Hydrogen sulfide ameliorates cognitive dysfunction in streptozotocin-induced diabetic rats: involving suppression in hippocampal endoplasmic reticulum stress

氫硫化鈉改善鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠認知功能障礙：涉及海馬內質網應激的抑制

來源：Oncotarget, Volume 8, Issue 38, 2017, pages 64203-64216

《Oncotarget》（《腫瘤靶點》），第8卷，第38期，2017年，頁碼64203-64216

 

摘要

這篇論文研究了氫硫化鈉（NaHS，一種H2S供體）對鏈脲佐菌素（STZ）誘導的糖尿病大鼠認知功能障礙的影響。摘要表明，糖尿病會導致認知功能受損，而海馬內質網應激（ER stress）參與這一過程。研究發現，NaHS處理能顯著改善糖尿病大鼠的認知功能，并抑制海馬ER應激標記物（如GRP78、CHOP和cleaved caspase-12）的表達。此外，NaHS還增強了海馬內源性H2S的生成。這些結果提示H2S可能通過抑制海馬ER應激來改善糖尿病相關的認知功能障礙。

 

研究目的

本研究旨在探究H2S是否能夠改善STZ誘導的糖尿病大鼠的認知功能障礙，并探討其潛在機制是否涉及海馬ER應激的抑制。具體目的是驗證H2S通過調節ER應激通路來發揮神經保護作用。

 

研究思路

研究采用STZ誘導的糖尿病大鼠模型，將大鼠分為對照組、STZ處理組、STZ+NaHS低劑量組（30μmol/kg/d）、STZ+NaHS高劑量組（100μmol/kg/d）和NaHS單獨處理組。NaHS通過腹腔注射給藥30天。隨后，通過行為學測試（包括新物體識別測試、Y迷宮測試和Morris水迷宮測試）評估認知功能。分子水平上，使用Western blot檢測海馬ER應激標記物（GRP78、CHOP和cleaved caspase-12）的表達，并使用丹麥Unisense敏感硫電極測量海馬內源性H2S生成。數據分析采用ANOVA統計方法。

 

測量的數據及研究意義

1. 新物體識別測試中的歧視指數（圖1A）：STZ誘導的糖尿病大鼠歧視指數顯著降低，NaHS處理能劑量依賴性地提高歧視指數。研究意義在于表明H2S能改善識別記憶，這直接驗證了H2S對認知功能的保護作用。數據來自圖1A。

 

2. Y迷宮測試中的正確率（圖2A）：糖尿病大鼠正確率下降，NaHS處理顯著提高正確率。研究意義在于顯示H2S能增強工作記憶，支持其改善認知功能障礙的效果。數據來自圖2A。

 

3. Morris水迷宮測試中的逃避潛伏期和游泳距離（圖3A和3B）：糖尿病大鼠在訓練期間逃避潛伏期和游泳距離增加，NaHS處理減少這些參數。研究意義在于證明H2S能改善空間學習和記憶，突出了其對海馬功能的積極影響。數據來自圖3A和3B。

 

4. Morris水迷宮探測階段的目標象限時間和平合穿越次數（圖3C和3D）：糖尿病大鼠在目標象限時間和平合穿越次數減少，NaHS處理增加這些指標。研究意義在于進一步確認H2S對空間記憶的增強作用。數據來自圖3C和3D。

5. 轉移測試中的逃避潛伏期和游泳距離（圖4A和4B）：糖尿病大鼠在轉移階段表現差，NaHS處理改善性能。研究意義在于表明H2S能促進工作記憶的適應性。數據來自圖4A和4B。

 

6. 可見平臺測試中的逃避潛伏期和平均游泳速度（圖5A和5B）：所有組別無顯著差異，研究意義在于排除視覺和運動能力對認知測試結果的干擾，確保行為學變化源于認知功能本身。數據來自圖5A和5B。

 

7. 海馬GRP78蛋白表達（圖6）：糖尿病大鼠GRP78表達上調，NaHS處理下調其表達。研究意義在于表明H2S能抑制ER應激的初始信號，驗證了ER應激在糖尿病認知功能障礙中的角色。數據來自圖6。

 

8. 海馬CHOP蛋白表達（圖7）：糖尿病大鼠CHOP表達增加，NaHS處理減少其表達。研究意義在于CHOP是ER應激相關凋亡標記，H2S的抑制效應提示其抗凋亡作用。數據來自圖7。

 

9. 海馬cleaved caspase-12蛋白表達（圖8）：糖尿病大鼠cleaved caspase-12表達升高，NaHS處理降低其水平。研究意義在于表明H2S能減少ER應激誘導的細胞凋亡，進一步支持其神經保護機制。數據來自圖8。

 

10. 海馬內源性H2S生成（圖9）：糖尿病大鼠H2S生成減少，NaHS處理增加H2S生成。研究意義在于直接測量內源性H2S水平，證實NaHS通過增強H2S生物利用度來發揮作用。數據來自圖9。

 

 

結論

1. H2S能顯著改善STZ誘導的糖尿病大鼠的認知功能障礙，包括識別記憶、工作記憶和空間記憶。

2. H2S的改善作用與抑制海馬ER應激相關，表現為下調GRP78、CHOP和cleaved caspase-12的表達。

3. H2S通過增強海馬內源性H2S生成來發揮保護效應，提示其作為潛在治療策略用于糖尿病相關認知障礙。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

本研究使用丹麥Unisense敏感硫電極測量海馬內源性H2S生成（圖9）。這種電極具有高靈敏度和特異性，能直接量化H2S濃度。測量數據顯示，糖尿病大鼠海馬H2S生成顯著降低，而NaHS處理能劑量依賴性地恢復H2S水平。這一數據的研究意義在于：首先，它提供了內源性H2S在糖尿病狀態下受損的直接證據，強調了H2S代謝異常在認知功能障礙中的重要性；其次，它驗證了NaHS作為H2S供體的有效性，表明外源性H2S補充能糾正內源性缺陷；最后，這種精確測量增強了實驗的可靠性，為H2S的分子機制研究提供了關鍵支持，突顯了Unisense電極在生物醫學研究中的技術優勢。總之，該測量不僅證實了H2S在糖尿病認知保護中的核心作用，還為未來臨床轉化提供了實驗依據。