唐生平，廖世杰，黃乾，丁曉飛

（廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科手外科，廣西南寧 530021）

在骨骼的生長(zhǎng)與修復(fù)中，骨血管生成處在新骨形成之前，血管侵入是骨形成和礦化的前提，遍布骨內(nèi)的血管網(wǎng)絡(luò)為骨組織帶去氧氣與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、轉(zhuǎn)移走代謝產(chǎn)物，血管內(nèi)皮細(xì)胞還能通過(guò)多種生物信號(hào)調(diào)節(jié)骨骼的發(fā)育和功能。血管生成與骨形成相互交織、密不可分，這種復(fù)雜而微妙的時(shí)空關(guān)系被稱作“血管生成-成骨偶聯(lián)”［1］。近年來(lái)，一種特殊的骨血管亞型——H 型血管被發(fā)現(xiàn)能與多種骨內(nèi)細(xì)胞相互作用，高度偶聯(lián)骨形成過(guò)程［2］。H 型血管參與了骨質(zhì)疏松癥、骨折延遲愈合、骨關(guān)節(jié)炎、激素性股骨頭壞死以及腫瘤骨轉(zhuǎn)移等疾病的發(fā)生發(fā)展。本文通過(guò)回顧文獻(xiàn)，綜述H 型血管生成機(jī)制及影響因素，以期為相關(guān)骨病的診治提供新思考。

1 H 型血管的表征與特點(diǎn)

2014 年Kusumbe 等［3］在骨內(nèi)鑒定出一種CD31與Emcn 同時(shí)高表達(dá)的微血管亞型，即H 型血管，而CD31 與Emcn 同時(shí)低表達(dá)的血管則被定義為L(zhǎng) 型血管，兩種血管形態(tài)和功能不同。H 型血管多生長(zhǎng)于骨生長(zhǎng)活動(dòng)旺盛的長(zhǎng)骨干骺端和骨內(nèi)膜，呈柱形、拱形分布，并在骨干與排布無(wú)序的L 型血管相接。盡管H 型血管內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量只占骨中總內(nèi)皮細(xì)胞的極少數(shù)（約1.8%），但許多早期骨祖細(xì)胞、成骨細(xì)胞定居于其周圍，提示H 型血管與骨形成關(guān)系密切［3］。此外，H 型血管會(huì)隨著年齡增長(zhǎng)而減少，其在幼年個(gè)體生長(zhǎng)旺盛，并在生長(zhǎng)發(fā)育末期轉(zhuǎn)化為L(zhǎng) 型血管，這種年齡依賴性減少現(xiàn)象已在人體得到驗(yàn)證［4］。

2 調(diào)控H 型血管生成的分子機(jī)制

血管生成是從預(yù)先存在的血管中形成新血管的生理過(guò)程，該過(guò)程可由骨微環(huán)境內(nèi)各種細(xì)胞因子或通路調(diào)控，如缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia inducible factor-1,HIF-1α）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A（vascular endothelial growth factor-A,VEGF-A）、血小板衍生生長(zhǎng)因子BB（platelet derived growth factor-BB,PDGF-BB）、神經(jīng)軸突導(dǎo)向因子3（slit guidance ligand 3,SLIT3）、表皮生長(zhǎng)因子樣結(jié)構(gòu)域6（epidermal growth factor-like domain 6, EGFL6）、Notch 通路以及微小RNA（microRNA,miRNA）均參與調(diào)控H 型血管生成。

2.1 HIF-1α

常氧下HIF-1α 不斷生成，但會(huì)被脯氨酸羥化酶（prolyl hydroxylase,PHD）迅速羥基化，隨后被E3 泛素連接酶捕獲和蛋白酶體降解；缺氧時(shí)PHD 活性降低，HIF-1α 在細(xì)胞內(nèi)積聚而激活HIF-1 通路，調(diào)控生理性和病理性新血管生成。Kusumbe 等［3］發(fā)現(xiàn)，HIF-1α 基因缺失小鼠干骺端的H 型血管顯著減少，而E3 泛素連接酶基因缺失小鼠的H 型血管則明顯增多，并且HIF-1α 的表達(dá)與H 型血管一樣也具有年齡依賴性減少現(xiàn)象，提示低氧信號(hào)誘發(fā)的HIF-1α 是調(diào)控H 型血管生成的重要因素。

2.2 PDGF-BB

破骨細(xì)胞前體是PDGF-BB 的重要來(lái)源，Xie等［5］發(fā)現(xiàn)卵巢切除術(shù)（ovariectomize, OVX）誘導(dǎo)小鼠骨丟失后，外周血PDGF-BB 濃度顯著降低，骨H型血管也相應(yīng)減少，而在OVX 小鼠中增加破骨細(xì)胞前體數(shù)量將提高H 型血管豐度。糖皮質(zhì)激素是非創(chuàng)傷性股骨頭壞死的常見(jiàn)原因，對(duì)激素性股骨頭壞死兔模型給予外源性PDGF-BB 治療，可使H 型血管和成骨細(xì)胞增多，促進(jìn)股骨頭修復(fù)［6］。此外，骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis,OA）患者軟骨下破骨細(xì)胞前體分泌大量PDGF-BB，與H 型內(nèi)皮細(xì)胞的PDGFR-β 結(jié)合，誘導(dǎo)病理性H 型血管生成，所以抑制內(nèi)皮細(xì)胞PDGFR-β 的表達(dá)可能是治療OA 的新方式［7］。

2.3 SLIT3

SLIT3 通過(guò)與Robo 受體家族結(jié)合介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和趨化性，加速內(nèi)皮細(xì)胞血管網(wǎng)絡(luò)的形成，Xu等［8］發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞是骨中SLIT3 的主要來(lái)源，SLIT3/Robo1 通路的激活既能促進(jìn)骨折愈合，又可增強(qiáng)H型內(nèi)皮細(xì)胞的增殖與血管生成，而SLIT3 促進(jìn)骨形成的能力不是SLIT3 對(duì)成骨細(xì)胞的直接作用，而是SLIT3 增加H 型內(nèi)皮細(xì)胞的水平進(jìn)而促進(jìn)骨形成。此外，有研究顯示，破骨細(xì)胞也能分泌SLIT3，成熟破骨細(xì)胞SLIT3 敲除小鼠的骨量明顯較低，同時(shí)H 型內(nèi)皮細(xì)胞也顯著減少［9］。以上研究表明，SLIT3 將血管生成與骨形成偶聯(lián)，是促進(jìn)骨折愈合、治療骨質(zhì)疏松的新靶點(diǎn)。

2.4 Notch 通路

Notch 通路在血管生成中的作用重要且復(fù)雜，在視網(wǎng)膜、腫瘤等組織中，Notch 可負(fù)向調(diào)節(jié)血管生成，在骨內(nèi)可促進(jìn)血管生成［10］。RBPJ 是Notch 通路的轉(zhuǎn)錄因子，Ramasamy 等［11］將小鼠內(nèi)皮細(xì)胞的RBPJ 誘導(dǎo)失活，發(fā)現(xiàn)脛骨干骺端H 型血管明顯減少，還導(dǎo)致骨量減少、長(zhǎng)骨縮短等，而外源性Noggin 干預(yù)，可恢復(fù)RBPJ 缺失小鼠干骺端的血管系統(tǒng)。此外，研究顯示，G 蛋白偶聯(lián)受體激酶相互作用蛋白1通過(guò)影響骨折早期NF-κB/Notch 通路的激活，促進(jìn)VEGF 表達(dá)，從而調(diào)控H 型血管生成和骨折愈合過(guò)程［12］。這些研究揭示了Notch 通路是連接H 型血管生成和骨形成的關(guān)鍵成分。

2.5 EGFL6

骨內(nèi)EGFL6 由成骨細(xì)胞特異性分泌，可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移，參與骨血管生成過(guò)程。在骨修復(fù)中，成骨細(xì)胞以胞內(nèi)分泌EGFL6 的方式經(jīng)由BMP/Smad 通路促進(jìn)成骨；以旁分泌EGFL6 的方式作用于鄰近血管內(nèi)皮細(xì)胞，以促進(jìn)H 型血管生成［13］。EGFL6 還能通過(guò)Wnt/β-catenin 通路促進(jìn)H型血管生成并呈現(xiàn)出劑量依賴性［14］。值得一提的是，外源性EGFL6 可能不直接作用于成骨細(xì)胞，而是通過(guò)促進(jìn)H 型血管生成進(jìn)而反哺骨形成活動(dòng)，這一點(diǎn)與SLIT3 的作用方式相似。

2.6 VEGF-A

成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞分泌的VEGF-A 可誘導(dǎo)骨中H 型血管生成，是一種促進(jìn)骨修復(fù)的積極因素。但是在OA 中， 雷帕霉素復(fù)合物1 刺激關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中VEGF-A 的產(chǎn)生和軟骨下骨中H 型血管生成，H 型血管作為致病因素參與了OA 的發(fā)生，使用貝伐單抗阻斷VEGF-A 后，不僅能顯著減少軟骨下H 型血管，還可防止軟骨退化［15］。VEGF-A 的表達(dá)還受HIF-1α、PDGF-BB、EGFL6 等因子調(diào)控，表明H 型血管生成是一個(gè)多因子、多通路共同作用的結(jié)果。

2.7 miRNA

miRNA 通過(guò)結(jié)合靶mRNA 的3'UTR 而抑制其翻譯，參與H 型血管生成的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，miR-136-3p 可抑制PTEN 基因表達(dá)，挽救因長(zhǎng)期大量飲酒導(dǎo)致的H 型血管生成受阻與骨密度下降［16］。產(chǎn)前咖啡因暴露將上調(diào)miR-375 而抑制生長(zhǎng)板中結(jié)締組織生長(zhǎng)因子表達(dá)，導(dǎo)致小鼠胎兒長(zhǎng)骨H 型血管豐度下降、骨發(fā)育不良［17］。miR-188-3p 在老年小鼠內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)增加，在衰老過(guò)程中通過(guò)抑制內(nèi)皮細(xì)胞的整合素β3 而負(fù)調(diào)控H 型血管［18］。經(jīng)唑來(lái)膦酸干預(yù)后，骨髓來(lái)源巨噬細(xì)胞分泌的胞外囊泡富含miR-149-5p，后者通過(guò)Rap1a/Rap1b/VEGFR2 軸抑制H型血管生成［19］。

3 影響H 型血管生成的因素

隨著對(duì)H 型血管研究的深入，已發(fā)現(xiàn)多種因素如藥物因素、物理因素和腫瘤因素可通過(guò)影響H 型血管的生成，從而達(dá)到治療骨病的目的或者誘導(dǎo)骨病的發(fā)生發(fā)展。

3.1 藥物因素對(duì)H 型血管的影響

3.1.1 促進(jìn)H 型血管生成的藥物

天然生物活性化合物作為藥物在骨病中被廣泛應(yīng)用。骨碎補(bǔ)總黃酮［20］、桃葉珊瑚苷［21］等可通過(guò)PDGF-BB 相關(guān)通路促進(jìn)H 型血管形成，在骨質(zhì)疏松、骨折修復(fù)中發(fā)揮積極作用。人參皂苷Rg1 能激活VEGF/Notch/Noggin 通路，促進(jìn)血管生成和骨形成相關(guān)因子的分泌并增加H 型血管數(shù)量，在糖尿病性骨質(zhì)疏松中發(fā)揮積極作用［22］。刺槐素通過(guò)Akt/GSK3β 和NF-κB 通路抑制破骨細(xì)胞分化和促進(jìn)H 型血管形成，防止OVX 小鼠骨丟失［23］。長(zhǎng)期臥床會(huì)導(dǎo)致骨密度的降低，西洋參皂苷能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分泌VEGF 和Noggin，在后肢免負(fù)荷小鼠模型中促進(jìn)H 型血管生成和骨形成［24］。

3.1.2 抑制H 血管生成的藥物

產(chǎn)前皮質(zhì)類固醇治療能促進(jìn)胎兒肺成熟、改善早產(chǎn)兒預(yù)后，但可能會(huì)損害骨骼系統(tǒng)發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)地塞米松會(huì)導(dǎo)致孕鼠后代骨骼中H 型血管生長(zhǎng)不良和骨礦化減少，這與破骨細(xì)胞前體及PDGF-BB 減少或者骨血管組織中PDGFR-β 表達(dá)降低有關(guān)［25，26］。軟骨內(nèi)H 型血管病理性生成是OA 發(fā)生的病理過(guò)程之一，地法替尼（Defactinib）能通過(guò)抑制粘附斑激酶信號(hào)，破壞軟骨下骨中H 型血管和間充質(zhì)干細(xì)胞之間的正反饋回路來(lái)緩解OA［27］。長(zhǎng)期過(guò)量飲酒會(huì)降低骨量，乙醇通過(guò)Bmi-1/p16 信號(hào)抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖并促進(jìn)衰老，損害H 型血管生成，進(jìn)而抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化［28］。

3.2 物理因素對(duì)H 型血管的影響

3.2.1 機(jī)械負(fù)荷

骨骼結(jié)構(gòu)能發(fā)生變化以適應(yīng)機(jī)械負(fù)荷，增加負(fù)荷刺激如進(jìn)行體育鍛煉將增強(qiáng)骨骼強(qiáng)度；減少負(fù)荷刺激如微重力狀態(tài)將導(dǎo)致骨量減少［29］。給予膝關(guān)節(jié)機(jī)械負(fù)荷，可下調(diào)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源外泌體中miR-214-3p 的水平，或刺激PI3K/Akt 通路磷酸化和VEGF 分泌增多，促進(jìn)OVX 小鼠H 型血管生成而抑制骨丟失［30，31］。同時(shí)，增加機(jī)械負(fù)荷也可改善哮喘治療藥物特布他林引起的骨量降低與H 型血管減少［32］。此外，機(jī)械負(fù)荷還能以機(jī)械敏感性蛋白S1Pr1依賴的方式促進(jìn)骨缺損小鼠模型的H 型血管生成與骨形成［33］。適度機(jī)械負(fù)荷刺激H 型血管生長(zhǎng)，但過(guò)強(qiáng)負(fù)荷則可能產(chǎn)生相反效果，當(dāng)負(fù)荷刺激達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，將上調(diào)機(jī)械力受體蛋白PIEZO1，刺激下游磷酸化牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白1 大量分泌，使干骺端H 型血管轉(zhuǎn)化為L(zhǎng) 型血管以限制骨生長(zhǎng)，這可能是青春期末期骨骼停止發(fā)育的機(jī)制之一［34］。

3.2.2 電、磁、超聲、激光

電刺激療法可促進(jìn)支配股骨的神經(jīng)末梢釋放降鈣素基因相關(guān)肽，增加H 型血管數(shù)量而顯著促進(jìn)骨折愈合［35］。脈沖電磁場(chǎng)可顯著促進(jìn)OVX 小鼠長(zhǎng)骨H 型血管生成，并與內(nèi)皮細(xì)胞HIF-1α 的表達(dá)增高有關(guān)［36］。低強(qiáng)度脈沖超聲是一種促進(jìn)骨折愈合的治療手段，其療效已獲得了大多數(shù)臨床醫(yī)師的肯定［37］。研究顯示，低強(qiáng)度脈沖超聲可使大鼠創(chuàng)傷性椎體骨折處H 型血管增多，促進(jìn)骨折修復(fù)［38］。此外，低能激光治療能誘導(dǎo)活性氧生成從而增強(qiáng)HIF-1α 穩(wěn)定性，促進(jìn)H 型血管生成與骨缺損修復(fù)［39］。

3.3 腫瘤因素對(duì)H 型血管的影響

骨骼是最常見(jiàn)的腫瘤轉(zhuǎn)移部位，研究發(fā)現(xiàn)，H 型血管構(gòu)成了支持乳腺癌細(xì)胞植入骨髓的“轉(zhuǎn)移前生態(tài)位”，播散性腫瘤細(xì)胞（disseminated tumor cells,DTCs）經(jīng)脈管系統(tǒng)選擇性定居于H 型血管周圍，腫瘤分泌的粒細(xì)胞集落刺激因子能重塑骨內(nèi)局部脈管系統(tǒng)，建造適合其自身生長(zhǎng)的環(huán)境［40］。而H 型血管也可對(duì)腫瘤發(fā)展產(chǎn)生影響，經(jīng)放、化療后，仍有部分DTCs 在骨中以靜止?fàn)顟B(tài)存活很長(zhǎng)時(shí)間，隨著患者衰老，這些DTCs 逐漸失去靜止性，原因可能是隨著H型血管的年齡依賴性減少，其參與調(diào)控的骨形態(tài)發(fā)生蛋白4 等“靜止誘導(dǎo)因子”生成減少，DTCs 恢復(fù)活躍并開始增殖，導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)［41，42］。探索H 型血管在骨腫瘤中的作用，是研究骨腫瘤發(fā)生及治療的新方向，未來(lái)的腫瘤治療可以嘗試針對(duì)骨髓微環(huán)境與H型血管而不是DTCs，以破壞腫瘤改造轉(zhuǎn)移部位的能力。

4 小結(jié)與展望

H 型血管是一種特殊的骨血管亞型，好生長(zhǎng)于骨干骺端和骨內(nèi)膜，具有年齡依賴性減少的特征，其生長(zhǎng)受到多種細(xì)胞因子與通路的調(diào)控，并且藥物因素、物理因素和腫瘤因素均能對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)近年H 型血管相關(guān)文獻(xiàn)的回顧，綜合分析近年H 型血管相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)H 型血管生成有利于加速骨折的愈合、激素性股骨頭壞死的修復(fù)以及骨質(zhì)疏松癥的防治，而抑制H 型血管生成對(duì)于緩解骨關(guān)節(jié)炎和減少腫瘤骨轉(zhuǎn)移可能是有益的。目前針對(duì)H 型血管的研究大多處在細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平，進(jìn)一步研究其在人體中的作用，將為建立新的骨修復(fù)和骨丟失治療策略提供理論基礎(chǔ)?？傊?H 型血管的相關(guān)研究為“血管生成-成骨偶聯(lián)”的機(jī)制提供了新見(jiàn)解，利用H 型血管的特性來(lái)治療相關(guān)骨病可能是未來(lái)的新選擇。