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糖尿病影响骨代谢，导致骨量减少，诱发骨质疏松，但是到目前为止，糖尿病性骨质疏松的发病机制仍不十分清楚。胰岛素是骨形成的促进因子，具有促进成骨细胞的增殖，胶原蛋白的合成和碱性磷酸酶的释放等作用，对于糖尿病性骨质疏松具有一定的治疗作用，但是具体的作用机制也有待进一步的研究。本实验通过体内和体外实验，探讨胰岛素促进骨生长和分化的作用机制。
首先，在糖尿病性骨质疏松大鼠模型中，利用双能X射线吸收法(Dual EnergyX-ray Absorptiometry，DEXA)和电感耦合等离子体原子发射光谱法(InductivelyCoupled PlasmaAtomic Emission Spectrometry，ICP-AES)，研究胰岛素治疗后骨密度变化和骨矿元素含量变化及其两者之间的相关性。结果表明：与正常组相比，糖尿病组大鼠股骨骨密度显著性降低(P＜0.01)；胰岛素治疗后显著性升高(P＜0.05)。ICP-AES元素分析结果显示：与正常组相比，糖尿病组大鼠股骨中钙(Ca)、磷(P)、镁(Mg)、锶(Sr)、钾(K)等5种元素含量显著降低(P＜0.05)；胰岛素治疗后，元素钙(Ca)、磷(P)、镁(Mg)含量得到了恢复(P＜0.05)。3组大鼠股骨的锌元素含量没有显著性差异。相关性分析显示：正常组大鼠股骨的钙、磷、镁元素含量间具有很高的相关性。我们的研究表明：糖尿病大鼠股骨中钙(Ca)、磷(P)、镁(Mg)、锶(Sr)、钾(K)等5种元素的丢失是导致骨密度(BMD)降低的原因之一，胰岛素治疗可以通过提高钙(Ca)、磷(P)、镁(Mg)等元素的含量使骨密度得到恢复。
其次，通过细胞实验，探讨胰岛素促进成骨细胞生长、生存和分化成熟的作用机制。采用人成骨样细胞MG63细胞，用胰岛素刺激或者胰岛素刺激的同时分别用特异性的阻断剂阻断PI3K通路和MAPK通路。实验分为五组：对照组(Con)、胰岛素组(In)、阻断ERK1/2通路(In+PD98059)、阻断PI3K通路(In+LY294002)以及同时阻断两条通路(In+PD98059+LY294002)。分别于不同时间检测成骨细胞表面胰岛素受体(IR)的表达、细胞的增殖与凋亡、碱性磷酸酶和1型胶原蛋白的分泌、钙化结节的产生。实时定量PCR检测成骨细胞分化相关基因的表达，包括Osx、Runx2、IGF-1、BMP2、OC、PPARγ等。结果显示：胰岛素刺激使成骨细胞表面胰岛素受体迅速高表达，并呈时间依赖性；胰岛素能促进成骨细胞的增殖、分化和矿化，使碱性磷酸酶和1型胶原蛋白分泌增加，上调Osx、IGF-1、BMP2的表达，促进钙化结节的产生；但却下调Runx2的表达。阻断PI3K通路后，成骨细胞的增殖受到明显抑制并发生明显的凋亡，碱性磷酸酶和1型胶原蛋白分泌、钙化结节的产生及OC的表达都受到明显抑制，但Runx2和PPARγ的表达明显增加。阻断MAPK通路抑制成骨细胞的增殖，使碱性磷酸酶和1型胶原蛋白分泌、钙化结节的产生、OC的表达等都受到明显抑制，同时，更重要的是显著降低了Osx、IGF-1的表达，BMP2的表达也有所降低。因此，胰岛素通过上调成骨细胞表面胰岛素受体的表达，促进成骨细胞生长、生存和分化成熟。在胰岛素对成骨细胞作用的两条信号转导通路中，PI3K通路更有利于成骨细胞生长、生存，抑制细胞凋亡；而胰岛素促进成骨细胞系MG63分化成熟的作用机制，可能通过两条途径：1.激活MAPK通路引起Osx表达增高；2.激活PI3K通路引起Runx2表达下降。胰岛素激活MAPK通路导致Osx表达上升可能通过3条途径：1.胰岛素直接激活MAPK通路的调节；2.胰岛素激活MAPK通路上调IGF-1的间接调节；3.胰岛素激活MAPK通路上调BMP2的间接调节。
此外，进行了大鼠骨髓间充质干细胞的原代培养，实验表明其表面存在胰岛素受体，并且胰岛素能诱导其分化，表达成骨细胞标志物-碱性磷酸酶。为进一步探讨胰岛素对成骨细胞的作用机制做好准备。