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为解决 DACD 病理机制不明及缺乏有效疗法的问题，首都医科大学宣武医院等单位的研究人员开展了相关研究，发现 SGK1 可致海马体脱髓鞘和 DACD，敲低它能改善症状。该研究为 DACD 治疗提供新思路，值得科研读者一读。
在当今社会，糖尿病（Diabetes mellitus，DM）已经成为一个严峻的全球公共卫生问题。它就像一个潜伏在暗处的 “健康杀手”，不仅发病率不断攀升，还会引发各种各样复杂的并发症。其中，糖尿病相关认知功能障碍（Diabetes-associated cognitive dysfunction，DACD）就是一种常见却极易被忽视的并发症。
流行病学研究发现，糖尿病患者发生全因认知障碍的风险比非糖尿病个体高出不少，大约在 20% - 60% 之间。而且，糖尿病患者，尤其是 2 型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者，他们的认知功能障碍主要表现在记忆、执行功能、处理速度、注意力等多个认知领域。想象一下，患者可能会突然忘记刚刚做过的事情，或者在做一些需要集中注意力的事情时变得力不从心，这给他们的日常生活带来了极大的困扰。
目前，虽然大家知道 DACD 的病因是多方面的，像脑胰岛素抵抗、糖脂代谢紊乱、脑微血管损伤、线粒体功能障碍以及神经炎症等等。但是，让人头疼的是，即使用标准的治疗策略来控制血糖，对 T2DM 引起的认知能力下降也只能起到有限的改善作用。所以，搞清楚 DACD 的病理机制，找到有效的预防和治疗方法，就变得刻不容缓。
另外，在糖尿病神经病变的研究中，高血糖、胰岛素缺乏和肥胖导致的有髓神经纤维丢失，一直被认为是糖尿病神经病变发生和发展的重要原因，尤其是在周围神经方面。近些年来，越来越多的证据表明，脱髓鞘（指髓鞘受损，神经传导受到影响）在临床和实验性糖尿病研究中，也参与了中枢神经系统（Central nervous system，CNS）的病变过程。而且，髓鞘和少突胶质细胞系细胞在调节认知功能障碍和神经退行性疾病（比如阿尔茨海默病，Alzheimer’s disease，AD）方面，有着至关重要的作用。然而，脱髓鞘和少突胶质细胞（Oligodendrocyte，OL）状态在 DACD 中的具体作用，还缺乏直接证据，背后的潜在机制更是一团迷雾。
为了揭开这些谜团，首都医科大学宣武医院等单位的研究人员在《Nature Communications》期刊上发表了一篇名为 “SGK1 drives hippocampal demyelination and diabetes-associated cognitive dysfunction in mice” 的论文。他们通过研究发现，血清 / 糖皮质激素调节激酶 1（Serum/glucocorticoid regulated kinase 1，SGK1）在雄性糖尿病小鼠海马体的 OLs 中表达显著增加，敲低海马体中的 SGK1 可以通过 N-myc 下游调节基因 1（N-myc downstream-regulated gene 1，NDRG1）介导的途径逆转脱髓鞘和 DACD。这一发现就像是在黑暗中点亮了一盏明灯，为 DACD 的治疗指明了新的方向，意味着抑制 SGK1 或者促进髓鞘形成，有可能成为治疗 DACD 的潜在策略 。
在这项研究中，研究人员用到了几个关键的技术方法。首先是单细胞核 RNA 测序（Single-nucleus RNA sequencing，snRNA-seq），它就像是一个 “细胞基因探测器”，能够对每个单细胞核进行转录组分析，帮助研究人员识别细胞亚群，了解它们的特征。其次是行为学测试，包括巢式试验、新物体识别（Novel object recognition，NOR）试验和莫里斯水迷宫（Morris water-maze，MWM）试验，这些测试就像是给小鼠的认知能力 “打分”，可以评估小鼠的自发行为、学习和记忆能力。另外，还有免疫荧光、蛋白质免疫印迹（Western blotting）、透射电子显微镜（Transmission electron microscopy，TEM）等技术，它们从不同角度帮助研究人员观察和分析细胞和分子的变化情况。
下面，我们来详细看看研究人员都有哪些重要的发现。
snRNA-seq 分析揭示 db/db 小鼠海马体的细胞组成
研究人员找来了 db/db 小鼠和高脂饮食（High-fat diet，HFD）喂养的小鼠这两种糖尿病模型，先给它们称体重、测血糖，然后用巢式试验、NOR 试验和 MWM 试验来看看它们的认知能力怎么样。结果发现，db/db 小鼠在这些测试中表现很差，出现了明显的认知障碍，就好像小鼠的 “脑子变笨了”。
接着，研究人员从 db/m（正常对照）和 db/db 小鼠的海马体中收集样本，进行 snRNA-seq 分析。经过一番操作，他们一共测了 23,016 个单细胞核，筛选出 20,690 个高质量的细胞核用于后续分析。通过分析，他们发现糖尿病让海马体中的细胞组成发生了很大变化，和对照组比起来，db/db 小鼠海马体中 OLs 的相对丰度明显下降，而小胶质细胞和星形胶质细胞却增加了。为了验证这个结果靠不靠谱，研究人员又用流式细胞术进行了检测，发现两种方法得到的结果是一致的。这就好比用不同的尺子量同一个东西，得到了相同的结果，说明这个发现可信度很高。
糖尿病改变了 db/db 小鼠海马体不同细胞类型的基因表达
基于 snRNA-seq 的数据，研究人员进一步分析了不同细胞类型中的特定基因。这一分析可不得了，他们发现两组之间有很多基因的表达都不一样，一共有 5,817 个基因上调，2,699 个基因下调。通过京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）通路富集分析，研究人员预测出不同细胞类型在糖尿病中涉及的通路，发现海马体的各种细胞主要和氧化磷酸化、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）、亨廷顿病（Huntington’s disease，HD）、阿尔茨海默病等通路有关。而且，他们还发现神经元、OLs 和少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte precursor cells，OPCs）是最活跃的细胞类型，db/db 小鼠中配体 - 受体对的数量也比 db/m 小鼠多。更有趣的是，他们注意到 OLs 的变化很明显，这暗示着髓鞘形成可能和 DACD 的发展密切相关。于是，他们又分析了髓鞘相关基因的表达水平，发现 db/db 小鼠 OLs 中的 Mbp（一种常见的髓鞘标记物）和 Sox10（髓鞘形成的有效调节因子）RNA 表达水平，比 db/m 小鼠明显降低。
亚群分析表明 db/db 小鼠海马体 OLs 的差异
考虑到脱髓鞘在 DACD 进展中可能扮演的重要角色，研究人员对 OLs 进行了更深入的亚群分析。他们把 OPCs 和 OLs 分成了 5 个亚群，分别代表着 OLs 不同的分化和成熟阶段。结果发现，和 db/m 小鼠比起来，db/db 小鼠中不同少突胶质细胞系细胞亚群的数量都大幅下降，像分化承诺少突胶质前体细胞（Commitment oligodendrocyte precursors，COP） + 新形成少突胶质细胞（Newly formed oligodendrocytes，NFOL）、髓鞘形成少突胶质细胞（Myelin-forming oligodendrocytes，MFOL）和成熟少突胶质细胞 2（Mature oligodendrocytes 2，MOL2）的相对丰度明显降低，而 OPC 和成熟少突胶质细胞 1（Mature oligodendrocytes 1，MOL1）的相对丰度却增加了 。通过伪时间分析，研究人员还发现了 db/db 小鼠海马体中 OL 谱系细胞的动态变化。这就像是给 OLs 的发育过程拍了一部 “时间电影”，让研究人员清楚地看到它们在糖尿病状态下的变化情况。
脱髓鞘参与糖尿病小鼠的 DACD
snRNA-seq 的结果提示脱髓鞘和 DACD 有关，研究人员就进一步检测了糖尿病小鼠中与髓鞘形成相关的指标。他们先用卢戈氏快蓝（Luxol fast blue，LFB）染色，发现 db/db 小鼠胼胝体、海马体和大脑皮层的髓鞘形成减少了，就好像髓鞘的 “建筑材料” 变少了，盖不起完整的 “房子”。接着，通过免疫荧光分析和蛋白质免疫印迹分析，他们也证实了 db/db 小鼠海马体和大脑皮层中髓鞘碱性蛋白（Myelin basic protein，MBP）的水平明显下降。不仅如此，他们还发现糖尿病小鼠海马体和大脑皮层中 SOX10（有效的髓鞘形成调节因子）和 PSD95（重要的突触蛋白）的表达也降低了。在 HFD 喂养的小鼠中，也观察到了类似的脱髓鞘特征，用透射电子显微镜还能看到 HFD 喂养小鼠的髓鞘变薄、松散、形状不规则，突触也有缺陷。这些结果都表明，脱髓鞘很可能参与了 DACD 的病理过程。
研究人员还进一步研究了糖尿病小鼠大脑中少突胶质细胞系细胞的变化，发现 db/db 小鼠中 CC1 + OLIG2 + OLs（成熟 OLs 的一种标记）的数量减少了，新 OLs（EdU + CC1 + 细胞）的密度也降低了，而且凋亡 OLs 的比例明显增加。这一系列结果说明，在糖尿病的影响下，OPC 的分化和 OL 的存活都受到了干扰，就像一个精密的机器零件出了问题，整个机器的运转也受到了影响。
SGK1 表达增加与糖尿病小鼠的脱髓鞘有关
研究人员在分析 snRNA-seq 数据时，注意到了一个特别的基因 ——Sgk1。它在 db/db 小鼠的 OLs 中大量存在，而且在 OLs、OPCs 和小胶质细胞中都显著上调。通过进一步分析，他们发现 Sgk1 在 db/db 小鼠所有 OLs 亚群中都过表达，这意味着它在 OLs 的发育和髓鞘形成过程中可能起着关键作用。研究人员又用蛋白质免疫印迹分析和免疫荧光分析来检测 SGK1 的蛋白水平，结果也证实了 db/db 小鼠海马体和大脑皮层中 SGK1 的表达明显增加。基于这些结果，研究人员决定重点研究 SGK1，他们猜测，降低 OLs 中 SGK1 的表达，也许能减轻糖尿病小鼠的认知功能障碍。
在 OLs 中特异性敲低 SGK1 可减轻 db/db 小鼠的 DACD
为了验证这个猜测，研究人员给 db/db 小鼠的海马体注射了重组腺相关病毒（Adeno-associated virus，AAV），让它专门抑制 OLs 中 SGK1 的表达。同时，他们还给 db/db 小鼠用了一种叫 clemastine（一种被认为有促进髓鞘再生作用的药物）的药物，看看髓鞘再生能不能改善 DACD。结果发现，注射 AAV 后，db/db + shSgk1 组小鼠海马体中 SGK1 的表达明显降低，而且这些小鼠在行为学测试中的表现变好了，就好像 “变聪明了”，说明敲低 SGK1 和使用 clemastine 都能改善 db/db 小鼠的认知功能障碍。
在 OLs 中特异性敲低 SGK1 通过抑制 NDRG1 磷酸化促进 db/db 小鼠的髓鞘形成
研究人员接着观察敲低 SGK1 和使用 clemastine 对糖尿病小鼠髓鞘形成的影响。他们发现，db/db + shSgk1 组小鼠海马体中 MBP 的荧光强度增加了，PSD95 的表达也有类似的变化，用透射电子显微镜观察发现，这组小鼠的髓鞘损伤得到了明显修复，突触损伤也得到了改善。这表明敲低 SGK1 和使用 clemastine 都能逆转糖尿病引起的脱髓鞘和突触缺陷。
进一步研究发现，敲低 SGK1 后，db/db 小鼠中 CC1 标记的 OLs 数量增加了，新 OLs 的数量也增多了，而且凋亡 OLs 的数量减少了。这说明 SGK1 在调节 OL 的分化和维持方面起着重要作用。研究人员还深入探究了其中的分子机制，发现 NDRG1 是 SGK1 的一个特定靶点，db/db 小鼠中 p-NDRG1（磷酸化的 NDRG1）的水平明显升高，而敲低 SGK1 后，p-NDRG1 的水平降低了。同时，脑源性神经营养因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）在 db/db 小鼠中表达降低，敲低 SGK1 和使用 clemastine 后，BDNF 的表达又增加了。综合这些结果，研究人员认为，OLs 中增加的 SGK1 通过 SGK1/NDRG1 通路抑制 BDNF 的表达，加重了海马体的脱髓鞘，最终导致了糖尿病小鼠的 DACD。
在讨论部分，研究人员提到，他们用 snRNA-seq 技术系统地描绘了雄性糖尿病小鼠海马体组织的转录图谱，发现糖尿病会让每个细胞簇的基因转录发生很大变化。通过对 OLs 的研究，他们强调了脱髓鞘和 DACD 进展之间的关系，而且发现 SGK1 是一个关键的调节分子，为 DACD 的治疗提供了新的潜在靶点。不过，这项研究也有一些局限性，比如只研究了 20 周龄小鼠的转录特征，而且结果是基于雄性糖尿病小鼠得出的，可能存在性别差异，还需要在其他动物模型和患者中进一步验证。
总的来说，这项研究为我们深入了解 DACD 的发病机制提供了重要线索，让我们知道了 SGK1 在其中的关键作用，也为未来开发治疗 DACD 的药物指明了方向。就像在黑暗中摸索前进时，突然看到了一丝曙光，虽然还有很长的路要走，但这无疑是一个非常重要的突破，为攻克 DACD 带来了新的希望。
