维生素D对2型糖尿病小鼠认知功能障碍的改善作用及抗炎机制研究

Epidemiological studies have shown that type 2 diabetes mellitus (T2DM) could accelerate the decline of cognitive function and increase the risk of dementia. Vitamin D3 possesses different biological activities like inhibiting inflammatory response, regulating gut microbiota and maintaining intestinal barrier. Therefore, Vitamin D3 has the potential of preventing T2DM-induced cognitive dysfunction, but the mechanism is unclear. The present study carries out vitamin D3 intervention experiment and fecal microbiota transplantation in T2DM mice. we intend to observe the effects of vitamin D3 on the nerve behavior index and β amyloid deposition in the brain, detect the concentration of inflammatory factors in the brain via ELISA, test the gene expression of LPS-TLR4-NF-κB and TNF-α-IKK-β-NF-κB pathway by qRT-PCR, detect gut microbiota and screen the key bacterial genus by 16S rRNA sequencing. We assess the effects of vitamin D3 on T2DM-induced cognitive dysfunction and inflammatory response via the above methods. According to integration analysis between the 16S rRNA sequencing data and inflammatory factors, we evaluate the effects of vitamin D3 on the specific anti-inflammatory mechanism by gut microbiota, and provide the theory basis for the prevention and treatment of vitamin D3 on T2DM-induced cognitive dysfunction.

2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）可能加速认知功能下降，增加痴呆发病风险。维生素D3具有抗炎、调节肠道菌群和维护肠道屏障功能的生物学活性，具有预防T2DM认知功能障碍的潜能，但机制尚不明确。本项目拟利用T2DM小鼠模型开展维生素D3干预实验和肠道菌群移植实验，观察维生素D3对小鼠神经行为和大脑β淀粉样沉积的影响；通过ELISA法检测海马和前额皮层中炎症因子浓度，通过qRT-PCR法检测LPS-TLR4-NF-κB和TNF-α-IKK-β-NF-κB炎症通路相关基因和蛋白表达，并通过16S rRNA测序检测小鼠肠道菌群的结构变化，筛选出关键影响菌属，评估维生素D3对T2DM认知功能障碍及炎症应激的影响；根据肠道菌群测序数据和炎症因子的关联整合分析，评价维生素D3作用于肠道菌群的抗炎机制，为维生素D3预防和治疗T2DM患者认知功能障碍提供理论依据。

2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）可能加速认知功能下降，增加痴呆发病风险。维生素D3具有抗炎、调节肠道菌群和维护肠道屏障功能的生物学活性，具有预防T2DM认知功能障碍的潜能，但机制尚不明确。本项目首先通过不同剂量维生素D3（1000、500、250 IU/kg d）灌胃 db/db糖尿病小鼠16周来评估其对T2DM认知功能障碍的影响。通过酶联免疫吸附法、免疫印迹、免疫组化和免疫荧光等方法检测海马和前额皮层中炎症因子、LPS-TLR4-NF-κB和TNF-α-IKK-β-NF-κB炎症通路相关基因和蛋白水平，并通过16S rRNA测序检测小鼠肠道菌群的结构变化，结果显示，维生素D3能够降低糖尿病小鼠空腹血糖和糖化血清蛋白浓度，改善海马和皮质的细胞形态结构，降低Morris水迷宫试验逃避潜伏期，增加小鼠穿台次数，增加新物体辨别指数；维生素D3能够升高糖尿病小鼠海马和皮质中5-HT浓度，降低海马和皮质中炎症因子（IL-6、IL-18）及炎症通路相关蛋白（TNF-α、P-NF-κB p65/ NF-κB p65、p-IκB-α/IκB-α）表达水平，增加维生素D受体（VDR）、认知功能相关蛋白（p-CREB/CREB、BDNF）表达水平，降低厚壁菌门的数量，增加拟杆菌门的数量。随后，本项目通过肠道菌群移植实验来验证维生素D3是否通过调节肠道菌群改善T2DM认知功能障碍。结果显示，肠道菌群移植对db/db小鼠血清血糖、胰岛素和糖化血清蛋白均无影响，但能够降低糖尿病小鼠逃避潜伏期；肠道菌群移植能够轻度抑制皮质P-NF-κB p65、IL-6、TLR4表达，增加VDR、P-CREB、C-FOS、BDNF表达。综上，本研究显示维生素 D3能够部分缓解2型糖尿病小鼠糖代谢异常，改善糖尿病认知功能障碍，调节T2DM引起的肠道菌群结构紊乱，部分抑制LPS-TLR4-NF-κB p65和TNF-α-IκBα-NF-κB p65炎症通路是可能机制之一。但是本研究中高剂量1000IU/kg d维生素D3并不能显著改善2型糖尿病轻度认知功能障碍，提示维生素D3的适宜剂量还需要更多的人群研究来验证。尽管如此，本研究为维生素D3参与预防T2DM认知功能障碍的研究提供了一定的理论依据。