Ⅱ型糖尿病大鼠海马Alzheimer病样Tau蛋白过度磷酸化修饰及机制探讨

Tau蛋白过度磷酸化是Alzheimer病 (Alzheimer′s disease, AD) 的一个重要特征.本研究检测了Ⅱ型糖尿病大鼠海马tau蛋白磷酸化水平,对其形成机制进行探讨. 以同龄正常Wistar大鼠作为对照,高脂高蛋白高糖饮食加小剂量链脲佐菌素（streptozotocin,STZ）注射诱导造Ⅱ型糖尿病模型（T2DM组）.放免法检测血浆胰岛素;葡萄糖氧化酶法检测血浆葡萄糖;蛋白质印迹技术检测各组大鼠海马内总tau蛋白、tau蛋白上部分位点磷酸化、神经细胞膜上胰岛素受体及葡萄糖转运子3（glucose transport 3,GLUT3）水平;表面等离子共振技术（surface plasmon resonance, SPR）检测细胞膜上胰岛素受体与血浆胰岛素结合力;γ32-P标记的ATP和特异性底物肽检测海马内胰岛素信号传导系统中的关键酶糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β, GSK-3β）活性.结果显示,T2DM组血浆血糖、血浆胰岛素及运用HOMA-IR公式计算的胰岛素抵抗指数显著高于对照组.蛋白质印迹结果显示两组大鼠海马回总tau蛋白水平无差异;T2DM组中tau蛋白在Ser199、Thr212、Ser214、Thr217、Ser396及Ser422位点上的磷酸化水平均显著高于对照组;T2DM组海马神经细胞膜上胰岛素受体水平及与胰岛素结合的功能均显著低于对照组;GSK-3β活性检测结果显示,T2DM组大鼠模型海马回中GSK-3β活性明显增高.研究结果表明,Ⅱ型糖尿病中由于胰岛素抵抗导致GSK-3β激活从而出现AD样tau蛋白的过度磷酸化,葡萄糖代谢紊乱也可能在tau蛋白的过度磷酸化起一定作用.     

罗格列酮改善胰岛素抵抗大鼠海马Alzheimer病样tau蛋白磷酸化水平

Tau蛋白过度磷酸化是Alzheimer病(AD)发病的关键事件.由于2型糖尿病是AD的风险因子,并且胰岛素抵抗是2型糖尿病的特征,检测了胰岛素抵抗大鼠大脑海马tau蛋白磷酸化水平,以及运用胰岛素增敏剂罗格列酮(TZD)后磷酸化的变化,发现胰岛素抵抗组大鼠海马tau蛋白呈过度磷酸化改变,但运用TZD后,tau蛋白的磷酸化状态有所恢复.由于糖原合成激酶-3β(GSK-3β)位于胰岛素信号转导途径中,并且是tau蛋白的重要磷酸激酶,研究检测罗格列酮干预前后GSK-3β活性,发现均升高.研究结果表明,肥胖时胰岛素抵抗导致细胞内胰岛素信号转导途径中,GSK-3β活性上调可能是引起大鼠海马内tau蛋白过度磷酸化的一个重要原因;虽然TZD可抑制tau蛋白的过度磷酸化,但可能不是通过下调GSK-3β活性的途径.     

1型糖尿病葡萄糖代谢与胰岛素信号传导途径异常导致大鼠海马Alzheimer样tau蛋白过度磷酸化修饰

Tau蛋白过度磷酸化是Alzheimer病(Alzheimer disease, AD)的一个重要病理特征.采用 I 型糖尿病大鼠模型,研究胰岛素信号传导途径及葡萄糖代谢失调对tau蛋白过度磷酸化的形成机制进行探讨.以同龄Wistar大鼠做对照（CTL）,胰腺大部分切除造低胰岛素组（PX）,STZ较大剂量一次性注射造1型糖尿病模型即低胰岛素高血糖组（T1DM）.葡萄糖氧化酶法检测血浆血糖,放免法检测血浆胰岛素,蛋白质印迹分析海马内总tau蛋白及tau蛋白上部分位点（Ser199、Thr212、Ser214、Ser396及Ser422）的磷酸化及神经细胞膜上葡萄糖转运子3（Glucose transport 3,GLUT3）水平.γ-32P-ATP和特异性底物肽检测海马内胰岛素信号传导系统中的关键酶糖原合成酶激酶-3β（Glycogen synthase kinase-3β, GSK-3β）活性.发现3组大鼠海马回总tau蛋白水平无显著差异,但以高血糖、低胰岛素血症为特征的T1DM组在tau蛋白Ser199、Thr212、Ser214、Ser396及Ser422位点上,呈现过度磷酸化状态,以低胰岛素血症为特征而血糖正常的PX组在位点Ser199、Thr212及Ser396上磷酸化程度比CTL组显著上升, 在位点Ser214及 Ser422上的磷酸化程度的改变不显著;T1DM及PX组大鼠海马 GSK-3β活性显著高于CTL组, 而GLUT3水平在T1DM和PX组均降低, 尤以T1DM组降低更显著.研究结果显示,胰岛素水平低下可能通过激活GSK-3β和下调细胞内葡萄糖代谢的双重作用引起脑内tau蛋白过度磷酸化.     

褪黑素对异丙肾上腺素诱导大鼠tau蛋白过度磷酸化的预防作用

异常过度磷酸化的微管相关蛋白tau是阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)患者大脑中神经原纤维缠结的主要组成部分.迄今为止,尚无有效的措施阻止tau蛋白的过度磷酸化.为探讨褪黑素(melatonin,Mel)对AD样tau蛋白过度磷酸化的预防作用,我们以β受体激动剂异丙肾上腺素(isoproterenol,IP)来复制AD样tau蛋白过度磷酸化的动物模型,在大鼠双侧海马注射IP前,以褪黑素作为保护组药物,于腹腔连续注射5 d.应用磷酸化位点特异性抗体(PHF-1和Tau-1)作免疫印迹和免疫组织化学检测tau蛋白的磷酸化水平,并用非磷酸化依赖的总tau蛋白抗体(111e)进行标准化.免疫印迹结果显示在注射IP 48 h后,tau蛋白在PHF-1表位的免疫反应显著增强,在Tau-1表位显著减弱,表明tau蛋白在Ser396/Ser404(PHF-1)和Ser199/Ser202(Tau-1)位点有过度磷酸化.免疫组织化学染色结果与免疫印迹结果相似,主要检测到在大鼠海马CA3区的神经纤维有tau蛋白过度磷酸化.褪黑素预处理大鼠可有效地阻止IP诱导tau蛋白在Tau-1和PHF-1位点的过度磷酸化.上述结果提示褪黑素可预防大鼠脑组织中由异丙肾上腺素引起的AD样tau蛋白的过度磷酸化.     

糖尿病大鼠脑GSK-3与PP-2A失调诱导tau蛋白过度磷酸化

探讨胰岛素缺乏的糖尿病大鼠皮层糖原合酶激酶-3(GSK-3)及蛋白磷酯酶-2A(PP-2A)变化及其对tau蛋白磷酸化的作用.用链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)建立胰岛素缺乏的糖尿病大鼠模型,用放射性配体结合实验检测了GSK-3和PP-2A的活性,蛋白质印迹检测了tau蛋白的磷酸化水平及PP-2A的表达.结果提示:在糖尿病大鼠皮层,GSK-3活性升高,PP-2A活性及表达降低,tau蛋白在Ser198/Ser199/Ser202和Ser396/Ser404位点磷酸化.应用GSK-3的选择性抑制剂Li2CO3后,GSK-3活性降低,PP-2A活性及表达恢复,tau蛋白在Ser198/Ser199/Ser202和Ser396/Ser404位点磷酸化水平降低.研究提示:糖尿病大鼠皮层GSK-3升高可能抑制PP-2A的活性,升高的GSK-3和降低的PP-2A协同促进tau蛋白的磷酸化.     

糖元合成酶激酶3β对微管相关蛋白tau的磷酸化作用

tau蛋白是中枢神经系统中重要的微管相关蛋白,其功能受磷酸化调节.异常过度磷酸化的tau蛋白是阿尔茨海默病患者脑中神经纤维缠结的主要组成部分.糖元合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)是重要的tau蛋白激酶之一,它虽可催化tau蛋白多个位点的磷酸化,但对不同位点,其催化效率不同.通过位点特异性、磷酸化依赖的tau蛋白抗体,用免疫印迹技术,检测GSK-3β对tau蛋白位点特异性的磷酸化作用及动力学.用双倒数作图,计算GSK-3β催化tau磷酸化以及各个位点磷酸化的Km值,并结合培养细胞中的实验,研究GSK-3β对tau蛋白磷酸化作用的位点特异性.结果显示,GSK-3β催化tau蛋白多个位点的磷酸化,其中包括Thr181、Ser199、Ser202、Thr205、Thr212、Thr217、Thr231、Ser396和Ser404,对不同的位点磷酸化作用,其Km值不同,GSK-3β对Ser396的Km值最低,即对Ser396位点的亲和性最高,催化其磷酸化的能力最强.在培养的细胞中,也显示了GSK-3β的表达引起Ser396位点的磷酸化最明显.     

GSK-3β在阿尔茨海默症病理特征形成中的作用

糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)是糖原合成酶激酶3的一种亚型。GSK-3β不仅参与淀粉样蛋白质前体(amyloid precursor protein,APP)代谢,还在tau蛋白过度磷酸化过程中发挥作用,GSK-3β表达及活性的异常会导致神经元细胞的凋亡。APP异常代谢和tau蛋白异常磷酸化是阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)发展的重要因素,因此GSK-3β可能与AD的病理变化密切相关,明确其在AD中的作用及其机制对AD的治疗有重要的意义。     

Anisomycin过度激活丝裂原活化蛋白激酶使tau发生过度磷酸化

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)的病理特征之一是神经元内存在神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFTs),后者是由过度磷酸化的微管相关蛋白tau形成的双股螺旋细丝(paired helical filaments,PHFs)构成.为了探讨丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)在微管相关蛋白tau磷酸化中的作用及机制,本实验用0.1 μg/mL、0.2 μg/mL和0.4μg/mL三种不同浓度的MAPK激动剂anisomycin处理小鼠成神经瘤细胞株(mouse neuroblastoma cells,N2a),检测MAPK活性的变化及其与tau蛋白多个AD相关位点过度磷酸化的关系,并检测糖原合酶激酶-3(glycogen synthase kinase-3,GSK-3)和蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)的活性变化.结果显示,anisomycin以剂量依赖的方式激活MAPK活性,但免疫印迹结果显示tau蛋白的Ser-198/199/202位点和Ser-396/404位点的过度磷酸化只在anisomycin浓度为0.4 μg/mL时出现,三种浓度的anisomycin均未引起tau蛋白Ser-214位点磷酸化的改变;同时,GSK-3活性在anisomycin为0.1 μg/mL时没有明显变化,当anisomycin浓度升高到0.2 μg/mL和0.4 μg/mL时出现明显增高,而PKA的活性没有明显的改变.使用GSK-3的特异性抑制剂氯化锂(LiCl)则完全阻断MAPK被过度激活导致的tau蛋白磷酸化水平的增高,而同时MAPK活性不受影响.以上结果提示:过度激活MAPK可以导致tau蛋白Ser-198/199/202和Ser-396/404位点过度磷酸化,其机制可能涉及MAPK激活GSK-3的间接作用.     

大脑胰岛素信号途径受损导致2型糖尿病时阿尔茨海默病发病风险增高

大脑胰岛素不仅可调节血糖,而且可改善记忆和认知,而大脑胰岛素缺乏常导致Alzheimer病（Alzheimer’s disease, AD）的发生. 本研究检测了正常及2型糖尿病（type 2 diabetes, T2D）大鼠外周及大脑胰岛素信号传导途径,以探讨T2D时由于大脑胰岛素异常导致AD发病的可能性.以同龄正常SD大鼠为对照（CTL组）,高糖、高脂、高蛋白饮食加链脲佐菌素（streptozotocin, STZ）腹腔注射建造T2D大鼠模型（T2D组）.葡萄糖氧化酶法检测血浆血糖,放免法检测脑脊液及血浆胰岛素,免疫印迹技术检测大脑海马tau蛋白上部分位点磷酸化水平,大脑及肝脏、肌肉组织胰岛素信号传导途径中磷脂酰肌醇3 激酶（phosphatidylinositol 3 kinase, PI3K）/ 蛋白激酶B（protein kinase B,Akt)、糖原合成激酶3β（glycogen synthase kinase 3β, GSK 3β）活性. 结果显示：和对照组相比,T2D大鼠血浆葡萄糖水平及胰岛素水平显著升高,脑脊液胰岛素水平显著降低,大脑海马组织tau蛋白上所检测位点均呈过度磷酸化改变,海马及外周组织（肝脏、肌肉）胰岛素信号传导途径PI3K/Akt活性均显著下降,GSK 3β活性升高. 研究结果表明：2型糖尿病大鼠大脑胰岛素缺乏及其信号传导途径下调可能是导致阿尔茨海默病发病的重要原因.     

GSK-3在阿尔茨海默病样细胞骨架蛋白过度磷酸化中的作用(英)

神经原纤维缠结是阿尔茨海默病（Alzheimer disease, AD）的特征性病理改变.蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶失衡可导致骨架蛋白的异常过度磷酸化,而异常过度磷酸化的tau 和神经丝 (neurofilament, NF) 是神经原纤维缠结的组成部分.在众多激酶中,糖原合酶激酶-3（glycogen synthase kinase-3,GSK-3）可能是AD神经退行性变起重要作用.为深入探讨GSK-3在AD样神经退行性变中的作用,以磷酯酰肌醇三磷酸激酶（phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K）的特异性抑制剂渥曼青霉素（wortmannin,WT）处理野生型鼠成神经瘤细胞株（wild type mouse neuroblastoma cell lines, N2a wt）,系统观察WT处理N2a wt不同时间点（1 h、3 h、6 h）细胞代谢率、细胞形态、细胞骨架蛋白tau和NF的磷酸化状态改变以及细胞的命运,并分析了GSK-3活性与上述参数改变之间的相关性.结果发现：1 μmol/L WT处理细胞1 h,GSK-3活性与未经WT处理的对照组相比明显增高,并伴有Ser9磷酸化的GSK-3水平的降低; NF磷酸化程度增强,tau在Ser198/Ser199/Ser202位点的磷酸化增强. 1 μmol/L WT处理细胞3 h,GSK-3活性与对照组和处理1 h 组相比明显下降,NF磷酸化程度较1 h降低,但仍高于正常水平.1 μmol/L WT处理细胞6 h,细胞形态、GSK-3活性、Ser9磷酸化形式的GSK-3β的表达、NF磷酸化程度与对照组相比均无明显改变.WT呈剂量依赖性降低细胞代谢率.1 μmol/L WT处理细胞1 h和3 h导致细胞变圆,突起变短甚至消失.1 μmol/L WT处理细胞1 h,用TUNEL法和电子显微镜技术未观察到细胞凋亡.研究结果提示：在N2a细胞中过度激活GSK-3可导致神经细丝和tau蛋白的AD样过度磷酸化,从而引起神经细胞的AD样退行性变.     

Determination of stoichiometry of radioiodination of proteins

A sensitive method for the detection of small quantities of hydrophobic antioxidant free radical scavengers such as butylatedhydroxytoluene (BHT) and butylatedhydroxyanisole (BHA) in aqueous samples is described. The procedure involves extraction of the hydrophobic free radical scavenger into an organic solvent phase, followed by the subsequent reaction of an aliquot of this extract with the stable cation radical tris(p-bromophenyl)amminium hexachloroantimonate (TBACA). In experiments with BHT and BHA, the loss of TBACA absorbance at 730 nm was found to be linearly proportional to the amount of antioxidant added, with quantities of BHT as small as 200 pmol being easily detectable. In aqueous suspensions of dimyristoylphosphatidylcholine vesicles, assays of the aqueous BHT concentration showed that BHT partitioned strongly into the membrane phase, achieving very high BHT/phospholipid ratios. For a given concentration of BHT, partitioning into the membrane phase was greater in large, multilamellar liposomes than in either small, single-walled vesicles or in purified rat brain synaptic vesicle membranes. Direct assay of BHT and BHA in phospholipid membranes, however, was complicated by a nonspecific interaction between TBACA and the phospholipid.