二甲双胍通过IGF-1抑制tau蛋白过磷酸化在脑损伤诱发认知障碍中的影响和机制研究

Cognitive dysfunction is a common sequel following traumatic brain injury (TBI), and severely affect the living quality of patients, but the underlying mechanism remains unclear. Our previous work found serum IGF-1 was significantly reduced in the acute stage of TBI which facilitated p-tau in brain and cognitive dysfunction; the further study showed the molecular interaction between IGF-1 and phosphatases; simultaneously, we found metformin decreased p-tau expression induced by okadaic acid (a PP2A inhibitor) dependent on IGF-1 pathway in vitro. Therefore, we consider the new molecular mechanism of IGF-1 regulating tau phosphorylation, and the scientific hypothesis that metformin holds the neuroprotective effect following TBI via IGF-1 reducing tau phosphorylation. In this study, we will use IGF-1 transgenic mice (KI and KO vs. wildtype) following TBI to observe the endogenous role of IGF-1 on the alterations of key protein kinases and phosphatases, the downstream p-tau, signal transduction, neuroradiology and behavior after TBI, and also to explore the molecular signal network of metformin improving cognitive dysfunction following TBI, especially its effect on the IGF-1 pathway and downstream molecules, in order to provide theoretical evidence for the long-term and safe application of metformin in TBI inducing cognitive dysfunction.

认知障碍是创伤性脑损伤(TBI)的常见后遗症，严重影响患者的生存质量，但机制不清。我们前期研究发现TBI患者急性期血清IGF-1下降，诱发脑内tau蛋白过磷酸化(p-tau)导致认知障碍，进一步研究证实IGF-1与蛋白磷酸酶存在相互作用，同时发现二甲双胍可依赖IGF-1降低经冈田酸（蛋白磷酸酶抑制剂）诱导的p-tau表达，具有神经保护作用。由此我们提出IGF-1调控tau蛋白磷酸化的新型分子机制；以及二甲双胍通过IGF-1抑制p-tau形成，并在TBI中发挥神经保护作用的科学假说。我们首先利用IGF-1基因过表达和敲除的TBI小鼠模型，明确内源性IGF-1对关键蛋白酶、p-tau、信号转导及神经影像和行为学的影响，并探索二甲双胍改善TBI诱发认知障碍的分子信号网络，特别是它对IGF-1信号通路及其下游分子的影响，为这一临床已长期使用的安全有效药物运用于TBI诱发认知障碍的干预提供理论依据。

创伤性脑损伤（TBI）患者约70%出现认知障碍，严重影响患者的生存质量，但具体机制不清，彻底阐明TBI发病机理并寻求有效的治疗措施，是当今医学界亟待攻克的一项重大课题。我们发现：1.星形胶质细胞特异性胰岛素生长因子-1（IGF-1）具有明显的神经保护作用。2. 蛋白质组学提示，模式动物脑损伤后m7G甲基化酶上调，A-to-I的RNA编辑酶下调，而IGF-1的干预能逆转这些变化；我们进一步筛选出一系列表达不稳定的非编码RNA，通过靶向干预这些异常表达的ncRNA，能有效促进神经元功能恢复；其中外泌体NKILA表达明显降低，通过ceRNA机制，影响线粒体基因，导致线粒体自噬障碍；而特异性上调星形胶质细胞IGF-1，可逆转此病理过程。在此基础上，发现星形胶质细胞IGF-1调控外泌体NKILA表达，作用于神经元线粒体的自噬相关基因，阻止tau蛋白过磷酸化，改善认知障碍。基于这些研究成果，我们将深入解决如下问题：(1)研究内源性IGF-1为代表的神经内分泌信号调控外泌体NKILA对TBI后线粒体自噬以及认知功能的影响机制；(2)外泌体作为无细胞(cell-free)的治疗在临床具有潜在应用价值；(3)基于蛋白质组学分析的基础上，我们进一步通过单分子技术研究IGF-1介导RNA甲基化调控外泌体NKILA的新型分子机制，为今后针对RNA甲基化组学及RNA基因编辑研究提供新思路。