拓展|以江苏高考试题为例,糖尿病引起认知功能障碍的机理,腺病毒载体在治疗中的作用

来源:仪征中学 时间:2024-05-11
 

试题:(2023年江苏高考试题)糖尿病显著增加认知障碍发生的风险。研究团队发现在胰岛素抵抗(IR)状态下,脂肪组织释放的外泌囊泡(AT­EV)中有高含量的miR­9­3p(一种miRNA),使神经细胞结构功能改变,导致认知水平降低。图1表示IR鼠脂肪组织与大脑信息交流机制。请回答下列问题:

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(1)当神经冲动传导至①时,轴突末梢内的               移至突触前膜处释放神经递质,与突触后膜的受体结合,使                打开,突触后膜电位升高。若突触间隙K浓度升高,则突触后膜静息电位绝对值              (答案:突触小泡 钠离子通道变小
解析: 神经细胞膜内的钾离子浓度高于细胞膜外,静息时钾离子外流,若突触间隙钾离子浓度升高,则细胞内外钾离子浓度差变小,钾离子外流减少,突触后膜静息电位绝对值变小。
(2)脂肪组织参与体内血糖调节,在胰岛素调控作用下可以通过             降低血糖浓度,IR状态下由于脂肪细胞的胰岛素受体            ,降血糖作用被削弱。图1中由②释放的③经体液运输至脑部,miR­9­3p进入神经细胞,抑制细胞内               (答案:  葡萄糖转化为甘油三酯减少相关基因表达
解析: 胰岛素是机体中唯一降低血糖的激素,该过程中脂肪组织参与体内血糖调节,在胰岛素调控作用下可以通过葡萄糖转化为甘油三酯降低血糖浓度;胰岛素属于激素,需要与相应受体结合后发挥作用,分析题意,胰岛素抵抗(IR)状态下,脂肪组织细胞的认知水平降低,胰岛素受体的合成受阻,导致胰岛素无法与其结合而发挥作用,降血糖作用被削弱;翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程,miR­9­3p是一种miRNA,能够与mRNA结合导致mRNA不能作为模板起翻译作用,从而抑制相关基因的表达。
(3)为研究miR­9­3p对突触的影响,采集正常鼠和IR鼠的AT­EV置于缓冲液中,分别注入bc组实验鼠,a组的处理是                  2周后检测实验鼠海马突触数量,结果如图2。分析图中数据并给出结论:                              (答案:注入等量的缓冲液   IR状态下高含量的miR­9­3p会导致突触数量减少
解析: 分析题意,本实验目的是研究miR­9­3p对突触的影响,则实验的自变量是小鼠类型及miR­9­3p的有无,实验设计应遵循对照与单一变量原则,据图可知,图中的a是对照组,b、c组是注射溶于缓冲液的AT­EV,则a对照组应是注射等量的缓冲液;据图可知,与对照相比,IR鼠AT­EV组的突触相对数量最少,而正常鼠的AT­EV组突触相对数量无明显变化,说明IR状态下高含量的miR­9­3p会导致突触数量减少。
(4)为研究抑制miR­9­3p可否改善IR引起的认知障碍症状,运用腺病毒载体将miR­9­3p抑制剂导入实验鼠。导入该抑制剂后,需测定对照和实验组miR­9­3p含量,还需通过实验检测                  (答案:对照和实验组突触数量

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解析: 结合(3)可知,IR状态下突触数量等均会改变,故为研究抑制miR­9­3p可否改善IR引起的认知障碍症状,需测定对照和实验组miR­9­3p含量,还需通过实验检测对照和实验组突触数量。

上述试题有多个难点,下面是进一步拓展的内容帮助理解:

1.Ⅱ型糖尿病和认知功能障碍的关系

型糖尿病患者中持续高血糖环境一方面引起的缺氧代谢加重酸中毒,损害缺氧脑细胞,进而损害中枢神经系统;另一方面,晚期糖基化终末产物在2型糖尿病患者中显著积累,并通过多种机制对神经细胞产生毒性,导致认知功能障碍。
胰岛素的使用增加了严重低血糖发生风险,而严重低血糖可损伤神经元,引起认知功能减退。Ⅱ型糖尿病常伴随慢性低度炎症,也与痴呆的发生相关。而认知功能障碍也使血糖的管理更加困难。

2.Ⅱ型糖尿病和胰岛素抵抗的关系

作为型糖尿病的典型特征是胰岛素抵抗,胰岛素抵抗的患者表现出较差的认知功能,包括定向、记忆延迟、注意力和计算区域等认知域。

胰岛素抵抗是指胰岛素作用的靶器官对胰岛素作用的敏感性下降,即正常剂量的胰岛素产生低于正常生物学效应的一种状态。通俗来讲,胰岛素还是从前的胰岛素,但靶器官们却不再听它下达的指令了,作为体内唯一的降糖激素它失效了,不能降糖了。

胰岛素抵抗的成因: 除罕见的几种由胰岛素受体基因突变或缺失所致,多数胰岛素抵抗由遗传因素、环境因素及不良生活方式相互作用而引起。

遗传因素包括胰岛素的结构异常、体内存在胰岛素抗体、胰岛素受体或胰岛素受体后的基因突变(如Glut4基因突变、葡萄糖激酶基因突变和胰岛素受体底物基因突变等)。

众多流行病学资料显示,遗传因素是型糖尿病的独立危险因素,由此可以推测,胰岛素抵抗的发生也和遗传因素有关。

环境因素包括现代生活方式和某些疾病状态,长期高热量的饮食摄入导致营养过剩,便利的交通工具和工作环境也极大减少了人的体力活动,从而减少热量消耗,进一步促进过多的热量转换为脂肪储存在体内,导致肥胖、胰岛素抵抗的发生。

3.如何理解 miR­9­3p 进入神经细胞,抑制细胞内相关基因有表达(属于浙科版选择性必修3第124页教材中的RNA干扰技术)
微小核糖核酸(miRNA)是近年来发现的一类高度保守的内源性小非编码单链 RNA,由 19-24 个核苷酸组成,主要通过与靶基因 mRNA 的 3' 非翻译区(3'UTR)以碱基互补配对的方式与靶序列结合,调节靶基因翻译机制(如图)。

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miRNA 的加工成熟主要包括以下过程:miRNA 基因在细胞核内被转录成初级 miRNA(即 pri-miRNA),其长度从几百到几千个碱基不等,包含一个到数个发夹茎环结构,且带有5' 帽子和 3'polyA 尾巴组成。在核酸酶等作用下, pri-miRNA 进一步被加工形成前体 miRNA(pre-miRNA),由 70 个核苷酸组成,然后通过 GTP 依赖的复合物,被转运进入胞质。pre-miRNA 进一步经过Dicer酶剪切,形成双链miRNA:miRNA,随后 一条 miRNA 链被降解,另一条成熟的miRNA链与靶mRNA 的3'UTR结合,使靶 mRNA 被降解或者翻译被抑制,以达到调控蛋白表达的目的
随着测序技术的发展和人类多个基因组计划的完成,大量 miRNA 被鉴定出来,越来越多的研究发现,这些曾经因不能编码蛋白质而被称为基因组中的“暗物质”或“垃圾RNA”在 细胞的增殖、分化、凋亡等生理过程中发挥着重要作用,甚至有望成为新兴的生物标志物,用于癌症的筛查、诊断、疗效监控等方面。
4.腺病毒载体及其作用

腺病毒(adenovirus)是一种没有包膜的直径为70~90nm的颗粒,由252个壳粒呈廿面体排列构成,内有DNA分子,如图所示。


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(1)大致的感染过程:

腺病毒经呼吸道感染,先从眼鼻咽黏膜侵入上皮细胞,繁殖3-5d后引发上呼吸道急性炎症,并可蔓延至附近组织,引起自上而下的呼吸道炎症,5-10d后发展为肺炎。病毒可经血循环形成病毒血症而引起全身病变,常损害中枢神经系统及心脏等重要脏器,出现各系统的严重症状。


腺病毒感染细胞的过程是从腺病毒纤毛的头节区粘附到细胞表面的特异性受体开始的。这种受体被称为腺病毒受体即CAR受体。通过内吞作用将腺病毒内化到细胞中并进入溶酶体。在溶酶体的酸性环境下,腺病毒衣壳的构象将发生变化,被从溶酶体中释放出来,躲过溶酶体的消化作用。最后,腺病毒颗粒转位到细胞核,通过核孔将病毒DNA释放到细胞核内。


腺病毒基因组进入细胞核是一个非常高效的过程。一旦病毒基因组进入细胞核,就将进行一系列的复杂而有序的逐级放大的剪切和转录过程。


 
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