H型血管在不同類型骨質(zhì)疏松中的研究進(jìn)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(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省人民醫(yī)院，內(nèi)分泌科，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省白銀市第一人民醫(yī)院，甘肅 白銀 730900）

0 引言

骨質(zhì)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(zhì)疏松患者的數(shù)量在逐年增加[1]，骨折則成為了OP的嚴(yán)重并發(fā)癥之一。目前，研究發(fā)現(xiàn)血管生成對于成骨生成至關(guān)重要，不僅局限于胚胎階段的骨發(fā)育，而且對之后的骨重塑也至關(guān)重要。說明骨微血管系統(tǒng)是骨微環(huán)境不可或缺的一部分。它不僅支持骨骼中各種細(xì)胞的代謝需求，還在局部骨組織的代謝中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。

近年來，德國學(xué)者Kusumber團隊新發(fā)現(xiàn)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(nèi)皮細(xì)胞（HSVECs）標(biāo)記物CD31和EMCN(CD31hiEmcnhi)呈強陽性表達(dá)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(xì)胞的功能特性，還可以促進(jìn)骨血管生成-成骨耦合。此外，王等人也[3]發(fā)現(xiàn)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(nèi)皮細(xì)胞只占所有骨內(nèi)皮細(xì)胞的1.77%和總骨髓內(nèi)皮細(xì)胞的0.015%，但發(fā)現(xiàn)在H型血管周圍有大量的骨祖細(xì)胞可以分化為成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞，說明H型血管可能在骨再生過程中起了關(guān)鍵性的作用[4]。在骨髓微環(huán)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(xì)胞譜系，包括肥厚的軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和破骨細(xì)胞，通過分泌VEGF、SLIT3和PDGF-BB促進(jìn)了H型血管的形成。此外，H型血管內(nèi)皮細(xì)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(jìn)而參與血管生成和骨再生的調(diào)控[5]。前期還有研究表明，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中FAK信號的激活可促進(jìn)骨內(nèi)H型血管的形成，以改善骨質(zhì)疏松的嚴(yán)重程度[6]。因此，闡明H型血管在不同類型骨質(zhì)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(tài)下骨質(zhì)疏松的影響

1.1 H型血管在OVX性骨質(zhì)疏松中的調(diào)節(jié)機制

1.1.1 DFO

目前，隨著更多學(xué)者對知識的不斷探究，發(fā)現(xiàn)血管生成受損也是導(dǎo)致骨代謝異常的原因之一。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，去鐵胺(DFO)可以通過激活β-連環(huán)蛋白信號通路[7]來促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)的分化和內(nèi)皮細(xì)胞的形成[8]，進(jìn)而促進(jìn)骨質(zhì)疏松的愈合。在發(fā)生骨折時，局部注射DFO還可以通過增加內(nèi)皮細(xì)胞的形成來促進(jìn)骨組織的愈合和預(yù)防年齡依賴性的H型血管丟失，從而改善老年小鼠骨質(zhì)流失的程度。然而，發(fā)現(xiàn)去鐵胺(DFO)對OVX性骨質(zhì)疏松所起的保護(hù)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(biāo)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(dá))對生理和/或病理應(yīng)激更敏感，并有可能成為骨狀態(tài)的早期標(biāo)志物。此外，DFO還可以通過骨[9]中的HIF通路增加血管生成進(jìn)而優(yōu)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(jìn)老年小鼠的H型血管形成，進(jìn)而改善骨密度。因此，DFO有可能成為治療骨質(zhì)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(zhì)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(yī)生對DFO進(jìn)行更充分的探究。

1.1.2 Harmine

在哺乳動物骨骼系統(tǒng)的發(fā)育過程中，血管網(wǎng)絡(luò)提供了獲取營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣、多能細(xì)胞和礦物質(zhì)的傳遞途徑，這是成骨細(xì)胞必然經(jīng)歷的過程[10-12]。目前，新發(fā)現(xiàn)的肉葉蕓香堿（Harmine）是一種天然的三環(huán)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(jīng)系統(tǒng)的強大作用。研究發(fā)現(xiàn)，Harmine不僅可以抑制RANKL誘導(dǎo)的多核破骨細(xì)胞形成，還可以抑制前破骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞的融合，使前破骨細(xì)胞和骨髓間充質(zhì)干細(xì)（BCMs）中分泌的PDGF-BB的活性和濃度顯著增加，進(jìn)而促進(jìn)H型血管的生成。然而，腹腔注射Harmine雖可抑制OVX小鼠的骨質(zhì)丟失，但發(fā)現(xiàn)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(jīng)系統(tǒng)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(hù)作用。綜上所述，口服Harmine乳液能夠改善OVX性骨質(zhì)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(yù)防和治療骨質(zhì)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(xì)胞的發(fā)生非常重要[16,17]。已有研究證明，H型血管主要受PDGF-BB的調(diào)控來影響骨的發(fā)育。雖然完全抑制[15]破骨細(xì)胞可以減少與衰老相關(guān)的骨質(zhì)丟失，但它忽視了Trap+前破骨細(xì)胞在成骨與血管生成耦合中的積極作用。Trap+前破骨細(xì)胞可分泌高水平的PDGF-BB，來促進(jìn)H型血管形成。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在Rank L刺激后的前期，NCF不僅阻斷了多核破骨細(xì)胞的形成和骨吸收，還提高了Trap+前破骨細(xì)胞與多核破骨細(xì)胞的比例。使得相對增加的Trap+前破骨細(xì)胞又促進(jìn)了PDGF-BB的分泌，從而促進(jìn)H型血管的生成，表明Trap+前體破骨細(xì)胞的增加可以預(yù)防OVX誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥。雖然NCF可能具有抑制Trap+前破骨細(xì)胞向多核破骨細(xì)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(xì)胞標(biāo)記基因的表達(dá)，如Trap、MMP-9、DC-STAMP、ATP6V0D2、c Fos和NFATc1。其中阻斷DC-STAMP的表達(dá)可以阻斷前破骨細(xì)胞的融合[17,18]。因此，DC-STAMP的抑制可能是NCF抑制細(xì)胞間融合作用的原因之一。既往有研究報道，rankl誘導(dǎo)破骨細(xì)胞形成需要細(xì)胞內(nèi)因子參與介導(dǎo)破骨細(xì)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(xì)胞有不同的影響，但它們都影響c-Fos和NFATc1的轉(zhuǎn)錄活性。研究發(fā)現(xiàn)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(xì)胞形成和促進(jìn)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(xì)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(zhì)疏松癥的嚴(yán)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(dǎo)致NCF的抗骨質(zhì)疏松作用效果不佳。因此，部分問題仍需要進(jìn)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(xì)胞的形成，從而促進(jìn)H型血管的形成，有望作為骨質(zhì)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(zhì)疏松中的調(diào)節(jié)機制

1.2.1 PDGFRβ/FAK通路

產(chǎn)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(fā)育毒性。研究發(fā)現(xiàn)PDE不僅抑制產(chǎn)前和產(chǎn)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(guān)基因的表達(dá)。此外，PDE還促進(jìn)了雌性骨糖皮質(zhì)激素受體(GR)、CCAAT和增強子結(jié)合蛋白α(C/EBPα)和miR-34c在胎兒中的表達(dá)。大量研究報道，miR-34c通過調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和H型血管的發(fā)育，參與了骨量的調(diào)控。說明miR-34c可以直接調(diào)控骨代謝中關(guān)鍵基因的表達(dá)，進(jìn)而參與骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生發(fā)展[21,22]。有研究報道，高濃度的地塞米松還可上調(diào)大鼠骨EPCs中GR、C/EBPα和miR-34c的表達(dá)。特別是在宮內(nèi)激活骨GR/C/EBPα信號通路后，miR-34c的表達(dá)是持續(xù)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(fā)育。然而，沉默GR或C/EBPα卻逆轉(zhuǎn)了地塞米松誘導(dǎo)的miR-34c的上調(diào)。說明GR/C/EBPα信號的激活誘導(dǎo)了miR-34c的高表達(dá)。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(dǎo)致了雌性后代H型血管的發(fā)育不良和增加了骨質(zhì)疏松的易感性。因此，通過對地塞米松誘導(dǎo)骨發(fā)育毒性的分子機制有所了解后，為探索H型血管發(fā)育不良和胎兒源性骨質(zhì)疏松癥的早期干預(yù)靶點提供了新的見解[23]。

1.3 H型血管在酒精性骨質(zhì)疏松中的調(diào)節(jié)機制

1.3.1 microRNA-136-3p/PTEN通路

研究發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)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(zhì)疏松中起了關(guān)鍵作用。有研究報道，PTEN可抑制血管發(fā)芽和內(nèi)皮小管的形成，其過表達(dá)可降低血管密度和內(nèi)皮細(xì)胞的管狀形成。PTEN由PTEN基因編碼，是一種脂質(zhì)磷酸酶，負(fù)性調(diào)控PI3K信號通路，并使PIP3去磷酸化以調(diào)節(jié)PI3K的活性。因此，PTEN可作為血管生成的關(guān)鍵介質(zhì)[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(diào)可能構(gòu)成了酒精性骨質(zhì)減少的致病基礎(chǔ)。雖然乙醇可嚴(yán)重抑制H型血管內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）的遷移和管狀形成，但其可通過使miR-136-3p的表達(dá)增強而顯著減輕其抑制作用，并有效預(yù)防酒精性誘導(dǎo)的骨質(zhì)丟失。因此，提示miR-136-3p/PTEN軸在調(diào)節(jié)血管化和骨形成中所起的關(guān)鍵作用是預(yù)防酒精性骨質(zhì)疏松癥的重要保護(hù)機制之一[25]。

1.4 H型血管在糖尿病性骨質(zhì)疏松的調(diào)節(jié)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(guān)鍵因素[26,27]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，雖然骨骼也是一個富含血管網(wǎng)絡(luò)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(shù)T1DM[28,29]的研究中，血管并發(fā)癥已經(jīng)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(fā)癥[27,28]有待進(jìn)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(dǎo)血管生成和成骨耦合，是骨形成的關(guān)鍵調(diào)控因子。所以推測H型血管可能是T1DM骨量[31]的敏感標(biāo)志物。后來有研究發(fā)現(xiàn)，早發(fā)型T1DM可導(dǎo)致血管系統(tǒng)的不可逆異常，尤其是骨內(nèi)的H型血管，使血管生成與成骨脫偶聯(lián)，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(guān)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(fā)癥，持續(xù)高血糖和胰島素絕對缺乏引起的代謝紊亂可能是T1DM并發(fā)癥的核心致病因素[33]。最近Ramasamy[34]等人研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病(T2DM)也會導(dǎo)致微血管病[35]的發(fā)展，使得骨血管供應(yīng)受到了損害。Stabley等人還發(fā)現(xiàn)T2DM的進(jìn)展會導(dǎo)致血管收縮，并損害長骨內(nèi)的血流，可能進(jìn)一步導(dǎo)致骨質(zhì)減少。此外，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮氧化應(yīng)激與H型血管內(nèi)皮細(xì)胞中NOX2的上調(diào)密切相關(guān)，說明NOX2過表達(dá)可能是糖尿病骨內(nèi)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(tǒng)受到代謝紊亂的影響時，成骨細(xì)胞可能會失去H型血管的支持和調(diào)節(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致成骨受損和骨脆性增加。研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者骨內(nèi)H型血管損傷的程度與血糖水平呈正相關(guān)[36]，這可能說明血糖控制失衡也是骨中血管系統(tǒng)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(guān)鍵因素[37]。綜上所述，在糖尿病狀態(tài)下，骨內(nèi)H型血管管內(nèi)血流的改變對骨形成造成了一定的影響，同時也發(fā)現(xiàn)H型血管與糖尿病性骨質(zhì)疏松之間的聯(lián)系也逐漸成為了近幾年的研究熱點。因此，保持骨內(nèi)H型血管內(nèi)皮細(xì)胞的高表達(dá)有望成為治療糖尿病性骨質(zhì)疏松的潛在靶點。

2 展望

目前，骨質(zhì)疏松癥患者的比例仍在持續(xù)增加，但對其的治療仍局限于傳統(tǒng)療法，故需要開發(fā)新的策略。新發(fā)現(xiàn)的骨內(nèi)H型血管的血液供應(yīng)可作為不同類型骨質(zhì)疏松的一種防御機制，其與骨質(zhì)疏松的聯(lián)系也被越來越多的研究所證實。因此，預(yù)防骨內(nèi)H型血管數(shù)量的減少可為臨床醫(yī)生提供一種新的診療思路，降低由骨質(zhì)疏松引起骨折發(fā)生率的同時，還可提高患者的生活質(zhì)量。