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【背景及目的】我们前期工作发现H2S可以拮抗糖尿病性认知障碍(diabetes-associated cognitive dysfunction,DACD),但机制不明。海马突触可塑性(synaptic plasticity)是认知功能形成的重要基础。DACD患者海马突触可塑性明显受损。因此,我们将探讨H2S是否可改善糖尿病大鼠海马突触可塑性。Warburg效应及氧化磷酸化是两种重要的糖代谢方式,其中Warburg效应对学习记忆与突触可塑性具有重要的调节作用,糖尿病患者中Warburg效应明显受损,这种糖代谢方式的改变称之为糖代谢重编程。因此,我们将从糖代谢重编程的角度深入探讨H2S改善糖尿病大鼠突触可塑性的机制。【方法】雄性SD大鼠一次性腹腔注射链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ,55 mg/kg),其后监测大鼠随机血糖,保证随机血糖≧16.7 mmol/L,予以Na HS(30,100μmol/kg/d)治疗30天。电镜观察突触微结构的改变。Western blotting检测突触相关蛋白synapsin-1、PSD-95的表达,Warburg效应相关蛋白HK-2、PKM-2、PDK-1、PDH、LDHA,以及氧化磷酸化相关蛋白CI-CV的表达。乳酸试剂盒检测大鼠海马内乳酸含量。【结果】1.H2S改善STZ大鼠的突触可塑性1)H2S增加STZ大鼠海马CA1、CA3区突触密度:电镜下检测海马CA1、CA3区的突触微结构并对其进行分析,结果显示STZ大鼠的海马CA1、CA3区的突触密度与对照组比较明显下降;Na HS(100μmol/kg/d,30 d)明显增加了糖尿病大鼠海马CA1、CA3区的突触密度。2)H2S改善STZ大鼠海马CA1、CA3区突触界面结构:在海马CA1、CA3区,与对照组比较,STZ处理组的突触表面活性区长度以及PSD厚度减少,突触间隙宽度增加;而Na HS(100μmol/kg/d,30 d)明显增加了STZ大鼠海马CA1、CA3区的突触活性区长度及PSD厚度,缩短了突触间隙宽度。3)H2S增加STZ大鼠海马突触相关蛋白Synapsin-1、PSD-95表达:Western blotting结果显示STZ大鼠的Synapsin-1、PSD-95蛋白的表达水平与对照组比较显著降低;而Na HS(100μmol/kg/d,30 d)明显增加STZ大鼠海马区Synapsin-1、PSD-95蛋白的表达。2.H2S上调STZ大鼠海马Warburg效应1)H2S上调STZ大鼠海马组织中的Warburg效应关键酶:Western blotting结果示STZ大鼠海马组织中的HK-2、PKM-2、PDK-1、LDHA表达水平较对照组显著降低,而PDH蛋白的表达水平较对照组明显升高;经Na HS(100μmol/kg/d,30d)处理的STZ大鼠海马组织中HK-2、PKM-2、PDK-1、LDHA的表达水平较STZ大鼠组的表达明显升高,PDH表达水平较STZ大鼠降低。2)H2S增加STZ大鼠海马内乳酸含量:STZ大鼠海马组织内乳酸含量较对照组明显减少,而经Na HS(100μmol/kg/d,30 d)处理的STZ大鼠海马组织中乳酸含量较STZ处理组增加。3.H2S降低STZ大鼠海马氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,Ox Phos)水平Western blotting结果显示STZ大鼠海马内线粒体呼吸链复合体相关蛋白C-I,C-II,C-III,C-IV,C-V的表达水平较对照组明显升高,而予以Na HS(100μmol/kg/d,30 d)处理的STZ大鼠组的C-I,C-II,C-III,C-IV,C-V的表达较单独STZ处理组明显下降,表明H2S降低了糖尿病大鼠海马组织Ox Phos水平。【结论】H2S可改善糖尿病大鼠海马突触可塑性,其机制可能涉及到调节海马糖代谢的重编程。