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据统计有60-70％的糖尿病人会发生神经病变，其中40％的病人会出现中枢神经系统的神经退行性病变。2型糖尿病人相比正常人在老年时期患微血管痴呆和阿尔茨海默病的风险大大增加，表现为脑萎缩和认知功能障碍。同时，中枢神经系统的损伤还可以加重外周神经病变。糖尿病相关的认知功能障碍严重降低了糖尿病患者的生活质量，给社会和家庭带来了沉重的经济负担。在过去的几十年间，人们越来越清晰地认识到研究糖尿病中枢神经病变的重要性，但其中的机制仍然不清楚。本论文旨在研究糖尿病中枢神经病变的分子机制，主要研究结果如下: (1)高糖抑制细胞自噬导致神经细胞死亡。我们发现在伴随高血糖症的糖尿病GK大鼠海马中自噬水平降低，但在血糖水平与对照差别不大的糖尿病ob/ob小鼠中自噬没有变化。体外直接用高糖处理小鼠原代海马神经元也可以观察到自噬水平降低。用mRFP-GFP-LC3标记自噬小泡后分别检测自噬小体和自噬溶酶体的数量，发现高糖通过抑制自噬小体的合成而降低自噬流。用rapamycin增强自噬水平后可以减缓高糖诱导的神经细胞死亡，而用wortmannin和chloroquine抑制自噬后进一步加重了细胞死亡，表明自噬在高糖诱导的神经毒性中起保护作用。 (2)NO介导高糖条件下对核心自噬蛋白ATG4B的调控。我们发现高糖条件下nNOS的表达量增加，NO的产生增多，而抑制NO的产生可以挽回高糖对自噬的抑制。接着，我们用基于质谱的亚硝基化修饰定量蛋白质组学分析了GK大鼠海马中亚硝基化修饰的变化。我们鉴定到一个核心自噬蛋白，ATG4B的亚硝基化修饰水平增高，这一现象在体外高糖处理的神经细胞中也得到了验证。在功能上，我们发现NO可以同时抑制ATG4B切割ATG8前体和去连接ATG8-PE的活性。同时，我们发现相比与其他底物，NO对ATG4B切割ATG8L前体的抑制程度最小。 (3)ATG4B的亚硝基化修饰导致自噬缺陷及神经细胞毒性。通过质谱我们鉴定到ATG4B的两个半胱氨酸Cys189和Cys292为亚硝基化位点，且这两个位点的亚硝基化是导致ATG4B酶活降低的原因。NO供体可以抑制细胞自噬，表达C189S/292S(2CS)突变体的ATG4B较表达野生型ATG4B的细胞，LC3-Ⅱ的水平和ATG16L标记的自噬前体的数量增加，说明ATG4B的亚硝基化参与了NO对自噬的调控。最终，我们发现在高糖条件下，表达2CS的细胞较表达WT ATG4B的细胞LC3 puncta的数量增加、神经细胞的死亡降低，表明ATG4B的亚硝基化修饰可以介导高糖诱导的自噬缺陷和神经细胞毒性。 综上所述，我们的研究表明高糖条件下ATG4B亚硝基化修饰介导的自噬缺陷导致神经细胞毒性。该研究结果揭示了糖尿病中枢神经系统病变的新机制，同时也揭示了自噬机器蛋白中的一种新的翻译后修饰—巯基亚硝基化修饰。