障碍中的重要作用，并且已证明N-糖链合成在GLP-1受体介导神经细胞存活中至关重要，但是确切分子机制不明。本项目首先确证N-糖链对GLP-1受体介导信号系统及生物学功能的影响，同时解析受体N-糖链结构特征，并考察糖尿病认知障碍中GLP-1受体N-糖链的特征性变化；进一步，分别建立GnT-V/III基因沉默和过表达神经细胞模型，通过调控糖链合成探讨受体的N-糖链结构改变对GLP-1信号系统及其功能的影响机制。为防治糖尿病认知障碍提供新的研究思路和潜在靶点。

本课题组前期发现并报道了GLP-1受体信号系统在防治认知障碍中的重要作用，但是确切分子机制及如何影响糖基化修饰尚不明确。本项目首先基于细胞和动物模型，明确了GLP-1受体激动剂对Aβ25-35损伤的PC12神经细胞及认知障碍模型小鼠APP/PS1具有神经保护作用，并考察糖链及相关糖基转移酶在认知障碍模型中的表达情况及GLP-1受体激动剂的干预作用，发现APP/PS1小鼠脑内多种糖链表达含量异常，且exendin-4干预能改变部分糖链的表达水平。进一步对N-糖链合成中的两种关键糖基转移酶GnT-III和GnT-V及其产物平分型N-糖链、分支型N-糖链进行考察，发现认知障碍模型小鼠脑内及细胞模型中GnT-III及平分型N-糖链的表达水平异常增高，而GnT-V及分支型N-糖链则未见显著变化，GLP-1RA可改善GnT-III及平分型N-糖链的异常表达。深入分析GLP-1RA发挥相关作用的分子机理，发现GLP-1RA可通过Akt/GSK-3β/β-catenin信号通路调控认知障碍模型中异常表达的GnT-III。为探讨平分型N-糖链对GLP-1 受体介导信号系统的影响，构建GnT-III高表达PC12细胞，检测GLP-1受体下游主要信号分子，发现GnT-III高表达影响GLP-1受体下游cAMP及PKA、Akt、GSK-3β、β-catenin、ERK1/2的激活情况。同时，探讨平分型N-糖链在神经细胞中的生物学作用，发现GnT-III高表达损伤神经细胞活力，促进内质网应激的发生，上调ROS水平，破坏线粒体形态，下调线粒体膜电位，打破神经细胞稳态，提示糖基转移酶GnT-III对维持神经细胞稳态具有重要作用。.本项目从动物、细胞水平探讨了N-糖链相关糖基转移酶GnT-III在GLP-1防治认知障碍中的分子机制，为治疗AD的潜在靶点提供实验依据。通过本项目，已发表论文20篇（SCI 17篇），参加国际学术交流1次，培养研究生6名，其中博士研究生2名，硕士研究生4名。