应用基于1H NMR的代谢组学方法研究2型糖尿病并发抑郁症的代谢机制

Diabetes patients have a high risk of depression. Diabetes and depression will aggravate each other by their interaction, and this will sharply increase the mortality and morbidity of diabetic patients. Due to lacking of systematic research method, metabolic mechanism of diabetes with depression is still not clear. 1H NMR based Metabonomics plays an important role in studying the overall metabolic pathways and providing detail changes in metabolic pathways of diabetes and its complications. During the preliminary work, our study has found some changes in the metabolic pathways of diabetes and its complications through this technique. Based on our previous studies, we will build a set of stable and reliable model of type 2 diabetes rat with depression. We will perform ex vivo NMR-based metabonomics analysis on prefrontal cortex, hippocampus, and hypothalamus from different stages of type 2 diabetic rats with depression. We will perform Western blot, TUNEL and GFAP examinations on these brain tissues to analyze the changes of neuronal plasticity, neurons apoptosis and glial cells proliferation, and to analyze their relationships with metabolic changes. The results of our study can provide a better understanding of the potential metabolic mechanism of diabetes with depression, and will help to explore a new method for the study of the pathogenesis and evolution of diabetes as well as its complications. Our results also will give insights into the study of pathophysiology of other metabolic diseases.

糖尿病患者并发抑郁症的几率高，且两者相互作用，互相加重，增加糖尿病患者病死率和致残率。由于缺乏系统的研究方法，糖尿病并发抑郁症的代谢机制至今还不清楚。基于核磁共振1H谱(1H NMR)的代谢组学是研究糖尿病及其并发症整体代谢通路的重要手段，同时可提供代谢途径变化的细节信息。在前期工作中，我们借助该方法发现了与糖尿病及其并发症相关的代谢调控通路变化。本项目拟在我们已有的研究基础上，构建一组稳定、可靠的2型糖尿病并发抑郁症大鼠模型，通过基于1H NMR的代谢组学方法、Western blot技术及病理学方法，研究糖尿病并发抑郁症发生发展过程中前额叶皮层、海马、下丘脑等不同脑区代谢改变，及其与神经可塑性改变、神经元凋亡及胶质细胞增生的关系。预期研究结果有助于阐明2型糖尿病并发抑郁症的代谢机制，也为糖尿病并发症的发病机制和发展演化研究探索新方法，同时也为其它代谢性疾病的病理生理学研究提供新的思路。

糖尿病患者并发抑郁症的几率高，且两者相互作用，互相加重，增加糖尿病患者病死率和致残率。由于缺乏系统的研究方法，糖尿病合并抑郁（DD）的代谢机制至今还不清楚。基于核磁共振1H谱(1H NMR)的代谢组学是研究糖尿病及其并发症整体代谢通路的重要手段，同时可提供代谢途径变化的细节信息。本课题组首先尝试建立DD大鼠模型，然后通过代谢组学及病理学方法，研究DD大鼠前额叶皮层、海马、下丘脑等不同脑区代谢及胶质细胞增生情况，探讨DD的发生机制。研究结果总结如下：（1）在一次性腹腔注射STZ联合28天适当的慢性不可预见性轻度应激方法处理后，大鼠出现体重下降、开野实验中的总路程、活动时间及活动次数减少，Morris水迷宫空间探索实验中的站台穿越次数减少，提示成功建立糖尿病合并抑郁症大鼠模型。（2）DD组大鼠前额叶、海马及下丘脑星形胶质细胞内胶质原纤维酸性蛋白表达增多，谷氨酰胺合成酶及谷氨酰胺酶表达下降，前额叶谷氨酸脱羧酶表达增加，提示谷氨酸-谷氨酰胺-γ氨基丁酸循环失衡。（3）DD组大鼠前额叶、海马及下丘脑中乳酸含量升高，琥珀酸含量无改变，N-乙酰天门冬氨酸含量下降。前额叶及海马肌酸含量下降，牛磺酸升高；海马及下丘脑胆碱含量下降；下丘脑丙氨酸含量下降，海马肌醇含量增加。神经递质如谷氨酸及谷氨酰胺含量在海马下降，天冬氨酸及甘氨酸含量在前额叶及下丘脑下降，γ氨基丁酸仅在下丘脑下降。上述结果表明脑内氨基酸类神经递质代谢紊乱（谷氨酸-谷氨酰胺-γ氨基丁酸循环障碍）、脑内能量代谢障碍（无氧糖酵解、乳酸-丙氨酸循环紊乱）、神经元及神经胶质细胞功能紊乱在糖尿病合并抑郁症发生中起重要作用。本研究结果为DD的研究提供动物模型建立方法，还为发病机理提供新的代谢理论解释，也为该病的防治提供新的思路。