H型血管调控骨代谢防治骨质疏松症的相关机制研究

游翔宇 王想福 叶丙霖 陈伟国 赵恒 张万乾

1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730030 2.甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050

骨质疏松症是骨代谢失衡导致的以骨脆性增加、易骨折、骨量减低为特征的全身性骨骼系统疾病，其特点包括骨强度降低、骨微结构退化、密度变小、骨小梁数目减少等。这种疾病通常好发于绝经后的妇女身上，因此目前业内普遍认为雌激素水平的变化是引起OP发生的主要原因[1]。此外，有研究认为血管生成在骨形成中也发挥着重要作用。血管生成是指在骨骼发育、建模和重塑过程中，在原有血管基础上形成新血管的过程。血管中的血液为骨组织提供必要的营养素、氧气、生长因子和激素，极大地促进骨的形成。

1 H型血管的特点和功能

血管的构成相对复杂，其中内皮细胞在血管形成和增长过程中起着重要的调节作用。2014年，Kusumbe等[2]在进行动物实验时发现骨的干骺端和骨膜下区域的毛细血管分布着一种亚型血管，由于该类血管对应于内皮粘蛋白(Emcn)和CD31的高表达，这些血管被称为H型血管，其周围存在大量以表达转录因子Osterix为主的骨祖细胞。此外，骨干内的窦状血管在骨干骨髓腔中形成一个密集、高度分支的毛细血管网，因显示CD31和Emcn的低表达，故被称为L型血管。随后其他学者在人体内找到了H型血管的存在[3]。富氧血直接与H型血管相连，然后血液继续在干骺端和骨干之间的交界处形成L型正弦网络，最终流入中央静脉。同时，由于H型血管周围聚集着大量的骨祖细胞，这些富含氧气的血液为骨祖细胞的发育提供了充足的能量来源，骨祖细胞的增殖和分化也随之加快，从而促进了转录因子Osterix的表达，对成骨细胞的产生起到极大地促进作用。

2 骨形成与血管的关系

骨血管可以调节骨的营养状态。长骨的发育包括骨的建模和耦合的骨重建。在骨模型中，骨形成独立于骨吸收发生，而骨吸收和骨形成在骨重建过程中耦合，以维持骨骼的动态平衡，这两个过程都伴随着血管的生成[5]。在骨微环境中，骨血管生成可促进成骨细胞分化，增强骨形成。而成骨细胞可以通过分泌VEGF以及FGF2等血管生成因子促进血管内皮细胞的增殖及分化，进而促进骨血管生成。王岚等[4]从中医“肾藏精，主骨”的理论，并基于CKD骨-血管轴病变肾精亏虚、脉络瘀阻的共同病机，也证明了血管的建立与骨代谢之间存在着密切联系。

3 H型血管及其相关因子与骨形成

骨生成和血管生成之间在空间和时间上的密切联系被称为“血管生成-成骨耦合”[6-7]，这种独特的机制使得血管在生成的同时，可以帮助骨细胞形成。有研究表明，成骨细胞系和破骨细胞系细胞与内皮细胞之间存在分子串扰，从而促进血管生成。到目前为止，已经明确了几个调节H型血管形成和成骨的因素。破骨细胞、成骨细胞、软骨细胞和内皮细胞可以分泌诱导内皮细胞增殖、血管组装和稳定的因子，如血小板衍生生长因子BB(PDGF-BB)和缝隙引导配体3(SLIT3)[8]。内皮细胞可以分泌促进血管组装和稳定的因子，也可以促进骨形成，如缺氧诱导因子-1(HIF-1α)和血管内皮生长因子(VEGF)。

3.1 血小板衍生生长因子(PDGF)

PDGF是贮存于血小板α颗粒中的一种碱性蛋白质，是一种低分子量促细胞分裂素。PDGF-BB在促进各种类型的间充质细胞增殖和分化以促进血管生成和成骨方面起关键作用[9-10]。吸收性破骨细胞的未成熟前体细胞，是骨髓和外周血中PDGF-BB的主要来源[8]。Gao等[11]认为巨噬细胞/单核细胞可以在骨建模过程中分泌PDGF-BB，进而诱导骨膜衍生细胞表达并募集到骨膜表面，以支持成骨和H型血管形成。有学者发现这种机制在鼠体内也存在，这无疑为PDGF-BB促进H型血管和骨形成提供了证据。总之，PDGF-BB在血管生成和成骨过程中起着重要的调节作用。

3.2 缝隙引导配体3(SLIT3)

SLIT3是最初在中枢神经系统中被识别的3种缝隙配体之一，近来有研究[12,14]发现它也参与血管的生成，在促进H型血管的形成和骨的形成过程中扮演着重要角色。Xu等[13]研究发现，SLIT3可以借助其促血管生成因子的间接作用促进骨形成，从而增加H型内皮细胞的数量。另外，在多个成骨细胞系细胞中SLIT3的基因缺失时显示H型骨骼内皮细胞减少且成骨细胞活性降低、骨形成减弱，这表明成骨细胞和H型内皮细胞之间存在相互的作用。此外，Kim等[14]也证实了SLIT3可以刺激成骨细胞到骨重建部位的建立和增殖，并促进成骨。SLIT3的具体作用机制目前还暂不十分明确，业内对SLIT3的作用机制看法也各不相同，但是在治疗骨质疏松方面，SLIT3仍不失为一个有意义和价值的研究点。

3.3 缺氧诱导因子-1(HIF-1α)

缺氧诱导因子是一种转录因子，它可以控制生理性和病理性的新血管生成。成骨过程中的高代谢需要氧气提供能量，而丰富的血管可以为成骨代谢提供能量，因此在需氧条件下，HIF-1α的生成和表达大大提高。Kusumbe等[2]证明HIF-1α是H型血管形成的重要催化剂。他们通过动物实验发现在幼年小鼠中H型内皮细胞可高水平表达HIF-1α，而骨量较低的高龄小鼠中HIF-1α的表达水平相对较低。内皮细胞中缺氧信号的激活导致H型血管的数量增加，并增强了软骨内血管生成和成骨。有学者[15]用甲磺酸去铁胺促进HIF-1α的活性和稳定性，发现H型血管和成骨祖细胞和成骨细胞的活性与数量显著增加，从而导致骨形成的增加。以上种种都表明，HIF-1α在调节H型血管中起着至关重要的作用，它可以将血管生成与成骨结合在一起，极大促进体内骨量的增多。

3.4 血管内皮生长因子(VEGF)

VEGF被认为是血管生成的主要调节因子，是骨骼疾病相关研究的一个重点内容。在软骨内骨形成中，VEGF可促进软骨的血管侵袭。在小鼠中，部分VEGF的丢失会导致骨髓血管的减少，而这与骨形成减少和肢体缩短相关。同时，高浓度的VEGF还可以增加破骨细胞聚集和骨吸收，导致骨量丢失。因此，VEGF的研究对于骨质疏松同样意义重大。

4 H型血管与防治骨质疏松症

借助于H型血管的某些特质，我们可以在临床上对骨质疏松进行防治。有报道显示用荷叶碱可以通过抑制MAPK和NF-κB信号通路来保护TRAP+破骨前细胞，从而维持PDGF-BB、SLIT3和HIF-1α等因子的浓度，促进H型血管的形成，进而防治骨量丢失。Lu等[16]发现激活关节软骨细胞中雷帕霉素复合物(mTORC)的机械性靶点，从而刺激H型血管的形成，刺激软骨下血管生成与成骨的耦合导致软骨下骨硬化，可以形成骨赘。Gao等[17]研究发现应用川芎嗪局部给药通过AMPK-mTORC-HIF-1α信号通路直接诱导H型血管形成，改善衰老小鼠的骨内稳态。Xu等[18]用低强度脉冲超声通过增加脊柱融合过程中H型血管新生，提高成骨细胞数量从而促进脊柱融合。由此可见，通过作用于某个特殊靶点可以刺激H型血管的形成，从而促进成骨和减少骨流失。这对于骨质疏松患者来说无疑是一个巨大福音。

5 展望

对H型血管的描述可以加深我们对骨代谢更全面和细致的理解血管生成和成骨之间的相互关系。在几种骨病的模型中，适当刺激H型血管的方法对骨病的治疗是有效的。但是目前为止，对于H型血管和骨代谢之间更深层次的关系，以及中间因子的产生、去向以及具体的作用机制，尚不是十分明确。且目前对于H型血管的研究大多局限于试验模型，验证H型血管在人类骨质疏松中的作用尚需要进一步的研究。