蛋白O-GlcNAc糖基化在高血糖加重脑缺血损伤中的作用及机制研究

Hyperglycemia not only increases the infarct area of ischemic stroke, but also induces the hemorrhage transformation (HT) . It is an independent predictor of poor prognosis, but its mechanism is not clear. Excessive glucose into hexosamine biosynthesis pathway (HBP) can promote the modification of O-GlcNAcylation of intracellular proteins.O-GlcNAcylation is a new type of intracellular stress "receptor". Moderate up-regulation can enhance the body's defense ability, but excessive increase can cause damage. It was reported that O-GlcNAcylation was involved in diabetic arrhythmias and vascular sclerosis.Our pilot results showed that reducing O-GlcNAcylation could not only reduce the area of cerebral infarction in diabetic mice, reduce the neurological symptoms, but also control the hemorrhagic transformation induced by hyperglycemia injection.This project intends to establish a variety of diabetic animal and cell models with ischemic stroke , application OGT (glycosyl transferase) knockout mice and pharmacology methods regulation O-GlcNAcylation levels, clarify the O-GlcNAcylation in hyperglycemia increase the role of cerebral ischemia, and focus on the AKT signaling pathway to exploreO-GlcNAcylation on the molecular mechanism of cell apoptosis, for ischemic brain injury prevention and control and neural protectants the discovery of new targets to provide new ideas and strategies.

高血糖不仅增加缺血性脑卒中的梗死面积，还能诱发出血转化，是转归不良的独立预测因素，但其作用机制未明。过多的葡萄糖进入己糖胺通路可以促进细胞内蛋白的O-GlcNAc糖基化修饰。O-GlcNAc糖基化是一种新型的细胞内应激“感受器”，适度上调可以增强机体的防御能力，但过度增加则会引起损伤。实验报道O-GlcNAc糖基化参与糖尿病诱发的心律失常和血管硬化。预实验结果显示，降低O-GlcNAc糖基化不仅能减小糖尿病小鼠的脑梗死面积、减轻神经症状，还控制高糖诱发的出血转化。本项目拟建立多种糖尿病合并缺血性脑卒中动物和细胞模型，应用OGT（糖基化转移酶）敲除小鼠和药理学方法调控O-GlcNAc糖基化水平，阐明O-GlcNAc糖基化在高血糖加重脑缺血中的作用，并围绕AKT信号通路探讨O-GlcNAc糖基化对细胞凋亡调节的分子机制，为缺血性脑损伤的防治及神经保护剂新靶点的发现提供新的思路和策略。

高血糖是脑卒中高发病率和高死亡率的重要的独立危险因素。在应激状态下，细胞对葡萄糖的摄取增加进而激活HBP/O-GlcNAcylation代谢途径。O-GlcNAcylation是一种内源性应激激活反应，在机体受到伤害性刺激时糖基化水平会上调，从而增强机体的抵抗力，然而过度或持久性的上调则会产生不利的效应。本课题较为系统地应用多种高糖合并脑缺血的动物和细胞模型，研究在高血糖状态下 O-GlcNAc 糖基化对脑缺血损伤的作用。研究结果表明，Thiamet-G提高蛋白O-GlcNAc糖基化水平后加重糖尿病小鼠和急性高血小鼠脑缺血损伤，并诱导出血转化。与此相一致，Thiamet-G减弱了正常糖环境条件下培养的bEnd3细胞的OGD/R损伤，而在高糖环境下培养的bEnd3细胞，Thiamet-G加剧了OGD/R引起的细胞损伤，以上结果提示，O-GlcNAc修饰对高血糖条件下脑缺血损伤的不利影响，揭示了O-GlcNAcylation在脑缺血中的“双刃剑”作用。此外，通过体内外实验模型，我们发现高糖合并脑缺血后糖基化水平的上升诱导细胞凋亡。此外，对机械取栓的急性脑卒中患者临床资料进行多因素回归分析，结果表明：入院血糖为发生HT的独立危险因素，发生HT是AIS患者机械取栓预后不良的独立危险因素。此外，利用RNA-seq测序探究参与高糖加重脑缺血损伤的关键基因和信号通路。研究结果表明：差异表达基因主要富集在炎症反应、感染和免疫反应等生物进程，NLRP3炎性小体等相关基因为主要差异基因。最后，我们进一步探究高糖加重脑缺血损伤诱发的出血转化潜在的分子机制，研究结果表明：高糖促进脑缺血再灌注损伤后BMECs氧化应激损伤，增加BMECs的内吞作用，加剧BBB渗漏，促进小胶质细胞NLRP3炎性小体的激活，而NADPH治疗后则能有效减轻高糖加重的脑缺血损伤。综上所述，该课题证实了在高糖状态下，蛋白 O-GlcNAc 糖基化的过度上调加重了脑缺血性损伤，其参与的分子机制与促进凋亡和诱导出血转化相关。高糖加重脑缺血损伤诱导出血转化与小胶质细胞NLRP3炎性小体的激活相关。该研究将加深高血糖合并脑缺血发生的病理生理机制的认识，对于更为可靠的药物作用靶点的发现以及临床上改进脑缺血后治疗方案、改善预后具有重要的意义。