PK2/PKRs介导的海马可塑性在糖尿病认知功能障碍中的作用及机制研究

Diabetes mellitus (DM) can induce hippocampal synaptic damage, cause cognitive dysfunction, but the mechanism is still unknown. Long term potentiation (LTP) is an important form of synaptic plasticity in hippocampus, and it is also the neurobiological basis of cognitive impairment in DM. PK2, a secreted protein, participates in the biological rhythm, the growth of blood vessels and smooth muscle contraction and other physiological processes via binding with PKRs. Our previous studies have found that PK2/PKRs are involved in LTP of hippocampus in mice, and PK2 can improve spatial learning and memory impairment in DM mice. It is suggested that PK2/PKRs mediated synaptic plasticity may play an important role in DM cognitive dysfunction. The behavioral test, immunohistochemistry, molecular biology, electrophysiology and calcium imaging method are used in the project to study the role of PK2/PKRs in hippocampal synaptic plasticity and the correlation with cognitive function, to explore the relationship between PK2/PKRs and DM-induced cognitive dysfunction, and to clarify whether GSK-3β is involved in the effect of PK2/PKRs. This study will reveal the molecular mechanisms of hippocampal synaptic plasticity and DM induced cognitive dysfunction and provides the new targets for prevention and treatment.

糖尿病（DM）可导致海马突触损伤，引起认知功能障碍，但其具体机制未明。长时程增强是海马突触可塑性的重要表现形式，更是DM认知功能障碍的神经生物学基础。PK2是一种分泌蛋白，通过与其受体PKRs结合，参与生物节律、血管生长和平滑肌收缩等生理过程。我们前期研究发现PK2/PKRs参与大鼠海马长时程增强作用，并且PK2可改善DM小鼠空间学习记忆损伤。提示PK2/PKRs介导的海马突触可塑性可能在DM认知功能障碍中发挥重要作用。本实验采用行为学测试、免疫组织化学、分子生物学、电生理学及钙离子成像等方法，研究PK2/PKRs在海马突触可塑性中的作用及与认知功能的相关性，探讨两者在DM海马突触可塑性中的作用及与认知功能障碍的关联性，阐明GSK-3β在PK2/PKRs参与DM海马认知功能障碍中的关键介导作用。该研究将揭示DM海马突触可塑性和认知功能障碍的分子机制，并为DM认知功能障碍防治提供新的靶点。

糖尿病（DM）可导致海马突触损伤，引起认知功能障碍，但其具体机制未明。长时程增强是海马突触可塑性的重要表现形式，更是DM认知功能障碍的神经生物学基础。PK2是一种分泌蛋白，通过与其受体PKRs结合，参与生物节律、血管生长和平滑肌收缩等生理过程。本实验采用行为学测试、免疫组织化学、分子生物学、电生理学及钙离子成像等方法，研究PK2/PKRs在海马突触可塑性中的作用及与认知功能的相关性，探讨两者在DM海马突触可塑性中的作用及与认知功能障碍的关联性，阐明GSK-3β在PK2/PKRs参与DM海马认知功能障碍中的关键介导作用。结果发现：① PK2/PKRs信号通路蛋白在糖尿病海马中的表达发生改变，苦参碱可改善糖尿病小鼠空间学习记忆损害，此作用与改善内质网应激、调节PK2/PKRs信号通路蛋白有关。蛋白质-蛋白质相互作用结果显示PK2、PKR1、PKR2与PTP1B、MC4R之间有关联性。② PTP1B抑制剂克拉拉明可改善糖尿病小鼠的空间学习和记忆损害，其具体机制与调节糖尿病小鼠海马突触相关蛋白（PSD-95、SYN-1、SYP）有关；胰岛素信号通路（p-IRS1、p-PI3K、p-AKT 和 p-GSK-3β）相关蛋白也参与其中。③ MC4R激动剂 Setmelanotide可改善 db/db 小鼠的空间学习记忆损害，可能是通过减轻内质网和线粒体损伤降低 db/db 小鼠海马神经元细胞的形态学损伤从而改善学习记忆损害。体外实验显示洛利普兰预处理SH-SY5Y细胞,对PA导致的神经元细胞损伤有保护作用，其机制与抑制氧化应激和凋亡相关及增加p-MAPK蛋白水平相关。以上研究揭示了PK2/PKRs及相关信号通路在糖尿病学习记忆损害中的作用，并且发现与PK2有关联性的PTP1B、MC4R参与糖尿病学习记忆损伤的过程，以上研究为开发以PK2/PKRs为靶点的防治糖尿病学习记忆损害的药物提供了实验依据。