缺血性脑血管病和阿尔茨海默病脑组织中葡萄糖转运蛋白及其作用的研究

摘要

正常血液循环对组织器官的生物学功能至关重要，尤其是中枢神经系统。占体重2％人脑所消耗的能量大约占机体总耗能的20％。葡萄糖是脑耗能的唯一来源。人脑每天消耗大约120克葡萄糖，是机体静息状态下消耗量的60％。葡萄糖从血液进入脑实质必须通过血脑屏障，且必须通过内皮细胞上特殊的膜蛋白——葡萄糖转运蛋白(glucose transporters，GLUTs)——来进行。目前已发现14种不同的GLUTs，它们的分布和功能不尽相同，主要分布于血脑屏障是GLUT1，GLUT1也被用作脑血管内皮细胞的标志物。缺血性脑血管病是一类常见的，往往导致严重后果的疾病。目前尚无对缺血性脑血管病的人脑中GLUTs的水平的研究。 阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是慢性中枢神经退行性疾病。脑血管结构和功能变化在AD的发生发展中起重要作用，但脑血管结构和功能的改变如何导致AD的病理变化尚不清楚。 流行病学资料显示二型糖尿病(type2diabetes mellitus，T2DM)是AD的危险因子之一。近年研究显示胰岛素不仅调节脑的糖代谢，也在神经发育和神经活动中起重要调节作用，并可影响学习和记忆功能。对此进行研究有助于深入探讨AD的发病机制，从而为预防/治疗/延缓AD的发生发展提供依据。 第一部分： 目的：缺血性脑血管病变组织中GLUT1的研究 方法：采用Western blots方法检测了7例慢性微血管ICVD的尸检脑组织中的GLUT1水平，并与11例同龄对照组比较。 结果：GLUT1水平在ICVD组中显著降低30％以上(P＜0.05)，且GLUT1水平和低氧诱导因子-1α(Hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)水平呈正相关(P＜0.05)，但GLUT1水平降低不伴随有蛋白质O-GlcNAc糖基化水平的下降。 结论：ICVD组脑组织中的GLUT1水平降低可能是由于HIF-1α的下调所致。 第二部分： 目的：探索阿尔茨海默病葡萄糖转运蛋白变化与Tau蛋白过度磷酸化的关系。 方法：采用Western blots方法检测7例AD和7例对照脑组织中主要GLUTs——GLUT1-4水平，以及胶质细胞标志物神经胶质酸性蛋白(glialfibrillary acidic protein，GFAP)，神经元标志物钙结合蛋白(calbindin)，O-GlcNAc糖基化水平，tau蛋白磷酸化水平，HIF-1水平。 结果：AD脑中GLUT1和GLUT3较对照显著降低大约25-30％(P＜0.05)，但GLUT2较对照组升高约1.5倍（P＜0.05），GLUT4在两组间并无显著差异。脑中O-GlcNAc糖基化水平与GLUT1(P＜0.05)或GLUT3（P＜0.05）水平正相关。GLUT1水平与多数被测位点tau磷酸化水平呈显著性负相关。GLUT3水平和tau磷酸化水平负相关，但仅位点Ser214和Ser262达到统计学显著性。前叶皮质和全脑GLUT1和GLUT3水平与NFTs密度之间亦呈负相关。AD组HIF-1α水平较对照组显著下降（约为对照组的40％）(P＜0.05）。AD脑中钙结合蛋白的表达量无显著改变。GFAP水平较对照组升高约1.2倍(P＜0.05)，如GLUT2水平除以GFAP水平则该差异消失。 结论：GLUT1和GLUT3水平降低可能导致葡萄糖摄取/代谢受损和AD脑中O-GlcNAc糖基化水平降低，这可能因HIF-1下调所致。为GLUT1和GLUT3水平下降导致tau蛋白过度磷酸化和神经纤维变性提供了证据。AD脑中GLUT3水平下降不是神经元丧失导致。AD脑组织中GLUT2升高可能因为星形胶质细胞激活。 第三部分： 目的：探索糖尿病和阿尔茨海默病脑葡萄糖转运蛋白、O-GlcNAc糖基化和tau磷酸化的关系。 方法：采用Western blots方法检测7例对照、11例T2DM、10例AD和8例T2DM-AD脑前叶皮质中主要的GLUTs水平，蛋白质O-GlcNAc糖基化水平和tau磷酸化水平。 结果：T2DM脑中GLUT3较对照组显著下降（P＜0.05），但GLUT1和GLUT2水平则无明显变化（P＜0.05）。T2DM组HIF-1o水平和对照组无明显差异。T2DM、AD组GLUT3水平降低;GLUT1仅在AD组下降，T2DM组则无显著变化;GLUT2在T2DM组无变化，但AD组显著升高(P＜0.05)。在T2DM-AD组GLUT1和GLUT3水平与T2DM组相似，但GLUT2则与AD组相似。 T2DM脑中神经元GLUT3水平较AD脑下降更甚。T2DM脑中蛋白质O-GlcNAc糖基化水平和AD一样是下降的。AD脑中tau过度磷酸化的位点在T2DM脑中也存在过度磷酸化现象。 结论：T2DM增加患AD风险的机制可能是影响脑葡萄糖摄取/代谢，进而下调蛋白质O-GlcNAc糖基化水平和促使tau过度磷酸化。

目录

声明

摘要

英文缩写

引言

材料与方法

一、主要试剂

二、主要器材

三、主要抗体

四、脑组织标本

五、实验方法及主要步骤

六、统计学分析

第一部分缺血性脑血管病变组织中葡萄糖转运蛋白1的研究

结果

讨论

第一部分附图及附表

第二部分阿尔茨海默病葡萄糖转运蛋白减少与Tau蛋白过度磷酸化相关性的研究

结果

讨论

第二部分附表附图

第三部分糖尿病和阿尔茨海默病脑葡萄糖转运蛋白、O-G1cNAc糖基化和tau磷酸化的研究

结果

讨论

第三部分附表附图

参考文献

综述 阿尔茨海默病tau蛋白和葡萄糖转运蛋白的作用

攻博期间发表的科研成果目录

致谢