α-硫辛酸对高脂饮食和链脲佐菌素诱导的2型糖尿病大鼠认知障碍的缓解作用

Alleviative Effect of Alpha-Lipoic Acid on Cognitive Impairment in High-Fat Diet and Streptozotocin-Induced Type 2 Diabetic Rats.

作者信息Chih-Yuan Ko, Jian-Hua Xu, Yangming Martin Lo, Rong-Syuan Tu, James Swi-Bea Wu, Wen-Chung Huang, Szu-Chuan Shen
PMID34867302
发布时间2021-11-12
DOI10.3389/fnagi.2021.774477

实验完整度

包含动物模型(HFD/STZ诱导的T2DM大鼠)、行为学测试(被动回避、Morris水迷宫)、生化分析(血清胰岛素、游离脂肪酸)以及Western blot蛋白表达验证(胰岛素信号通路、LTP、突触可塑性),构成多层级验证。

主要模型

HFD/STZ诱导的2型糖尿病Wistar大鼠模型

重点核对

ALA给药剂量:50、100、200 mg/kg BW,口服,每日一次,持续13周 STZ注射剂量:30 mg/kg BW,腹腔注射 HFD的高脂含量:60%热量来自脂肪 每个实验组的样本量:n=6 行为学测试时间:被动回避测试持续3天,Morris水迷宫定位航行试验连续5天

摘要

背景:2型糖尿病与阿尔茨海默病之间的复杂关系表明,胰岛素参与调节AD相关蛋白。α-硫辛酸可以改善糖尿病大鼠的胰岛素抵抗。然而,ALA在缓解T2DM认知衰退中的作用尚不清楚。本研究探讨了ALA对高脂饮食加链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠认知障碍、脑胰岛素抵抗和突触可塑性异常的影响。方法:HFD/STZ诱导的T2DM雄性Wistar大鼠每天口服ALA(50、100或200 mg/kg BW),持续13周。通过被动回避试验和Morris水迷宫评估认知能力。处死大鼠后采集血液和脑标本进行生化分析。使用Western blotting检测海马和皮层中胰岛素信号通路、长时程增强和突触可塑性相关蛋白的表达。结果:α-硫辛酸改善了T2DM大鼠的高胰岛素血症和游离脂肪酸水平升高。行为学实验显示,给予ALA改善了HFD/STZ诱导的T2DM大鼠的认知障碍。ALA改善了HFD/STZ诱导的T2DM大鼠大脑皮层或海马中的胰岛素相关通路蛋白[磷脂酰肌醇3-激酶、磷酸化蛋白激酶B/Akt和胰岛素降解酶]以及LTP通路和突触可塑性蛋白[钙调蛋白依赖性蛋白激酶II、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白和突触后密度蛋白95]。结论:我们的研究结果表明,ALA可能通过改善糖尿病大鼠的脑胰岛素抵抗和脑突触可塑性来改善认知障碍。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
α-硫辛酸是否能够缓解高脂饮食和链脲佐菌素诱导的2型糖尿病大鼠的认知障碍,并探讨其可能的机制。
核心机制
ALA通过改善脑胰岛素抵抗(调节IRS-1、PI3K、pAkt/Akt、GSK-3β等胰岛素信号通路蛋白)和增强突触可塑性(调节LTP相关蛋白如CaMKII、CREB、PSD-95)来改善认知障碍。
主要证据
行为学实验(被动回避和Morris水迷宫)显示ALA改善了T2DM大鼠的学习记忆能力;Western blot结果显示ALA调节了海马和皮层中胰岛素信号通路和突触可塑性相关蛋白的表达。
研究意义
ALA可能作为改善T2DM相关认知障碍的潜在干预手段,但详细机制仍需未来研究阐明。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立与分组

建立HFD/STZ诱导的T2DM大鼠模型,并设置不同剂量的ALA处理组和阳性对照组。

8周龄雄性Wistar大鼠,适应性饲养1周后,给予高脂饮食(60%热量来自脂肪)或正常饮食4周。高脂饮食大鼠腹腔注射STZ(30 mg/kg BW)诱导糖尿病,继续高脂饮食9周。36只大鼠随机分为6组:正常组、DM组、DM+PIO组(30 mg/kg BW吡格列酮)、DM+ALA50、DM+ALA100、DM+ALA200组(分别口服50、100、200 mg/kg BW ALA),每日一次,持续13周。

2

认知行为学评估

评估ALA对T2DM大鼠学习记忆能力的影响。

进行被动回避试验和Morris水迷宫测试。被动回避试验包括训练期(电击)和连续3天的测试期,记录大鼠在明室的停留时间。Morris水迷宫包括定位航行试验(连续5天)和探索试验,记录逃避潜伏期和穿越平台次数。同时进行可视平台试验验证视觉运动功能。

3

生化指标检测

检测血清胰岛素和游离脂肪酸水平,评估ALA对代谢紊乱的影响。

大鼠禁食8小时后采集尾静脉血,离心获得血清。使用商业ELISA试剂盒测定胰岛素和游离脂肪酸水平。

4

蛋白表达分析

检测海马和皮层中胰岛素信号通路、LTP和突触可塑性相关蛋白的表达变化。

取脑组织,分离海马和皮层,制备蛋白样品。用Western blot检测IRS-1、PI3K、Akt、pAkt、GSK-3β、pGSK-3β、IDE、pTau、Tau、NMDAR1、NMDAR2β、calmodulin、CaMKII、CREB、PSD-95、BDNF等蛋白的表达。以α-tubulin或GAPDH作为内参。

5

统计分析

评估各组数据的统计学差异。

数据以平均值±标准误表示,使用SPSS 22.0进行单因素方差分析和Duncan多重比较检验,P < 0.05为差异有统计学意义。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
链脲佐菌素Sigma--
α-硫辛酸Sigma--
吡格列酮----
Bio-Rad蛋白质测定试剂盒Bio-Rad--
抗IRS-1抗体Signalway Antibody1906-7
抗PI3K抗体Signalway Antibody60225-1-lg
抗AKT抗体Signalway Antibody9272
抗pAKT抗体Signalway Antibody9271
抗GSK3β抗体Signalway Antibody9315
抗pGSK3β抗体Signalway Antibody9336
抗Tau抗体Signalway Antibody4019
抗CaMKII抗体Signalway Antibody44436
抗CREB抗体Signalway Antibody9197
抗IDE抗体Signalway Antibody67106-1-lg
抗PSD95抗体Abcamab18258
抗BDNF抗体Abcamab108383
抗pTau抗体GeneTexGTX50171
抗NMDAR1抗体GeneTexGTX133097
抗NMDAR 2β抗体GeneTexGTX133099
抗钙调蛋白抗体GeneTexGTX52363
α-微管蛋白抗体Signalway Antibody3873
GAPDH抗体Signalway Antibody5174
辣根过氧化物酶标记的抗小鼠IgGGeneTex--
辣根过氧化物酶标记的抗兔IgGGeneTex--
增强化学发光试剂Millipore--
UVP Biospectrum图像系统UVP--
胰岛素ELISA试剂盒Mercodia AB--
游离脂肪酸ELISA试剂盒----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
大鼠品系:Wistar;性别:雄性;年龄:8周龄;HFD脂肪含量:60%热量;STZ剂量:30 mg/kg BW(腹腔注射);ALA剂量:50、100、200 mg/kg BW(口服);阳性对照:吡格列酮30 mg/kg BW;处理时间:13周;每组样本量:n=6
阅读提示:Materials and Methods 中的 Animal Experimental Procedures
行为学评估
被动回避测试:电击刺激强度、持续时间(2秒),测试天数(3天),明室停留时间;Morris水迷宫:定位航行天数(5天),每天象限数(4),逃避平台隐藏条件,逃避潜伏期上限(2分钟),探索试验平台移除,记录首次穿越时间(上限30秒)
阅读提示:Materials and Methods 中的 Passive Avoidance Test 和 Morris Water Maze Test
生化检测
禁食时间(8小时),采血部位(尾静脉),离心条件(12,000 × g,8分钟),ELISA试剂盒品牌(Mercodia AB等)
阅读提示:Materials and Methods 中的 Blood Samples Collection 和 Measurement of Serum Insulin and Plasma Free Fatty Acid
蛋白表达分析
组织样本(海马、皮层),蛋白上样量(40 μg),抗体稀释倍数(1:1000,内参1:5000),内参(α-tubulin或GAPDH),SDS-PAGE浓度(10%)
阅读提示:Materials and Methods 中的 Western Blot
统计分析
统计方法(单因素方差分析、Duncan多重比较),显著性水平(P < 0.05),软件(SPSS 22.0)
阅读提示:Materials and Methods 中的 Statistical Analyses