mTOR对糖尿病脑病db/db小鼠突触可塑性的调节作用以及木犀草素的保护机制

Diabetes mellitus (DM) is a global health threat. Long-term high glucose status may cause damage to the central nervous system, resulting in diabetic encephalopathy. There remains mystery as to the regulatory mechanism of mTOR in hippocampal synaptic plasticity. mTOR can be involved in the regulation of synaptic plasticity by regulating protein translation. The applicant discovered that luteolin can down-regulate the expression of mTOR protein in the hippocampus and attenuate the damages to the hippocampal synaptic plasticity, thus improving the cognitive functions in db/db mice. We speculated that mTOR might be closely correlated with the synaptic plasticity damage in diabetic encephalopathy. Synaptic plasticity in this project will serve as the starting point, adopting a variety of methods in the observation of the morphological changes of hippocampal neurons, and changes in synaptic ultramicrostructure and dendritic spine density plus detections of the changes of hippocampal LTP and the expressions of related proteins SYN, GAP-43 and PSD-95, as well as the phosphorylated protein expression of mTOR, 4E-BP1 and p70S6K. Furthermore, the applicant will elucidate the regulatory effect of mTOR on synaptic plasticity in db/db mice both in vitro and in vivo, and investigate the protective effect of luteolin on mTOR signaling pathway in db/db mice, and ultimately, will contribute to the development of novel therapeutic strategies for diabetic encephalopathy.

长期高糖状态可引起中枢神经系统损害，导致糖尿病脑病。糖尿病脑病的发生与海马突触可塑性损伤密切相关，mTOR可通过调控蛋白质翻译参与突触可塑性的调节。但是，在糖尿病脑病状态下，mTOR对海马突触可塑性的调节作用机制尚未明确。申请者发现木犀草素可下调海马mTOR蛋白的表达，减轻海马突触可塑性损伤，进而改善db/db小鼠认知功能。我们推测在糖尿病脑病状态下，mTOR与海马突触可塑性损伤密切相关。因此本项目将以突触可塑性为切入点，利用多种方法观察海马神经元形态学变化、突触超微结构变化和树突棘密度变化；检测海马LTP变化情况和相关蛋白SYN、GAP-43、PSD-95、mTOR及其下游蛋白4E-BP1与p70S6K磷酸化蛋白表达情况，从整体及细胞水平阐明mTOR信号通路对糖尿病脑病海马突触可塑性的调节作用，并基于mTOR信号通路研究木犀草素的保护作用机制，为治疗糖尿病脑病提供新思路。

长期高糖状态可引起中枢神经系统损害，导致糖尿病脑病。该疾病的发生与海马突触可塑性损伤密切相关。mTOR可通过调控蛋白质翻译参与突触可塑性调节。但在糖尿病脑病状态下，mTOR对突触可塑性的调节作用机制尚未明确。因此本项目以突触可塑性为切入点，从整体水平，研究在糖尿病脑病状态下，mTOR信号通路对海马突触可塑性的调节作用，并基于mTOR信号通路研究木犀草素的保护作用机制。.整体水平研究：以db/db小鼠为糖尿病脑病模型，Morris水迷宫实验检测db/db小鼠学习记忆能力变化，免疫印迹法检测突触相关蛋白SYN和PSD-95的表达，mTOR信号通路蛋白Akt、mTOR、4E-BP1和p70S6K的表达及其磷酸化水平，HE染色观察海马病理形态学变化。结果表明，db/db小鼠的学习记忆能力显著降低，mTOR信号通路蛋白Akt、mTOR、P70S6K和4E-BP1的磷酸化水平显著升高，突触蛋白SYN和PSD-95表达显著降低，HE染色结果显示，db/db小鼠海马CA1区神经元数目显著降低，细胞间隙增大，排列紊乱，染色较浅。给予db/db小鼠雷帕霉素和木犀草素后，其学习记忆能力显著升高，海马中mTOR信号通路蛋白Akt、mTOR、P70S6K和4E-BP1磷酸化水平显著降低，突触蛋白SYN和PSD-95表达显著升高，HE染色结果显示，海马CA1区神经元数目显著提高，细胞间隙减小，染色加深。.细胞水平研究：以丙酮醛诱导PC12细胞损伤模拟糖尿病脑病的体外模型，免疫荧光法检测PC12细胞内p-mTOR和p-4E-BP1蛋白含量。结果显示，模型组PC12细胞中p-mTOR和p-4E-BP1蛋白水平显著提高，给予木犀草素后，可降低细胞中p-mTOR和p-4E-BP1蛋白水平。表明木犀草素可通过降低mTOR和4E-BP1蛋白的磷酸化，发挥神经保护作用。.以上研究表明：在糖尿病脑病状态下，db/db小鼠海马中mTOR信号通路被过度激活，加重海马突触可塑性损伤；木犀草素可通过抑制mTOR信号通路的过度激活，对海马突触可塑性进行调节，减轻突触可塑性损伤。也揭示了木犀草素基于mTOR信号通路改善糖尿病脑病，为今后以mTOR为靶点设计、合成新型治疗用木犀草素衍生物及对糖尿病脑病药物的筛选提供更多选择。在该课题资助下，共发表SCI论文6篇；申请发明专利1项；培养硕士研究生4名，博士后1名。