电压门控性钾通道在糖尿病认知功能障碍中的作用及机制研究

Mild and moderate cognitive dysfunction was accounted for 60%-70% in diabetes, however, the mechanism of diabetic cognitive dysfunction was not completely understood. Voltage-gated potassium channel (Kv) is associated with cognitive dysfunction, and our previous study has confirmed it further. We speculate that IA and IK were involved in high glucose, high insulin concentration and insulin resistance through PI3K/Akt pathway in neurons, and then caspase-dependent apoptosis was activated; meanwhile, influenced current of NMDA attenuated synaptic plasticity, which contributed to cognitive dysfunction. This project will adopt patch clamp technique, behavioral science, molecular biology, immunocytochemistry/ immunohistochemistry, confocol, electron microscopy and other techniques in order to clarify the effects of glucose, insulin and insulin resistance on IA and IK, and the mechanism of IA and IK for NMDA receptor, intercellular calcium, synaptic transmission and plasticity on the whole, cell and molecular levels. These findings will demonstrate not only an essential role of Kv in diabetic cognitive dysfunction but also a therapeutic potential target of Kv in cognitive dysfunction treatment.

60%-70%的糖尿病患者存在轻、中度认知功能障碍，其发病机制尚未明确。电压门控性钾通道（Kv）与认知功能障碍密切相关，但是Kv在糖尿病认知功能障碍中的作用和地位等目前国内外尚未见报道。本课题组前期研究也发现Kv上调可促进认知功能障碍。我们推测Kv参与了糖尿病认知功能障碍的发生，可能通过高血糖、高胰岛素及胰岛素抵抗经由PI3K/Akt通路，使神经元电压门控性钾通道IA和IK电流变化，NMDA电流变化，突触可塑性降低；同时激活caspase，诱导神经细胞凋亡。本项目应用膜片钳技术，结合行为学、分子生物学、免疫组织/细胞化学、激光共聚焦、电镜等技术，在整体、细胞及分子水平上，系统研究葡萄糖、胰岛素水平及胰岛素抵抗对IA和IK的调控及机制，IA和IK功能和表达改变对NMDA受体、细胞内钙、突触功能和结构可塑性等的调控机制，揭示Kv在糖尿病认知功能障碍发生中的作用，为认知障碍的防治提供新靶点。

60%-70%的糖尿病患者存在轻、中度认知功能障碍，其发病机制尚未明确。电压门控性钾通道（Kv）与认知功能障碍密切相关，但是Kv在糖尿病认知功能障碍中的作用和地位等目前国内外尚未见报道。本课题组前期研究也发现Kv上调可促进认知功能障碍。我们推测Kv参与了糖尿病认知功能障碍的发生。本项目研究了电压门控性钾通道（Kv）阻断剂四乙胺（TEA）和4-氨基吡啶（4-AP）、促红细胞生成素（EPO）和利拉鲁肽（liraglutide）对糖尿病认知功能障碍的作用及相关机制。1）对C57BL/6J小鼠连续5天腹腔注射65mg/kg体重链脲佐菌素（STZ），造模成功后，将实验分为正常组、模型组、TEA组和4-AP组。每周监测体重及空腹血糖；给药4周后进行Morris水迷宫实验。结果显示，与正常组相比，模型组体重变化平缓，空腹血糖明显升高；逃避潜伏期和游泳距离增加，穿越平台次数降低；胰腺和海马超微结构受损；海马SOD活力下降，MDA含量升高；Kv2.1和Kv4.2表达上调，cleaved caspase 3和Bax表达增加，Bcl-2表达降低，PI3K和Akt2表达下降，GSK-3β表达升高；与模型组相比，TEA和4-AP对体重无明显影响，可降低潜伏期和游泳距离，增加穿台次数；改善胰腺和海马超微结构；提高海马SOD活力，降低MDA含量；抑制Kv2.1和Kv4.2的上调，降低cleaved caspase 3和Bax表达，增加Bcl-2表达，上调PI3K和Akt2表达，下调GSK-3β表达。提示TEA和4-AP可通过阻断Kv通道经由PI3K/Akt/GSK-3β信号通路对STZ诱导的糖尿病小鼠认知功能障碍起到保护作用。2）EPO可显著提高HG损伤PC12细胞的存活率，降低细胞LDH漏出量，提高SOD活力，降低MDA水平，抑制ROS生产，改善氧化应激；且该保护作用可能与PI3K信号通路有关；EPO显著提高实验性糖尿病大鼠学习记忆能力，其机制可能与改善糖代谢，激活EPOR/PI3K/Akt2通路有关。3）利拉鲁肽对T1DM和T2DM小鼠认知功能障碍均有保护作用，其机制可能与PI3K/Akt/GSK-3β信号通路有关。本研究为糖尿病认知功能障碍的防治提供新靶点及临床联合用药指导。