FoxO3a介导的自噬信号通路对糖尿病认知功能障碍的调控机制研究

Diabetes (DM) could induce central nervous system damage, leading to cognitive dysfunction. It has been demonstrated that autophagy plays a neuroprotective role during early diabetes, which existed before diabetes induced- neuronal damages. However, the molecular mechanism underlying effect of hyperglycemia on autophagy and neuron is still unclear. Our previous studies have shown that high glucose inhibits PI3K/Akt signaling pathway, activates FoxO3a, and upregulates the Gln expression in hippocampus neuron of diabetic mouse. We speculate that PI3K/AKT/FoxO signaling pathway can regulate glutamine synthetase (GS) expression, upregulate Gln expression, then promote autophagy to play a neuroprotective role on neuron during early diabetes. Base on previous studies, this project will verify this hypothesis in vivo and in vitro. We will use molecular biology, confocal microscope, flow cytometry, immunofluorescence and co-immunoprecipitation to elucidate the effect of PI3K/Akt/FoxO-GS-Gln-mTORC1 pathway on neuron during diabetes; and FoxO3a-/- mice is used to reveal the regulatory mechanism of PI3K/Akt/FoxO-GS-Gln-mTORC1 pathwaymediated-autophagy on neuron during early diabetes. This project aims to provide the theoretical basis for the prevention and treatment of diabetes induced-cognitive dysfunction.

糖尿病可导致中枢神经系统损伤继而诱导认知功能障碍，但糖尿病早期神经元没有损伤时已出现自噬，研究已证实自噬在糖尿病早期发挥保护神经元作用，但高糖如何调控自噬并影响神经元的机理仍不清楚。我们前期实验表明，高糖抑制神经元PI3K/Akt信号，促进FoxO3a的转录；糖尿病小鼠海马神经元中的谷氨酰胺(Gln)水平显著上调。我们推测：PI3K/Akt/FoxO信号通路介导细胞谷氨酰胺合成酶(GS)表达，上调Gln，促进自噬在糖尿病早期对神经元起保护作用。本项目将在前期基础上，从细胞和动物水平证实该假说，利用分子生物学、激光共聚焦、流式细胞术、免疫荧光和免疫共沉淀技术等阐明高糖条件下PI3K/Akt/FoxO-GS-Gln-mTORC1通路对神经元的作用；利用FoxO3a敲除小鼠揭示该信号通路介导的糖尿病早期自噬对神经元保护作用。本项目将为糖尿病认知功能障碍的防治提供理论依据。

糖尿病可诱导中枢神经系统(CNS)损伤，导致神经生理结构破坏和功能失调，最终促进认知功能下降。但是，糖尿病认知功能障碍(DACD)的发病机制及潜在治疗策略仍知之甚少。W我们的前期研究工作发现自噬在DACD早期起到保护作用。本课题我们利用自噬抑制剂（3-MA）和Atg5-/-基因敲除小鼠验证了该结论。同时，我们也在此基础上进一步探究了DACD早期，糖尿病上调神经元中自噬水平的内在分子机制。我们发现PI3K/Akt/FoxO3a是糖尿病环境下神经元自噬水平的重要调控通路。通过联合使用PI3K抑制剂（LY294002），GS抑制剂（MSO）和siRNA FoxO3a等，我们发现高糖可通过抑制PI3K/Akt信号通路，从而激活神经元中的FoxO3a转录活性，进而激活GS活性，增加Gln含量。而Gln含量增加可以抑制mTORC1活性，从而促进神经元中自噬体形成，促进自噬水平。我们也构建了AAV-FoxO3a病毒敲低FoxO3a的转录水平。研究发现敲低FoxO3a显著加重糖尿病早期小鼠的认知功能障碍情况。以上研究结果揭示了FoxO3a介导的GS是自噬在DACD早期起到保护作用的重要上游调控机制。在课题研究中，我们也发现ASK1-JNK1/2与ERS作用在介导神经元凋亡，从而促进DACD发生发展中是相互调控，相互作用。此外，我们也积极探索DACD的潜在治疗策略。我们发现DL-NBP和FGF1均可以激活Akt/CREB/BDNF信号通路，从而缓解DACD的发生发展。本课题的研究部分揭示了DACD的分子机制，将为DACD的临床治疗提供新的视角。