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背景与目的:骨性关节炎（Osteoarthritis,OA）是全世界范围内波及面最广的关节疾病,对重度OA最直接的办法便是终末期人工关节置换,但其效果并不乐观,目前膝关节置换手术不满意度高达20%,究其原因,归根结底在于对骨关节炎内在机制的研究不清。近年来,代谢性疾病被认为在衰老及退变过程中起到了举足轻重的作用,但糖代谢与衰老在对膝关节形态及骨关节炎发生发展中起到的作用却鲜有报道。故本研究旨在:1)使用糖尿病小鼠（Akita）探究糖尿病是否加速骨关节炎进展,并探究葡萄糖转运蛋白Glut1在糖尿病小鼠关节软骨中的表达情况,构建Ai9;Prg4-Cre ERT2小鼠确定不同时期Prg4标记软骨细胞的表达位置,并构建Glut1f/f;Prg4-Cre ERT2小鼠特异性的在膝关节表层软骨敲除葡萄糖通道蛋白Glut1,探究葡萄糖通道蛋白Glut1对关节软骨细胞生存的影响的因果性问题。2)构建关节软骨特异性过表达Glut1的Glut1-TRE;R26-rt TA（IRES-EGFP）;Aggrecan Cre ERT2小鼠,探究Glut1过表达对关节软骨的保护作用,并验证葡萄糖代谢在骨关节炎中的作用。3)在临床患者角度,利用三维几何形态测量法（3D Geometric Morphometric analysis）及糖尿病小鼠（High fat diet,HFD）探究衰老过程中各年龄段及糖尿病发生过程中膝关节形态的变化及骨关节炎的发生发展并分析葡萄糖代谢异常与骨关节炎发展的原因。材料与方法:（1）建立糖尿病小鼠模型（Akita）,使用内侧半月板失稳手术（Destabilization of medial meniscus,DMM）确认糖尿病加速骨关节炎发生发展的表型并测量糖尿病小鼠关节软骨Glut1表达情况及葡萄糖摄取量。使用野生型（wildtype）小鼠行DMM手术,探究骨关节炎小鼠关节软骨Glut1表达情况,从而验证葡萄糖转运蛋白与糖尿病骨关节炎及创伤后骨关节炎之间的相关性问题。（2）根据摄糖量的多少建立相应的基因敲除鼠模型模拟糖尿关节软骨糖代谢环境。构建Ai9;Prg4-Cre ERT2小鼠确定不同时期Prg4标记软骨细胞的表达位置,并构建Glut1f/f;Prg4-Cre ERT2小鼠特异性的在关节表层软骨敲除葡萄糖通道蛋白Glut1,观察关节软骨基质丢失情况,软骨磨损及滑膜增生等表现。（3）构建R26-rt TA（IRES-EGFP）;Aggrecan Cre ERT2小鼠在关节软骨特异性过表达Glut1,验证过表达效率并观察关节软骨基质丢失情况,软骨磨损及滑膜增生等表现探究过表达Glut1是否对关节软骨有保护作用。（4）使用HFD糖尿病小鼠探究其膝关节骨关节炎及膝关节形态变化情况,在临床角度,收集我院已行下肢膝关节CT+三维重建的影像学DICOM,并将其导入Amira软件(Amira 4.1.1（?）software（Mercury Computer System,Inc.,Chelmsford,MA,USA）.选择包括髁间距、股骨内/外髁前后径等测量数据,并进行几何形态学分析,利用主成分分析方法获得中国人群股骨远端形态学数据,使用三维几何形态学这种统计学方法分析我国人群的股骨远端形态,观察衰老及各年龄段,以及糖尿病患者的膝关节形态差异。研究结果:1.我们发现在建立内侧半月板失稳手术诱导的骨关节炎模型4周,8周,12周后,小鼠膝关节出现了较为明显的骨关节炎表型,使用荧光染色关节软骨中葡萄糖通道蛋白Glut1,与对照组（非手术组）相比,手术组中小鼠关节软骨中Glut1表达量显著下降,并随手术后时间延续而逐渐减少,在手术后4周关节软骨表层Glut1减少,术后8周时Glut1继续减少并累计表层软骨下方软骨,术后12周时除肥大层软骨细胞外,其余软骨细胞基本已无Glut1的表达。2.糖尿病小鼠（Akita）与野生型对照组相比,在DMM手术后出现了表型更重的骨关节炎,且我们发现糖尿病模型小鼠关节软骨的葡萄糖摄取显著小于野生型小鼠,同时,6月龄及12月龄Akita小鼠与野生型小鼠相比,Glut1表达量显著下降。3.繁育获得Ai9;Prg4Cre ERT2基因型double heterozygous的小鼠,并分别在出生后3周,6周,2月,3月,5月取膝关节确定不同时期Prg4标记软骨细胞的表达位置,我们发现Prg4Cre ERT2小鼠稳定表达于关节软骨表层3-5层,是非常理想的基因敲除工具鼠。4.繁育获得Glut1f/f;Prg4-Cre ERT2,Glut1f/f作为对照组（Cre-negative）。我们发现在使用他莫昔芬诱导后Glut1f/f;Prg4-Cre ERT2小鼠关节表层软骨细胞中的Glut1完全消失,敲除效率满意,且与对照组相比,在DMM手术后出现了更为严重的骨关节炎。5.我们使用三维几何形态学测量,利用主成分分析（PCA）发现在不同的年龄组之间股骨远端形态显著不同,提示在衰老过程中膝关节形态发生变化。同时在不同性别不同人种及糖尿病与非糖尿病患者中,我们也发现膝关节形态的不同,而HFD糖尿病小鼠与对照组相比膝关节骨关节炎更重且膝关节形态发生变化,在临床角度验证了糖尿病对骨关节炎及其带来的膝关节形态变化。结论本研究中的结果表明糖尿病能加速骨关节炎的发生发展,其可能的机制为:糖尿病引起的高糖环境使关节软骨组织中的葡萄糖通道蛋白Glut1反馈性的下调,而Glut1对关节软骨细胞的存活有着重要的作用,而这可能是造成糖尿病加速骨关节炎发生发展的重要机制。同时,从临床角度,老年及糖尿病病人的股骨远端形态与对照组相比显著不同,这也提示我们在骨关节炎发生发展中关节内畸形导致的形态学变化不容忽视,为今后的膝关节假体个体化设计提供了理论依据。本研究从临床问题出发,结合基因敲除及过表达模式动物从糖代谢角度证实上述机制,并利用临床样本进行验证。通过本研究为糖尿病与OA的机制研究提供新的思路,也为临床诊治提供新方法。