高糖狀態(tài)下星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元的代謝特征及關(guān)聯(lián)研究.pdf

1、糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種以高血糖為主要特征，伴隨胰島素分泌絕對不足或相對不足的代謝紊亂綜合征。全球范圍內(nèi)，糖尿病患病率逐年遞增，并且往往患有嚴(yán)重而又廣泛的并發(fā)癥，涉及全身各個器官和組織。近年來，糖尿病中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷日益引起人們的廣泛關(guān)注。其中，糖尿病認(rèn)知功能損傷主要表現(xiàn)為認(rèn)知障礙和神經(jīng)生理功能的缺失，已經(jīng)嚴(yán)重影響到了糖尿病患者的生活質(zhì)量。已有的機(jī)制研究主要涉及氧化應(yīng)激，晚期糖基化終產(chǎn)物產(chǎn)生增多，線粒體功

2、能障礙等。然而糖尿病相關(guān)認(rèn)知損傷的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，目前的研究仍未明確。神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，各自在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常運行中發(fā)揮著不可替代的作用，二者共同維持腦代謝和腦功能。因此，深入探討高糖刺激神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞的代謝特征有利于進(jìn)一步揭示高血糖造成的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂。
　　故首先分別進(jìn)行了神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞的原代提取培養(yǎng)和純化工作，掌握了相對成熟的提取培養(yǎng)方法，獲得了較純凈的原代神經(jīng)

3、元和星形膠質(zhì)細(xì)胞。繼而運用核磁共振代謝組學(xué)技術(shù)分別檢測高糖刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞和原代神經(jīng)元的體外模型中細(xì)胞內(nèi)外整體的代謝特征，全面理解高糖對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的代謝影響。
　　對于星形膠質(zhì)細(xì)胞的代謝特征研究發(fā)現(xiàn)，高糖刺激導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞增生。代謝組學(xué)結(jié)果表明星形膠質(zhì)細(xì)胞經(jīng)高糖培養(yǎng)72h后，胞內(nèi)乳酸產(chǎn)生增多且持續(xù)釋放到胞外。亮氨酸，異亮氨酸，甲硫氨酸和酪氨酸是星形膠質(zhì)細(xì)胞在高糖環(huán)境下消耗最多的四種氨基酸。此外，滲透壓調(diào)節(jié)底物牛磺酸，肌醇，甜菜

4、堿等的含量均明顯高于正常培養(yǎng)組；而細(xì)胞膜合成底物膽堿和磷酸膽堿的含量均顯著低于正常培養(yǎng)組。因此，我們的這部分實驗主要闡明了高糖環(huán)境下，星形膠質(zhì)細(xì)胞的多條代謝通路發(fā)生紊亂，其中包括糖酵解活性增強(qiáng)，三羧酸循環(huán)活性減弱，滲透壓調(diào)節(jié)需求和生物合成途徑均顯著增強(qiáng)。
　　通過進(jìn)一步對神經(jīng)元的代謝特征研究發(fā)現(xiàn)，高糖刺激會誘導(dǎo)原代神經(jīng)元凋亡。代謝組學(xué)結(jié)果表明原代神經(jīng)元經(jīng)高糖培養(yǎng)72h后，吸收外源性的必需氨基酸（異亮氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸）的能力減

5、弱，導(dǎo)致胞內(nèi)水平降低，無法滿足細(xì)胞內(nèi)正常代謝的需求。而且，生理狀態(tài)下代謝物之間密切的相關(guān)性在高糖刺激下明顯減弱。此外，原代神經(jīng)元在高糖培養(yǎng)下，能量相關(guān)代謝產(chǎn)物發(fā)生了顯著的變化，高能磷酸化合物等儲能物質(zhì)的水平顯著升高，如肌酸，磷酸肌酸，三磷酸腺苷，二磷酸腺苷和一磷酸腺苷。因此，我們推測能量代謝與糖尿病認(rèn)知功能減退的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。
　　結(jié)合上述實驗結(jié)果，我們對高血糖對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷有了如下認(rèn)識：在星形膠質(zhì)細(xì)胞中由于糖酵解過程增

6、強(qiáng)產(chǎn)生了更多的三磷酸腺苷，而在神經(jīng)元中主要經(jīng)三羧酸循環(huán)產(chǎn)生了更多的三磷酸腺苷，共同導(dǎo)致腦內(nèi)三磷酸腺苷的異常升高。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞在高糖環(huán)境下代謝產(chǎn)生更多的乳酸和醋酸，并向胞外轉(zhuǎn)運，而在神經(jīng)元中則吸收更多醋酸到胞內(nèi)。滲透壓調(diào)節(jié)物質(zhì)僅在星形膠質(zhì)細(xì)胞中檢測到，并呈現(xiàn)出滲透壓調(diào)節(jié)增強(qiáng)的現(xiàn)象。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞在高糖刺激下利用必需氨基酸的能力增強(qiáng)，相反，神經(jīng)元利用必需氨基酸的能力減弱。本文運用核磁共振代謝組學(xué)技術(shù)從全面的視角去研究高血糖對中樞神