H型血管在不同类型骨质疏松中的研究进展

仇菊梅，曾佩芸，刘亚倩，张娜，张延燕，郭文惠，雷皓月，张琦,2*

（1.甘肃中医药大学第一临床医学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省人民医院，内分泌科，甘肃 兰州 730000；3.甘肃省白银市第一人民医院，甘肃 白银 730900）

0 引言

骨质疏松症（osteop orosis，OP）是危及全人类健康的一种骨代谢疾病。由于老龄化人口的迅速增长，骨质疏松患者的数量在逐年增加[1]，骨折则成为了OP的严重并发症之一。目前，研究发现血管生成对于成骨生成至关重要，不仅局限于胚胎阶段的骨发育，而且对之后的骨重塑也至关重要。说明骨微血管系统是骨微环境不可或缺的一部分。它不仅支持骨骼中各种细胞的代谢需求，还在局部骨组织的代谢中发挥着重要的调节作用。

近年来，德国学者Kusumber团队新发现了一种主要分布于骨干骺端和骨膜下的特殊亚型血管[2]，即血管内皮细胞（HSVECs）标记物CD31和EMCN(CD31hiEmcnhi)呈强阳性表达的H型血管（Typ e H vessels）。H型血管只与动脉连接，它不仅具有维持血管周围骨祖细胞的功能特性，还可以促进骨血管生成-成骨耦合。此外，王等人也[3]发现在人的近端股骨中H型血管的含量很丰富。虽然H型血管内皮细胞只占所有骨内皮细胞的1.77%和总骨髓内皮细胞的0.015%，但发现在H型血管周围有大量的骨祖细胞可以分化为成骨细胞和骨细胞，说明H型血管可能在骨再生过程中起了关键性的作用[4]。在骨髓微环境中，也有多种信号因子参与了H型血管生成和成骨的耦合；还有多种细胞谱系，包括肥厚的软骨细胞、成骨细胞、血管内皮细胞和破骨细胞，通过分泌VEGF、SLIT3和PDGF-BB促进了H型血管的形成。此外，H型血管内皮细胞分泌的RANKL也可以通过RANKL-RANK信号机制支持多信号通路，如HIF-1α和Notch通路，进而参与血管生成和骨再生的调控[5]。前期还有研究表明，骨髓间充质干细胞中FAK信号的激活可促进骨内H型血管的形成，以改善骨质疏松的严重程度[6]。因此，阐明H型血管在不同类型骨质疏松症中的作用机制将为后期的临床治疗提供一种新的诊疗思路。

1 H型血管对不同状态下骨质疏松的影响

1.1 H型血管在OVX性骨质疏松中的调节机制

1.1.1 DFO

目前，随着更多学者对知识的不断探究，发现血管生成受损也是导致骨代谢异常的原因之一。经研究发现，去铁胺(DFO)可以通过激活β-连环蛋白信号通路[7]来促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)的分化和内皮细胞的形成[8]，进而促进骨质疏松的愈合。在发生骨折时，局部注射DFO还可以通过增加内皮细胞的形成来促进骨组织的愈合和预防年龄依赖性的H型血管丢失，从而改善老年小鼠骨质流失的程度。然而，发现去铁胺(DFO)对OVX性骨质疏松所起的保护作用却只是暂时的，这可能是雌激素的缺乏抵消了DFO对成骨和血管的生成作用，并且与H型血管的特异性标记物EMCN+ECs相比，CD31+ECs则下降的更为显著。这可能说明H型血管(CD31表达)对生理和/或病理应激更敏感，并有可能成为骨状态的早期标志物。此外，DFO还可以通过骨[9]中的HIF通路增加血管生成进而优化骨的再生。在病理情况下，DFO可作为一种血管生成剂，它不仅具有激活某些血管通路的潜力，还可以促进老年小鼠的H型血管形成，进而改善骨密度。因此，DFO有可能成为治疗骨质疏松的一个潜在靶点。综上所述，虽然DFO在动物模型中可以耦合不同的途径，如血管与成骨生成的耦合，为骨质疏松症更新了新的治疗理念，然而对于临床研究而言，仍存在一定的局限性，需要临床医生对DFO进行更充分的探究。

1.1.2 Harmine

在哺乳动物骨骼系统的发育过程中，血管网络提供了获取营养物质、氧气、多能细胞和矿物质的传递途径，这是成骨细胞必然经历的过程[10-12]。目前，新发现的肉叶芸香碱（Harmine）是一种天然的三环β-胆碱生物碱，广泛分布于植物、动物以及人体组织和体液中。它具有多种生物功能，包括对骨骼和中枢神经系统的强大作用。研究发现，Harmine不仅可以抑制RANKL诱导的多核破骨细胞形成，还可以抑制前破骨细胞与破骨细胞的融合，使前破骨细胞和骨髓间充质干细（BCMs）中分泌的PDGF-BB的活性和浓度显著增加，进而促进H型血管的生成。然而，腹腔注射Harmine虽可抑制OVX小鼠的骨质丢失，但发现口服Harmine乳液效果更佳。因为口服Har mine乳液不仅可以减轻该药物对中枢神经系统副作用[13]，还可以在OVX小鼠的骨髓中检测到Harmine的存在，这可能说明口服Harmine对OVX小鼠的骨组织起到了一定的保护作用。综上所述，口服Harmine乳液能够改善OVX性骨质疏松小鼠H型血管的生成和骨的形成。因此，Harmine可能是一种很有前途的预防和治疗骨质疏松症的药物[14]，有望于在未来临床中得到更广泛的验证。

1.1.3 Nuciferine

莲叶碱(NCF)是一种来自莲花叶的生物活性化合物，具有广泛的药理作用，如抗炎和抗氧化活性[15]；该化合物可显著抑制NF-κB信号通路，这对于破骨细胞的发生非常重要[16,17]。已有研究证明，H型血管主要受PDGF-BB的调控来影响骨的发育。虽然完全抑制[15]破骨细胞可以减少与衰老相关的骨质丢失，但它忽视了Trap+前破骨细胞在成骨与血管生成耦合中的积极作用。Trap+前破骨细胞可分泌高水平的PDGF-BB，来促进H型血管形成。经研究发现，在Rank L刺激后的前期，NCF不仅阻断了多核破骨细胞的形成和骨吸收，还提高了Trap+前破骨细胞与多核破骨细胞的比例。使得相对增加的Trap+前破骨细胞又促进了PDGF-BB的分泌，从而促进H型血管的生成，表明Trap+前体破骨细胞的增加可以预防OVX诱导的骨质疏松症。虽然NCF可能具有抑制Trap+前破骨细胞向多核破骨细胞的分化能力，但这种抑制作用仅局限于早期。此外，NCF还可以抑制破骨细胞标记基因的表达，如Trap、MMP-9、DC-STAMP、ATP6V0D2、c Fos和NFATc1。其中阻断DC-STAMP的表达可以阻断前破骨细胞的融合[17,18]。因此，DC-STAMP的抑制可能是NCF抑制细胞间融合作用的原因之一。既往有研究报道，rankl诱导破骨细胞形成需要细胞内因子参与介导破骨细胞的分化和功能，主要包括MAPK和NF-κB信号通路。尽管MAPK亚家族和NF-κB对破骨细胞有不同的影响，但它们都影响c-Fos和NFATc1的转录活性。研究发现NCF可以抑制由Rank L刺激引起的MAPK亚家族的磷酸化，说明NCF是抑制破骨细胞形成和促进H型血管生成的潜在机制。此外，在NF-κB信号通路中，NCF通过抑制MAPK/NFκB/c-Fos/NFATc1信号轴对多核破骨细胞的生成起到了抑制作用。综上所述，虽然NCF可以缓解OVX性骨质疏松症的严重程度，但由于口服NCF会引起吸收不良、代谢快速、以及生物利用度差[19]，可能会导致NCF的抗骨质疏松作用效果不佳。因此，部分问题仍需要进一步深究。但目前的研究表明，NCF可以通过抑制MAPK的磷酸化和NF-κB信号通路，减少多核破骨细胞的形成，从而促进H型血管的形成，有望作为骨质疏松一种新的治疗选择[20]。

1.2 H型血管在地塞米松性骨质疏松中的调节机制

1.2.1 PDGFRβ/FAK通路

产前接触地塞米松(PDE)可对后代造成多种短期和长期的危害，如骨发育毒性。研究发现PDE不仅抑制产前和产后女性后代的骨量，还抑制H型血管形成和骨血小板源性生长因子受体β(PDGFRβ)/黏附激酶(FAK)通路相关基因的表达。此外，PDE还促进了雌性骨糖皮质激素受体(GR)、CCAAT和增强子结合蛋白α(C/EBPα)和miR-34c在胎儿中的表达。大量研究报道，miR-34c通过调节成骨细胞、破骨细胞和H型血管的发育，参与了骨量的调控。说明miR-34c可以直接调控骨代谢中关键基因的表达，进而参与骨质疏松症的发生发展[21,22]。有研究报道，高浓度的地塞米松还可上调大鼠骨EPCs中GR、C/EBPα和miR-34c的表达。特别是在宫内激活骨GR/C/EBPα信号通路后，miR-34c的表达是持续性增加的，从而抑制了后代中PDGFRβ/FAK通路的活性和H型血管的发育。然而，沉默GR或C/EBPα却逆转了地塞米松诱导的miR-34c的上调。说明GR/C/EBPα信号的激活诱导了miR-34c的高表达。这可能说明PDE主要由GR/C/EBPα/miR-34c信号的激活来抑制PDGFRβ/FAK通路的活性，从而导致了雌性后代H型血管的发育不良和增加了骨质疏松的易感性。因此，通过对地塞米松诱导骨发育毒性的分子机制有所了解后，为探索H型血管发育不良和胎儿源性骨质疏松症的早期干预靶点提供了新的见解[23]。

1.3 H型血管在酒精性骨质疏松中的调节机制

1.3.1 microRNA-136-3p/PTEN通路

研究发现骨髓间充质干细胞(BMSCs)中10号染色体(PTEN)上缺失的磷酸酶和肌力素同源物在酒精性骨质疏松中起了关键作用。有研究报道，PTEN可抑制血管发芽和内皮小管的形成，其过表达可降低血管密度和内皮细胞的管状形成。PTEN由PTEN基因编码，是一种脂质磷酸酶，负性调控PI3K信号通路，并使PIP3去磷酸化以调节PI3K的活性。因此，PTEN可作为血管生成的关键介质[24]。此外，有研究表明miR-136-3p/PTEN轴在血管化和骨形成过程中的失调可能构成了酒精性骨质减少的致病基础。虽然乙醇可严重抑制H型血管内皮细胞（HUVECs）的迁移和管状形成，但其可通过使miR-136-3p的表达增强而显著减轻其抑制作用，并有效预防酒精性诱导的骨质丢失。因此，提示miR-136-3p/PTEN轴在调节血管化和骨形成中所起的关键作用是预防酒精性骨质疏松症的重要保护机制之一[25]。

1.4 H型血管在糖尿病性骨质疏松的调节机制

大量研究表明，糖尿病引起的血管疾病几乎影响所有的血管类型。血管损害已被证明是许多糖尿病病理改变的关键因素[26,27]。经研究发现，虽然骨骼也是一个富含血管网络的器官，但糖尿病对骨血管影响的作用机制尚不清楚。在大多数T1DM[28,29]的研究中，血管并发症已经成为骨折的危险因素，对骨骼也有直接的不利影响[27]，但糖尿病性骨病是否可归类为糖尿病的慢性微血管并发症[27,28]有待进一步确定。然而，Kusumbe等人[30]证明，骨中的血管生长涉及一种特殊的、组织特异性的血管生成，并伴有成骨生成，即为H型血管。其通过分泌血管生成因子介导血管生成和成骨耦合，是骨形成的关键调控因子。所以推测H型血管可能是T1DM骨量[31]的敏感标志物。后来有研究发现，早发型T1DM可导致血管系统的不可逆异常，尤其是骨内的H型血管，使血管生成与成骨脱偶联，从而影响骨的生长。因此，说明H型血管损伤可能是T1DM骨形成不良、骨脆性增加的关键因素。所以推测糖尿病性骨病可能是T1DM[32]的慢性微血管并发症，持续高血糖和胰岛素绝对缺乏引起的代谢紊乱可能是T1DM并发症的核心致病因素[33]。最近Ramasamy[34]等人研究发现，2型糖尿病(T2DM)也会导致微血管病[35]的发展，使得骨血管供应受到了损害。Stabley等人还发现T2DM的进展会导致血管收缩，并损害长骨内的血流，可能进一步导致骨质减少。此外，发现内皮氧化应激与H型血管内皮细胞中NOX2的上调密切相关，说明NOX2过表达可能是糖尿病骨内H型血管损伤的重要机制之一。有报道称，糖尿病患者的骨血管系统受到代谢紊乱的影响时，成骨细胞可能会失去H型血管的支持和调节，进而导致成骨受损和骨脆性增加。研究发现糖尿病患者骨内H型血管损伤的程度与血糖水平呈正相关[36]，这可能说明血糖控制失衡也是骨中血管系统功能障碍的一个重要原因，特别是H型血管。因此，H型血管损伤可能是早期T1DM和T2DM患者骨形成受损的关键因素[37]。综上所述，在糖尿病状态下，骨内H型血管管内血流的改变对骨形成造成了一定的影响，同时也发现H型血管与糖尿病性骨质疏松之间的联系也逐渐成为了近几年的研究热点。因此，保持骨内H型血管内皮细胞的高表达有望成为治疗糖尿病性骨质疏松的潜在靶点。

2 展望

目前，骨质疏松症患者的比例仍在持续增加，但对其的治疗仍局限于传统疗法，故需要开发新的策略。新发现的骨内H型血管的血液供应可作为不同类型骨质疏松的一种防御机制，其与骨质疏松的联系也被越来越多的研究所证实。因此，预防骨内H型血管数量的减少可为临床医生提供一种新的诊疗思路，降低由骨质疏松引起骨折发生率的同时，还可提高患者的生活质量。