糖尿病患者のインプラントオッセオインテグレーションにおけるインスリンとKruppel Like Factor 10の骨芽細胞への影響

The effect of insulin and kruppel like factor 10 on osteoblasts in the dental implant osseointegration in diabetes mellitus patients.

抄録

糖尿病は、代謝性疾患であり、慢性的な高血糖を特徴とする。糖尿病患者は感染症にかかりやすいため，歯周病の有病率および進行率が高い．我々は、糖尿病患者の歯科インプラントオッセオインテグレーションに理論的根拠を与えることができる、骨芽細胞の増殖と分化、骨代謝関連分子と AKT serine/threonine kinase 1 (AKT) および Nuclear factor kappa B subunit 1 (NF-κB) の関連シグナル経路分子の発現に対するインスリンと kruppel like factor 10 (KLF10) の影響を in vitro 実験により調べることを目標とした。骨芽細胞（hFOB 1.19細胞）を、KLF10遺伝子過剰発現群、KLF10遺伝子ノックダウン群、KLF10遺伝子ノックダウン＋インスリン投与群に細分化した。細胞増殖と分化の解析には、それぞれ CCK-8 と ELISA を使用した。骨代謝関連分子のmRNAおよびタンパク質の発現を検出するために、それぞれin vitro実験を適用した。歯周炎における KLF10 の発現を調べるために、GSE178351 データセットおよび GSE156993 データセットが利用された。骨芽細胞において、インスリン投与はKLF10の発現を増加させた。インスリンとKLF10は、骨芽細胞の増殖と分化を抑制することができた。KLF10をノックダウンすると、骨代謝関連分子の発現が増加し、AKTおよびNF-κB経路が活性化されたが、インスリンはこの効果を逆転させた。KLF10は歯周炎患者および歯周炎を伴う2型糖尿病患者の両方で発現が増加していた。インスリン抵抗性において KLF10 をノックダウンすることで，糖尿病患者の骨芽細胞分化と歯科インプラントのオッセオインテグレーションを促進することが想定される．

Diabetes mellitus, metabolic disease, is characterized by chronic hyperglycemia. Patients with diabetes mellitus are susceptible to infection and therefore have a higher prevalence and progression rate of periodontal disease. We aimed to study the effect of insulin and kruppel like factor 10 (KLF10) on osteoblasts proliferation and differentiation, and expression of bone metabolism-related molecules and related signaling pathway molecules of AKT serine/threonine kinase 1 (AKT) and nuclear factor kappa B subunit 1 (NF-κB) through in vitro experiments, which can provide theoretical basis for the dental implant osseointegration in diabetic patients. The osteoblasts (hFOB 1.19 cells) were subdivided into KLF10 gene over expression group, KLF10 gene knockdown group, and KLF10 gene knockdown + insulin treatment group. CCK-8 and ELISA were, respectively, used for analysis of cell proliferation and differentiation. In vitro experiments were applied to detect the mRNA and protein expression of bone metabolism-related molecules, respectively. GSE178351 dataset and GSE156993 dataset were utilized to explore the expression of KLF10 in periodontitis. In osteoblasts, insulin treatment increased the expression of KLF10. Insulin and KLF10 could reduce the proliferation and differentiation of osteoblasts. Knockdown of KLF10 could increase the expression of bone metabolism-related molecules and activate AKT and NF-κB pathways, whereas insulin reversed this effect. KLF10 was up-regulated in both patients with periodontitis and type 2 diabetes mellitus with periodontitis. It is assumed that knockdown of KLF10 in insulin resistance may promote osteoblasts differentiation and dental implant osseointegration in diabetic patients.