OBJECTIVE This study aimed to elucidate the mechanism of autophagy in bone metabolism in high-glucose environments and its relationship with Toll-like receptor 4 (TLR4). METHODS A TLR4 knockout diabetic rat model and MC3T3-E1 with TLR4 silencing by small interfering RNA were used to observe the protective mechanism of TLR4 knockdown or silencing in hyperglycemia-induced bone injury. RESULTS The inhibition of TLR4 expression improved bone metabolism and bone structure; promoted alkaline phosphatase (ALP) and osteocalcin (OCN) secretion, enhanced bone morphogenic protein (BMP)-2 expression, promoted bone mineralization, and reduced hyperglycemia-induced osteoblast apoptosis. TLR4 knockdown or silencing reduced the levels of inflammatory factors interleukin (IL)-1, IL-6, and tumor necrosis factor-alpha at the animal and cell levels, inhibited the expression of inflammatory pathway proteins, and downregulated the expression of Beclin 1 and LC3II/LC-1 proteins. The inhibition of autophagic activity enhanced the osteoprotective effect of TLR4 knockdown, improved cell viability, reduced the apoptosis rate of osteoblasts, and promoted the BMP-2 protein level and ALP and OCN secretion. Conversely, the activation of autophagy significantly aggravated osteoblast apoptosis, reduced BMP-2 protein levels, and inhibited ALP and OCN secretion. CONCLUSION Taken together, the experimental results supported the hypothesis that TLR4 deficiency might alleviate hyperglycemia-induced apoptosis and differentiation suppression in osteoblasts and exert osteoprotective effects via autophagic inhibition.

中文翻译：

---

Toll样受体4敲除可通过自噬抑制作用来预防糖尿病引起的骨代谢失衡。

目的本研究旨在阐明高糖环境下骨代谢中自噬的机制及其与Toll样受体4（TLR4）的关系。方法采用TLR4基因敲除糖尿病大鼠模型，并通过小干扰RNA沉默TLR4基因沉默MC3T3-E1，观察TLR4基因敲低或沉默对高血糖引起的骨损伤的保护机制。结果抑制TLR4表达可改善骨代谢和骨骼结构。促进碱性磷酸酶（ALP）和骨钙蛋白（OCN）的分泌，增强骨形态发生蛋白（BMP）-2的表达，促进骨矿化，并减少高血糖症诱导的成骨细胞凋亡。在动物和细胞水平上，TLR4抑制或沉默可降低炎症因子白介素（IL）-1，IL-6和肿瘤坏死因子-α的水平，抑制炎症途径蛋白的表达，并下调Beclin 1和LC3II / LC-1蛋白的表达。自噬活性的抑制增强了TLR4敲低的骨保护作用，改善了细胞活力，降低了成骨细胞的凋亡率，并促进了BMP-2蛋白水平以及ALP和OCN的分泌。相反，自噬的激活显着加重了成骨细胞凋亡，降低了BMP-2蛋白水平，并抑制了ALP和OCN的分泌。结论综上所述，实验结果支持以下假设：TLR4缺乏可能减轻高血糖诱导的成骨细胞凋亡和分化抑制，并通过自噬抑制发挥骨保护作用。并下调Beclin 1和LC3II / LC-1蛋白的表达。自噬活性的抑制增强了TLR4敲低的骨保护作用，改善了细胞活力，降低了成骨细胞的凋亡率，并促进了BMP-2蛋白水平以及ALP和OCN的分泌。相反，自噬的激活显着加重了成骨细胞凋亡，降低了BMP-2蛋白水平，并抑制了ALP和OCN的分泌。结论综上所述，实验结果支持以下假设：TLR4缺乏可能减轻高血糖诱导的成骨细胞凋亡和分化抑制，并通过自噬抑制发挥骨保护作用。并下调Beclin 1和LC3II / LC-1蛋白的表达。自噬活性的抑制增强了TLR4敲低的骨保护作用，改善了细胞活力，降低了成骨细胞的凋亡率，并促进了BMP-2蛋白水平以及ALP和OCN的分泌。相反，自噬的激活显着加重了成骨细胞凋亡，降低了BMP-2蛋白水平，并抑制了ALP和OCN的分泌。结论综上所述，实验结果支持以下假设：TLR4缺乏可能减轻高血糖诱导的成骨细胞凋亡和分化抑制，并通过自噬抑制发挥骨保护作用。降低成骨细胞的凋亡率，并促进BMP-2蛋白水平以及ALP和OCN的分泌。相反，自噬的激活显着加重了成骨细胞凋亡，降低了BMP-2蛋白水平，并抑制了ALP和OCN的分泌。结论综上所述，实验结果支持以下假设：TLR4缺乏可能减轻高血糖诱导的成骨细胞凋亡和分化抑制，并通过自噬抑制发挥骨保护作用。降低成骨细胞的凋亡率，并促进BMP-2蛋白水平以及ALP和OCN分泌。相反，自噬的激活显着加重了成骨细胞凋亡，降低了BMP-2蛋白水平，并抑制了ALP和OCN的分泌。结论综上所述，实验结果支持以下假设：TLR4缺乏可能减轻高血糖诱导的成骨细胞凋亡和分化抑制，并通过自噬抑制发挥骨保护作用。