重磅！中南大学湘雅医院发现糖尿病认知功能障碍发病新机制 揭示治疗新靶点

近日，中南大学湘雅医院研究团队在Nature子刊《Cell Death&Disease》上发表了题为“High glucose induces tau hyperphosphorylation in hippocampal neurons via inhibition of ALKBH5-mediated Dgkh m6A demethylation: a potential mechanism for diabetic cognitive dysfunction”的研究论文，该研究报道了糖尿病认知功能障碍发病的新机制。研究人员首次发现糖尿病大鼠海马N6-甲基腺嘌呤（m6A）去甲基化酶AlkB同系物5（ALKBH5）下调并导致海马神经元tau蛋白过度磷酸化；通过甲基化RNA免疫沉淀测序（MeRIP-seq）和转录组RNA测序（RNA-seq）筛选并验证ALKBH5调控的靶基因甘油二酯激酶η（Dgkh），发现ALKBH5的下调引起Dgkh的m6A修饰水平增加，从而导致Dgkh的mRNA和蛋白水平的下降。同时，在体外和体内过表达Dgkh能有效改善tau蛋白过度磷酸化和糖尿病认知功能障碍。

https://www.nature.com/articles/s41419-023-05909-7

研究背景

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糖尿病(DM)是一种常见的慢性疾病，其特征是血糖升高和影响全身所有重要器官的慢性并发症。糖尿病可影响中枢神经系统，糖尿病患者的认知功能障碍或阿尔茨海默病(AD)患病率比对照组高2 - 3倍。认知功能的下降对患者的生活质量和治疗计划的实施有重大影响。

海马是认知和记忆的中枢，是维持认知功能的重要脑区。Tau蛋白是最丰富的微管相关蛋白，在神经元细胞中具有维持微管稳定的作用。在病理状态下，tau蛋白过度磷酸化是引起神经退行性疾病的重要变化之一。高糖已被确定为海马神经元tau蛋白过度磷酸化的主要原因之一，介导糖尿病认知功能障碍。因此，研究高糖(HG)诱导tau蛋白过度磷酸化的机制至关重要。

n6 -甲基腺苷(m6A)是大多数真核生物mRNA的转录后修饰，是哺乳动物细胞中最常见的mRNA修饰。最近的研究报道m6A修饰与糖尿病及其相关并发症密切相关。m6a相关酶在糖尿病认知功能障碍中的变化也有初步报道。然而，m6A去甲基化酶ALKBH5在糖尿病认知功能障碍中的作用以及tau蛋白过度磷酸化的机制尚不清楚。

研究过程

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一些研究报道，tau过度磷酸化诱导的神经变性是糖尿病认知功能障碍的关键病理特征。Tau是一种主要的神经元蛋白，在本研究中，研究人员观察到12周时STZ诱导的糖尿病大鼠海马中p-tau (T231)和p-tau (PHF-1)水平显著升高。这些发现与之前的研究一致。认知障碍程度与海马神经元tau蛋白过度磷酸化呈正相关。

多项研究报道糖尿病患者的m6A甲基酯酶水平随时间而变化。ALKBH5主要定位于核斑点，已被证明在神经发育和神经退行性疾病中发挥关键作用。ALKBH5缺失损害神经祖细胞增殖和分化，并降低全脑体积。研究发现高糖刺激后，在HN-h细胞中ALKBH5的表达减少，同时tau磷酸化增加，并且ALKBH5过表达有效地逆转了tau的过度磷酸化。这是第一个报道高糖通过下调ALKBH5引起tau蛋白过度磷酸化的研究。

Tau蛋白是许多蛋白激酶的底物，Tau蛋白的磷酸化受到许多蛋白激酶和其他蛋白的调节。由于ALKBH5是一种修饰m6a的去甲基化酶，因此ALKBH5介导的去甲基化活性影响核RNA输出和RNA代谢，从而调节蛋白表达。因此，研究人员通过m6A-mRNA表位转录组芯片和RNA-seq鉴定了ALKBH5调节tau过度磷酸化的靶蛋白。通过数据分析和文献回顾，研究人员发现Dgkh、Clasp1和Pde1b与中枢神经系统疾病有关;然而，在糖尿病和hg处理的HN-h细胞中，只有Dgkh水平降低。此外，研究人员通过MeRIP-PCR发现HG导致Dgkh mRNA的m6A甲基化修饰增加，这在ALKBH5过表达后是相反的。ALKBH5的过表达也可以恢复hg诱导的Dgkh mRNA和蛋白水平的下降。总之，这些发现表明ALKBH5可能通过调节Dgkh的表达参与tau磷酸化的进程。

此外，研究人员探讨了Dgkh在tau过度磷酸化中的作用。Dgkh是一种二酰基甘油激酶，可改变其底物二酰基甘油(DAG)和其他影响细胞功能的效应器的活性。各种DGK亚型已被证明在CA1海马的突触可塑性中具有调节作用。Dgkh在海马、小脑、脑纹状体等组织中高表达。它的表达在小鼠大脑发育过程中增加，这意味着这种激酶可能在后期发育中起作用。此外，Dgkh对双相情感障碍和注意缺陷/多动障碍有显著影响。然而，Dgkh在糖尿病认知功能障碍和其他神经退行性疾病中的作用尚未被发现。在体内和体外实验中，研究人员发现Dgkh过表达有效地降低了tau的过度磷酸化，但不影响ALKBH5的表达水平。这表明Dgkh位于ALKBH5的下游，HG降低ALKBH5介导的Dgkh，导致海马神经元tau过度磷酸化和糖尿病认知功能障碍。

接下来，研究人员重点研究了Dgkh的下游机制。生理条件下，当Dgkh表达降低时，DAG浓度升高激活附着在质膜上的PKC。一些研究表明PKC及其几个亚型的激活可导致tau过度磷酸化。因此，研究人员假设Dgkh可能通过激活PKC-α来诱导tau过度磷酸化。研究人员通过显示高糖显著增加HN-h细胞中PKC-α水平进一步证实了这一点。基于上述结果，研究人员推断在高糖条件下，ALKBH5靶向Dgkh激活PKC-α，导致tau过度磷酸化。

DGKH的过度表达缓解了糖尿病大鼠的认知功能障碍

研究意义

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综上所述，研究结果表明，高糖抑制alkbh5介导的Dgkh去甲基化，通过激活海马神经元PKC-α导致Dgkh下调并导致tau过度磷酸化，从而导致糖尿病认知功能障碍。本研究结果提示糖尿病认知功能障碍的新机制，并为治疗策略提供新的途径。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41419-023-05909-7

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。