PDE4和cAMP/PKA/CREB信号通路与糖尿病脑病的关系

Diabetic encephalopathy is one of important neurological complications of type 2 diabetes, but its pathogenesis has not been elucidated. Our previous studies and experiments suggest that the "PDE4 and cAMP/PKA/CREB" signaling pathway, associated with insulin resistance and inflammation, may play an important role in the occurrence and development of diabetic encephalopathy. But the exact relationship needs to be studied further. Therefore, we put forward the hypothesis: the metabolic abnormalities of type 2 diabetes can lead to abnormal signal transduction of "PDE4 and cAMP/PKA/CREB" pathway, promote inflammatory reaction and the deposition of Aβ, and it may play important treatment role by inhibiting this signaling pathway or improving insulin resistance. To test this hypothesis, we will establish rat models of type 2 diabetes, and use drug intervention, animal behavior examination, immunohistochemistry, RT-PCR, Western-blot and other means to observe the effect of the "PDE4 and cAMP/PKA/CREB" signaling pathway on diabetic encephalopathy in the molecular, organization and whole animal level. This study will lay foundations for pathogenesis of diabetic encephalopathy and provide new ideas for its prevention and treatment from the new viewpoint of this signaling pathway.

糖尿病脑病是2 型糖尿病重要的神经系统并发症，迄今其发病机制仍未阐明。我们的前期研究和预实验提示与胰岛素抵抗和炎症反应有关的"PDE4和cAMP/PKA/CREB"信号通路可能在糖尿病脑病的发生发展中起重要作用。但其具体的关系还有待进一步探讨。为此，我们提出假说：2 型糖尿病的代谢异常可以导致"PDE4和cAMP/PKA/CREB"信号传导通路的异常，从而促进炎症反应和Aβ的沉积，而抑制这一信号通路或改善胰岛素抵抗可起一定的治疗作用。为了验证这一假说，我们将通过建立2 型糖尿病大鼠模型，通过药物干预，采用动物行为学检查、免疫组织化学、RT-PCR、Western-blot等手段，从分子、组织以及动物整体水平等多方面探讨"PDE4和cAMP/PKA/CREB"信号通路在糖尿病脑病中的重要作用。本研究将从这一信号通路的新视点为揭示糖尿病脑病的发生机制奠定基础，为其防治提供新思路。

糖尿病脑病是2型糖尿病重要的神经系统并发症，前期研究提示与炎症反应有关的PDE4下游信号分子CREB、BDNF和Arc等可能在糖尿病脑病的发生发展中起重要作用，而PDE4抑制剂咯利普兰可能通过抑制相关信号因子和炎症因子的作用对糖尿病脑病起一定的治疗作用。本研究通过建立2型糖尿病动物模型和体外培养原代新生鼠海马神经元，从细胞和动物两个层面探讨这一机制，通过Morris水迷宫测试观察糖尿病大鼠认知功能的改变，流式细胞仪检测高糖环境中海马神经元的凋亡率。应用western blotting和免疫组化等检测糖尿病脑病海马组织炎症因子TNF-α、IL-10的表达改变，以及与PDE4相关信号分子(CREB 、pCREB、BDNF和Arc)表达的改变。并观察洛利普兰（ROL）和BDNF对相关信号分子的干预效果。结果：（1）Western blotting检测发现，与对照组相比，DM组大鼠海马组织促炎因子TNF-α的表达增加，而IL-10下降，DM组海马组织的CREB、pCREB、BDNF和ARC蛋白的表达均降低，而DM+ROL组CREB、pCREB、BDNF和Arc水平都有明显升高，虽然没有完全恢复到Con组水平，但pCREB、CREB、BDNF和Arc表达的升高与DM组比较，差异均有统计学意义。（2）免疫组织化学染色发现：对照组海马CA1区颗粒细胞层Aβ、TNF-α阳性细胞相对较少，IL-10阳性细胞较多，DM组海马CA1区颗粒细胞层Aβ、TNF-α 阳性细胞相对较多，IL-10阳性细胞较少。应用ELISA法观察到DM组大鼠脑组织Aβ1-40和Aβ1-42浓度明显高于对照组组。而DM+ROL组与糖尿病组相比呈现相反的变化。（3）以上改变与Morris水迷宫测试结果一致，DM大鼠较对照组空间学习和记忆明显受损，而与DM组相比，DM+ROL组大鼠认知情况明显改善。（4）体外75mmol/l葡萄糖培养72小时神经元，与对照组相比，高糖组诱导海马神经元的凋亡增加，神经元细胞内pCREB、CREB和Arc表达下降，外源性BDNF对高糖诱导的海马神经元凋亡有保护作用，并能有效诱导神经元细胞内pCREB、CREB和Arc的表达增加。本研究为糖尿病脑病发病机制提供了新视点，为寻找其治疗靶点提供了新思路。