H型血管在不同類型骨質疏松中的研究進展

仇菊梅，曾佩蕓，劉亞倩，張娜，張延燕，郭文惠，雷皓月，張琦,2*

（1.甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省人民醫院，內分泌科，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省白銀市第一人民醫院，甘肅 白銀 730900）

0 引言

骨質疏松癥（osteop orosis，OP）是危及全人類健康的一種骨代謝疾病。由于老齡化人口的迅速增長，骨質疏松患者的數量在逐年增加[1]，骨折則成為了OP的嚴重并發癥之一。目前，研究發現血管生成對于成骨生成至關重要，不僅局限于胚胎階段的骨發育，而且對之后的骨重塑也至關重要。說明骨微血管系統是骨微環境不可或缺的一部分。它不僅支持骨骼中各種細胞的代謝需求，還在局部骨組織的代謝中發揮著重要的調節作用。

近年來，德國學者Kusumber團隊新發現了一種主要分布于骨干骺端和骨膜下的特殊亞型血管[2]，即血管內皮細胞（HSVECs）標記物CD31和EMCN(CD31hiEmcnhi)呈強陽性表達的H型血管（Typ e H vessels）。H型血管只與動脈連接，它不僅具有維持血管周圍骨祖細胞的功能特性，還可以促進骨血管生成-成骨耦合。此外，王等人也[3]發現在人的近端股骨中H型血管的含量很豐富。雖然H型血管內皮細胞只占所有骨內皮細胞的1.77%和總骨髓內皮細胞的0.015%，但發現在H型血管周圍有大量的骨祖細胞可以分化為成骨細胞和骨細胞，說明H型血管可能在骨再生過程中起了關鍵性的作用[4]。在骨髓微環境中，也有多種信號因子參與了H型血管生成和成骨的耦合；還有多種細胞譜系，包括肥厚的軟骨細胞、成骨細胞、血管內皮細胞和破骨細胞，通過分泌VEGF、SLIT3和PDGF-BB促進了H型血管的形成。此外，H型血管內皮細胞分泌的RANKL也可以通過RANKL-RANK信號機制支持多信號通路，如HIF-1α和Notch通路，進而參與血管生成和骨再生的調控[5]。前期還有研究表明，骨髓間充質干細胞中FAK信號的激活可促進骨內H型血管的形成，以改善骨質疏松的嚴重程度[6]。因此，闡明H型血管在不同類型骨質疏松癥中的作用機制將為后期的臨床治療提供一種新的診療思路。

1 H型血管對不同狀態下骨質疏松的影響

1.1 H型血管在OVX性骨質疏松中的調節機制

1.1.1 DFO

目前，隨著更多學者對知識的不斷探究，發現血管生成受損也是導致骨代謝異常的原因之一。經研究發現，去鐵胺(DFO)可以通過激活β-連環蛋白信號通路[7]來促進骨髓間充質干細胞(BMSCs)的分化和內皮細胞的形成[8]，進而促進骨質疏松的愈合。在發生骨折時，局部注射DFO還可以通過增加內皮細胞的形成來促進骨組織的愈合和預防年齡依賴性的H型血管丟失，從而改善老年小鼠骨質流失的程度。然而，發現去鐵胺(DFO)對OVX性骨質疏松所起的保護作用卻只是暫時的，這可能是雌激素的缺乏抵消了DFO對成骨和血管的生成作用，并且與H型血管的特異性標記物EMCN+ECs相比，CD31+ECs則下降的更為顯著。這可能說明H型血管(CD31表達)對生理和/或病理應激更敏感，并有可能成為骨狀態的早期標志物。此外，DFO還可以通過骨[9]中的HIF通路增加血管生成進而優化骨的再生。在病理情況下，DFO可作為一種血管生成劑，它不僅具有激活某些血管通路的潛力，還可以促進老年小鼠的H型血管形成，進而改善骨密度。因此，DFO有可能成為治療骨質疏松的一個潛在靶點。綜上所述，雖然DFO在動物模型中可以耦合不同的途徑，如血管與成骨生成的耦合，為骨質疏松癥更新了新的治療理念，然而對于臨床研究而言，仍存在一定的局限性，需要臨床醫生對DFO進行更充分的探究。

1.1.2 Harmine

在哺乳動物骨骼系統的發育過程中，血管網絡提供了獲取營養物質、氧氣、多能細胞和礦物質的傳遞途徑，這是成骨細胞必然經歷的過程[10-12]。目前，新發現的肉葉蕓香堿（Harmine）是一種天然的三環β-膽堿生物堿，廣泛分布于植物、動物以及人體組織和體液中。它具有多種生物功能，包括對骨骼和中樞神經系統的強大作用。研究發現，Harmine不僅可以抑制RANKL誘導的多核破骨細胞形成，還可以抑制前破骨細胞與破骨細胞的融合，使前破骨細胞和骨髓間充質干細（BCMs）中分泌的PDGF-BB的活性和濃度顯著增加，進而促進H型血管的生成。然而，腹腔注射Harmine雖可抑制OVX小鼠的骨質丟失，但發現口服Harmine乳液效果更佳。因為口服Har mine乳液不僅可以減輕該藥物對中樞神經系統副作用[13]，還可以在OVX小鼠的骨髓中檢測到Harmine的存在，這可能說明口服Harmine對OVX小鼠的骨組織起到了一定的保護作用。綜上所述，口服Harmine乳液能夠改善OVX性骨質疏松小鼠H型血管的生成和骨的形成。因此，Harmine可能是一種很有前途的預防和治療骨質疏松癥的藥物[14]，有望于在未來臨床中得到更廣泛的驗證。

1.1.3 Nuciferine

蓮葉堿(NCF)是一種來自蓮花葉的生物活性化合物，具有廣泛的藥理作用，如抗炎和抗氧化活性[15]；該化合物可顯著抑制NF-κB信號通路，這對于破骨細胞的發生非常重要[16,17]。已有研究證明，H型血管主要受PDGF-BB的調控來影響骨的發育。雖然完全抑制[15]破骨細胞可以減少與衰老相關的骨質丟失，但它忽視了Trap+前破骨細胞在成骨與血管生成耦合中的積極作用。Trap+前破骨細胞可分泌高水平的PDGF-BB，來促進H型血管形成。經研究發現，在Rank L刺激后的前期，NCF不僅阻斷了多核破骨細胞的形成和骨吸收，還提高了Trap+前破骨細胞與多核破骨細胞的比例。使得相對增加的Trap+前破骨細胞又促進了PDGF-BB的分泌，從而促進H型血管的生成，表明Trap+前體破骨細胞的增加可以預防OVX誘導的骨質疏松癥。雖然NCF可能具有抑制Trap+前破骨細胞向多核破骨細胞的分化能力，但這種抑制作用僅局限于早期。此外，NCF還可以抑制破骨細胞標記基因的表達，如Trap、MMP-9、DC-STAMP、ATP6V0D2、c Fos和NFATc1。其中阻斷DC-STAMP的表達可以阻斷前破骨細胞的融合[17,18]。因此，DC-STAMP的抑制可能是NCF抑制細胞間融合作用的原因之一。既往有研究報道，rankl誘導破骨細胞形成需要細胞內因子參與介導破骨細胞的分化和功能，主要包括MAPK和NF-κB信號通路。盡管MAPK亞家族和NF-κB對破骨細胞有不同的影響，但它們都影響c-Fos和NFATc1的轉錄活性。研究發現NCF可以抑制由Rank L刺激引起的MAPK亞家族的磷酸化，說明NCF是抑制破骨細胞形成和促進H型血管生成的潛在機制。此外，在NF-κB信號通路中，NCF通過抑制MAPK/NFκB/c-Fos/NFATc1信號軸對多核破骨細胞的生成起到了抑制作用。綜上所述，雖然NCF可以緩解OVX性骨質疏松癥的嚴重程度，但由于口服NCF會引起吸收不良、代謝快速、以及生物利用度差[19]，可能會導致NCF的抗骨質疏松作用效果不佳。因此，部分問題仍需要進一步深究。但目前的研究表明，NCF可以通過抑制MAPK的磷酸化和NF-κB信號通路，減少多核破骨細胞的形成，從而促進H型血管的形成，有望作為骨質疏松一種新的治療選擇[20]。

1.2 H型血管在地塞米松性骨質疏松中的調節機制

1.2.1 PDGFRβ/FAK通路

產前接觸地塞米松(PDE)可對后代造成多種短期和長期的危害，如骨發育毒性。研究發現PDE不僅抑制產前和產后女性后代的骨量，還抑制H型血管形成和骨血小板源性生長因子受體β(PDGFRβ)/黏附激酶(FAK)通路相關基因的表達。此外，PDE還促進了雌性骨糖皮質激素受體(GR)、CCAAT和增強子結合蛋白α(C/EBPα)和miR-34c在胎兒中的表達。大量研究報道，miR-34c通過調節成骨細胞、破骨細胞和H型血管的發育，參與了骨量的調控。說明miR-34c可以直接調控骨代謝中關鍵基因的表達，進而參與骨質疏松癥的發生發展[21,22]。有研究報道，高濃度的地塞米松還可上調大鼠骨EPCs中GR、C/EBPα和miR-34c的表達。特別是在宮內激活骨GR/C/EBPα信號通路后，miR-34c的表達是持續性增加的，從而抑制了后代中PDGFRβ/FAK通路的活性和H型血管的發育。然而，沉默GR或C/EBPα卻逆轉了地塞米松誘導的miR-34c的上調。說明GR/C/EBPα信號的激活誘導了miR-34c的高表達。這可能說明PDE主要由GR/C/EBPα/miR-34c信號的激活來抑制PDGFRβ/FAK通路的活性，從而導致了雌性后代H型血管的發育不良和增加了骨質疏松的易感性。因此，通過對地塞米松誘導骨發育毒性的分子機制有所了解后，為探索H型血管發育不良和胎兒源性骨質疏松癥的早期干預靶點提供了新的見解[23]。

1.3 H型血管在酒精性骨質疏松中的調節機制

1.3.1 microRNA-136-3p/PTEN通路

研究發現骨髓間充質干細胞(BMSCs)中10號染色體(PTEN)上缺失的磷酸酶和肌力素同源物在酒精性骨質疏松中起了關鍵作用。有研究報道，PTEN可抑制血管發芽和內皮小管的形成，其過表達可降低血管密度和內皮細胞的管狀形成。PTEN由PTEN基因編碼，是一種脂質磷酸酶，負性調控PI3K信號通路，并使PIP3去磷酸化以調節PI3K的活性。因此，PTEN可作為血管生成的關鍵介質[24]。此外，有研究表明miR-136-3p/PTEN軸在血管化和骨形成過程中的失調可能構成了酒精性骨質減少的致病基礎。雖然乙醇可嚴重抑制H型血管內皮細胞（HUVECs）的遷移和管狀形成，但其可通過使miR-136-3p的表達增強而顯著減輕其抑制作用，并有效預防酒精性誘導的骨質丟失。因此，提示miR-136-3p/PTEN軸在調節血管化和骨形成中所起的關鍵作用是預防酒精性骨質疏松癥的重要保護機制之一[25]。

1.4 H型血管在糖尿病性骨質疏松的調節機制

大量研究表明，糖尿病引起的血管疾病幾乎影響所有的血管類型。血管損害已被證明是許多糖尿病病理改變的關鍵因素[26,27]。經研究發現，雖然骨骼也是一個富含血管網絡的器官，但糖尿病對骨血管影響的作用機制尚不清楚。在大多數T1DM[28,29]的研究中，血管并發癥已經成為骨折的危險因素，對骨骼也有直接的不利影響[27]，但糖尿病性骨病是否可歸類為糖尿病的慢性微血管并發癥[27,28]有待進一步確定。然而，Kusumbe等人[30]證明，骨中的血管生長涉及一種特殊的、組織特異性的血管生成，并伴有成骨生成，即為H型血管。其通過分泌血管生成因子介導血管生成和成骨耦合，是骨形成的關鍵調控因子。所以推測H型血管可能是T1DM骨量[31]的敏感標志物。后來有研究發現，早發型T1DM可導致血管系統的不可逆異常，尤其是骨內的H型血管，使血管生成與成骨脫偶聯，從而影響骨的生長。因此，說明H型血管損傷可能是T1DM骨形成不良、骨脆性增加的關鍵因素。所以推測糖尿病性骨病可能是T1DM[32]的慢性微血管并發癥，持續高血糖和胰島素絕對缺乏引起的代謝紊亂可能是T1DM并發癥的核心致病因素[33]。最近Ramasamy[34]等人研究發現，2型糖尿病(T2DM)也會導致微血管病[35]的發展，使得骨血管供應受到了損害。Stabley等人還發現T2DM的進展會導致血管收縮，并損害長骨內的血流，可能進一步導致骨質減少。此外，發現內皮氧化應激與H型血管內皮細胞中NOX2的上調密切相關，說明NOX2過表達可能是糖尿病骨內H型血管損傷的重要機制之一。有報道稱，糖尿病患者的骨血管系統受到代謝紊亂的影響時，成骨細胞可能會失去H型血管的支持和調節，進而導致成骨受損和骨脆性增加。研究發現糖尿病患者骨內H型血管損傷的程度與血糖水平呈正相關[36]，這可能說明血糖控制失衡也是骨中血管系統功能障礙的一個重要原因，特別是H型血管。因此，H型血管損傷可能是早期T1DM和T2DM患者骨形成受損的關鍵因素[37]。綜上所述，在糖尿病狀態下，骨內H型血管管內血流的改變對骨形成造成了一定的影響，同時也發現H型血管與糖尿病性骨質疏松之間的聯系也逐漸成為了近幾年的研究熱點。因此，保持骨內H型血管內皮細胞的高表達有望成為治療糖尿病性骨質疏松的潛在靶點。

2 展望

目前，骨質疏松癥患者的比例仍在持續增加，但對其的治療仍局限于傳統療法，故需要開發新的策略。新發現的骨內H型血管的血液供應可作為不同類型骨質疏松的一種防御機制，其與骨質疏松的聯系也被越來越多的研究所證實。因此，預防骨內H型血管數量的減少可為臨床醫生提供一種新的診療思路，降低由骨質疏松引起骨折發生率的同時，還可提高患者的生活質量。