糖尿病引起AQP4错位分布的分子机制及其对Aβ清除的影响

β-Amyloid (Aβ) clearance reduction, caused by the glymphatic system dysfunction, is the main reason of Aβ aggregation in sprodic Alzheimer's disease (AD). The function of glymphatic system is significantly influenced by aquaporin4 AQP4 localization of in the foot of perivascular astrocytes. Our previous studies found that diabetes could cause the reduction of AQP4 expression, Aβ transport dysfunction and Aβ aggregation in the hippocampus region of rats. However, clear mechanisms have not been proved. In the present research, we will elucidate the glymphatic system change and the correlation with Aβ clearance in patients with diabetes, using MRI and PET/CT technology; At the same time, double immunofluorescence labeling method and immuno-electron microscope will be applied to explain the influence on AQP4 expression, distribution, and the correlation with Aβ clearance in diabetes. Our in vitro laboratory experiments will focus on the molecular mechanism of AQP4 mislocalization, especially the phosphorylation and distribution process of AQP4 through the insulin receptor signaling pathways PI3K/Akt/mTOR pathway and Ras/Raf/MEK/ERK pathway. The results may facilitate a better understanding of the mechanism of AD promoted by diabetes, providing new targets and ideas for the prevention of AD.

类淋巴系统功能障碍引起β淀粉样蛋白（Aβ）清除减少是散发性阿尔茨海默病（AD）脑内Aβ聚集的重要原因，血管周围星形胶质细胞足突末端水通道蛋白AQP4丢失是影响类淋巴系统功能的主要机制。我们前期研究发现，糖尿病大鼠海马AQP4表达显著减少，Aβ清除障碍，脑内Aβ聚集明显增加，但是其机制尚不完全清楚。本研究将应用MRI、PET/CT等技术研究糖尿病患者类淋巴系统功能变化及其与脑内Aβ清除的关系；应用免疫双标、免疫电镜等方法，研究糖尿病对AQP4表达及定位分布的影响，及其与Aβ清除的关系；应用培养的星形胶质细胞，研究糖尿病引起AQP4错位分布的分子机制，尤其胰岛素信号通路调节AQP4定位分布的机制，对于进一步阐明糖尿病促进AD的机制具有重要意义，将为AD防治提供新的靶点和思路。

阿尔茨海默病（AD）的发病机制还不完全清楚，大量证据表明，脑内β淀粉样蛋白（Aβ）沉积是AD发病的关键环节。清除障碍是散发性AD脑内Aβ聚集的重要原因，类淋巴系统是清除Aβ的重要途径，而血管周围星形胶质细胞足突末端水通道蛋白（AQP4）极性分布是调节类淋巴系统功能的主要机制。糖尿病是AD的重要危险因素，但是其促进AD与类淋巴系统的关系尚无研究。.本项目首先选择糖尿病患者及年龄、相匹配健康对照，腰椎穿刺鞘内注射钆造影剂，于注射前、注射后6小时、24小时、48小时，3.0T磁共振T2-FLAIR扫描，显示糖尿病患者脑实质内钆清除明显减慢，提示类淋巴系统功能减退。糖尿病模型小鼠，枕大池注射红色荧光（ovalbumin-conjugated ALEXA-647, OA-647，45kD），注射前、注射后30分钟、180分钟，双光子显微镜观察发现，脑组织间液荧光素清除率明显减慢，证明糖尿病引起了类淋巴系统功能减退。免疫双标共聚焦显微镜观察发现，糖尿病小鼠血管周围星形胶质细胞轴突末端AQP4分布明显减少，而内化明显增加，提示糖尿病引起AQP4错位分布，可能是糖尿病引起类淋巴系统功能障碍的机制之一。通过体外实验，研究高血糖引起AQP4内化及错位分布的机制，尤其与锚定蛋白的关系，目前完成部分实验，剩余研究正在进行。.通过本项目，首次明确糖尿病可以引起类淋巴系统功能障碍和Aβ清除减少，其机制主要与高血糖引起AQP4错位分布有关, 对于进一步阐明糖尿病促进AD的机制具有重要意义，将为AD防治提供新的思路和靶点。本项目研究期间，共发表第一资助SCI论文11篇，国际阿尔茨海默病会议（AAIC）壁报交流论文17篇，培养博士6名，硕士3名。