中文摘要：

胰岛素/胰岛素样生长因子家族配体和受体信号控制哺乳动物的生长、能量代谢及生殖等。临床发现，胰岛素受体（IR）突变病人（又称矮妖精貌综合征）出现糖尿病伴发骨骼发育障碍。糖尿病患者可伴发继发性骨质疏松症，骨愈合延迟或不愈合。病理表现为骨再生部位细胞增殖、软骨骨痂形成和胶原合成均减少。表明，胰岛素/IR信号可能参与骨骼生长或修复过程中的软骨生成。然而，其细胞和分子学机制仍未阐明。本课题组前期工作证实，成骨细胞的IR信号通过调节骨钙素合成而调控胰岛素分泌、骨代谢和能量代谢。在此基础上，该课题拟建立软骨细胞IR基因敲除小鼠及糖尿病性骨折模型，探讨胰岛素/IR信号通路在骨发育及损伤性糖尿病性骨修复过程中对软骨生成的调节作用，阐明胰岛素/IR通路调控软骨细胞生长、增殖、细胞体积、分化及其表型表达等生物学事件的分子机制；发现能够促进损伤性糖尿病性骨修复的药物靶标，为糖尿病骨骼并发症的防治提供科学基础。

结论摘要：

糖尿病患者可伴发继发性骨愈合延迟或不愈合。病理表现为骨再生部位细胞增殖、软骨骨痂形成和胶原合成均减少。表明，胰岛素/IR信号可能参与骨骼生长或修复过程中的软骨生成。然而，其细胞和分子学机制仍未阐明。本研究表明，小鼠软骨细胞特异性敲除胰岛素受体（CartIR -/-）对股骨的长度并没有显著影响，然而，与同一窝出生的野生型（WT）小鼠相比，CartIR -/-小鼠显示出生长板的软骨细胞数目增加，肥大软骨细胞体积变小。该表型伴随软骨细胞IGF-1R 基因和蛋白表达均增加， IGF-1触发的Akt和ERK的磷酸化信号增强。IR缺失软骨细胞TSC2表达上调。提示，IR和IGF-1R信号可协调控制生长板软骨细胞的增殖、分化和细胞肥大。在糖尿病病理情况下，高糖可促进软骨细胞的细胞增殖而抑制软骨细胞的分化，其促进增殖的作用与激活PI3K/AKT信号有关，继而使cyclin D1的磷酸化水平上调。而其抑制软骨细胞分化的作用与上调GLUT1的表达有关，在软骨细胞上敲除GLUT1可使软骨细胞分化增强。在小鼠原代软骨细胞上，胰岛素和胰岛素样生长因子也可上调GLUT1 的表达，其作用由IR/IGF-1R通过各自独特模式而介导。采用链脲霉素（Streptozotocin ，STZ）成功诱导糖尿病小鼠模型，并在此基础上制作了股骨骨折愈合模型，分别在骨折部位局部注射胰岛素或胰岛素样生长因子。组织学检测发现胰岛素或胰岛素样生长因子能增加软骨骨痂的形成，同时伴随着成软骨标志基因如Sox9, Col10α1, Aggrecan, ALP等 表达上调。免疫组化研究显示，在软骨骨痂处注射胰岛素或胰岛素样生长因子能明显地增加软骨细胞的PCNA阳性细胞数目，但抑制GLUT1的表达。而X-Ray和Micro-CT影像成像结果显示，胰岛素或胰岛素样生长因子可显著增加软骨骨痂和骨性骨痂的生成而加速骨折愈合。上述结果表明，在糖尿病骨折愈合过程中，局部注射胰岛素或胰岛素样生长因子可作为一种治疗措施用以加速糖尿病骨折愈合，其作用可能通过胰岛素或胰岛素样生长因子对软骨细胞增殖、分化及糖代谢的协同调控而实现。