Insulin-TGF-β-SATB2通路调控BMSCs自噬影响2型糖尿病颌骨再生修复的研究

Bone regeneration defect in diabetes mellitus attributed to functional impairment of bone marrow mesenchymal cells. Hyperinsulinemia and hyperglycemia can reduces osteoblast activity, however, the mechanisms underlying are still unclear. In this study, based on previous experimental results and the published papers, we hypothesize that Insulin-TGF-β-SATB2 as a regulator of autophagy having an influence on osteoblast differentiation of DM-BMSCs. To investigate the function of Insulin-TGF-β-SATB2, autophagy, senescence and osteoblast differentiation as well as expression of TGF-βand SATB2 between DM-BMSCs and BMSCs are measured in vitro, and then, Satb2 overexpression and inhibitor of TGF-β are used to inhibit the regulatory axis for exploring the regulatory network among factors. Lastly, impact of TGF-β inhibitor on efficiency of the craniofacial bone regeneration in type 2 diabetes mellitus will be investigated by animal models. This project will advance our knowledge of craniofacial bone regeneration defect, and provide a new strategy for osteogenesis in type 2 diabetes mellitus.

糖尿病骨髓间充质细胞（DM-BMSCs）功能受损是糖尿病骨再生修复障碍的主要原因，研究发现高糖高胰岛素会抑制成骨细胞活性，然而，具体调控机制尚未完全阐明。本项目在前期研究基础上，结合文献提出并验证如下假说：Insulin-TGF-β-SATB2通路调控DM-BMSCs自噬影响其成骨分化。首先对比分析DM-BMSCs和BMSCs自噬、衰老及成骨分化表型，TGF-β信号通路及SATB2的表达，其次，通过过表达SATB2结合TGF-β抑制剂等手段，揭示Insulin-TGF-β-SATB2通路分子间的功能网络及其在调控DM-BMSCs自噬与成骨分化的分子机制，最后通过2型糖尿病大鼠模型，探索TGF-β抑制剂在促进颌骨缺损修复中有效性和可行性。本研究不仅对认识糖尿病骨再生修复障碍的发生机理具有重要意义，而且为探索促进糖尿病颌骨再生修复的新途径提供理论基础和实验依据。

目前对于糖尿病骨髓间充质细胞DM-BMSCs功能受损的具体调控机制仍未完全阐明，本研究通过体内外实验研究Insulin-TGF-β1-SATB2通路调控自噬影响DM-BMSCs成骨分化及糖尿病骨再生修复。首先分析高糖高胰岛素环境对健康骨髓间充质细胞自噬，衰老，成骨分化的影响；其次对比研究糖尿病与健康患者骨髓间充质细胞自噬、衰老及成骨分化表型；研究Insulin-TGF-β1-SATB2通路对糖尿病骨髓间充质细胞自噬、衰老及成骨分化的作用及相关分子机制；最后研究阻断该通路对2型糖尿病大鼠颌骨再生修复的影响。结果显示高糖高胰岛素抑制BMSCs自噬，促进衰老，抑制成骨分化；DM-BMSCs自噬能力下降，衰老表型增强，成骨分化能力下降，TGF-β1信号高表达；当抑制TGF-β1信号通路可以提高DM-BMSCs自噬能力，抑制其衰老，提高其成骨分化能力；糖尿病骨愈合早期高表达TGF-β1，局部注射TGF-β1抑制剂促进糖尿病颌骨再生修复。高糖高胰岛素环境是DM-BMSCs成骨分化障碍的主要原因，Insulin-TGF-β1-SATB2通路抑制DM-BMSCs自噬，促进其衰老，抑制其成骨分化，抑制该通路可以促进DM-BMSCs移植后骨修复能力。本研究明确了高糖高胰岛环境对DM-BMSCs成骨分化的抑制作用并且阐明了内在的相关分子机制，为下一步探索改善糖尿病相关骨病的新途径提供了实验依据。