引用本文： 張丹, 任利玲. 缺氧誘導因子1α在組織工程成骨和成血管中的作用. 中國修復重建外科雜志, 2016, 30(4): 504-508. doi: 10.7507/1002-1892.20160100 復制
近年，利用組織工程技術修復重建骨組織缺損已成為研究熱點之一。工程化組織移植至缺損處后，早期由于局部微環境無血管形成，不能及時有效提供氧分，導致移植物中的種子細胞處于缺血缺氧狀態；之后隨著血管化的逐步形成，新生血管帶來細胞生長所需的氧氣和養料，種子細胞生長的微環境由低氧環境逐漸過渡至常氧環境[1]。缺氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）在這一過程中起到了重要作用，不僅能調解和促進血管生成，還對種子細胞尤其是干細胞增殖、分化具有重要影響和意義。HIFs是最主要的能夠應答細胞內氧氣濃度降低而對多種基因進行調控的轉錄因子家族，與生物體的生長、發育及一些疾病的發病均存在密切關系[2]。在低氧環境下，HIF-1α 參與了多種基因的調控和表達，如促紅細胞生成素（erythropoietin，EPO）、VEGF、血紅素加氧酶誘導型NO合酶、IGF-1、基質細胞衍生因子1等。由于HIF-1α具有對低氧信號特異性的感知和廣泛的靶基因調控作用，從而被認為是骨缺損局部低氧條件下促血管新生相關基因中最重要的核心轉錄因子[3]。現就HIF-1α在血管形成-骨再生中的作用進行綜述。
1 HIF-1α在血管形成中的作用
HIF-1α是低氧狀態下血管發生的核心調控因子，通過調控和表達其編碼的相應生長因子產物，直接或間接參與血管發生的全過程：包括血管發生階段引起EPO及其相關受體的表達[4]；進展階段上調VEGF誘導血管內皮細胞增殖和遷移；形成階段與VEGF、血管生成素2（angiopoietin 2，Ang-2）和整合素共同作用促進血管相互吻合成血管網[5-6]；塑形和改建階段通過PDGF和Ang-1完成血管壁結構等[7]。由此可見，HIF-1α作為上游調控基因，其促血管生成作用比VEGF、Ang-1等單純基因更有效率。
在HIF-1α調控的眾多基因中，VEGF是目前所知的作用最強的血管生成刺激因子。VEGF在低氧環境中與HIF-1α結合，通過轉錄VEGF基因刺激血管新生，促進血管生成[8]。并且，隨著氧濃度的降低，脯氨酸羥化酶（prolyl hydroxylase，PHD）活性受到抑制，HIF-1α 蛋白降解途徑中斷而大量積累，進一步促使VEGF大量表達[9]。在低氧環境中 VEGF基因表達與 HIF-1α具有同步變化關系，說明在低氧環境中HIF-1α 表達增強能上調、活化 VEGF 基因轉錄，并且增強 VEGF 基因的穩定性[10]。
2 HIF-1α對骨再生的作用
研究表明，HIF-1α參與了骨骼發育過程，是介導骨-血管耦連生成的關鍵分子[11]。在缺氧和/或非缺氧類刺激因素下，發育中的長骨表面的間質細胞可感知并上調HIF-1α，繼而促進靶分子如VEGF和其他血管生成相關因子的產生和表達[12]。在此過程中，HIF-1α還可影響成骨細胞-血管龕的發育，即不斷增加新生血管，從而誘導更多的成骨細胞前體形成，后者成熟后可形成更多獨立的骨形成單位[13]。HIF-1α可誘導以下成骨關鍵基因的表達：①核心結合因子α1（core binding factor α1，Cbfα1）/成骨細胞特異性因子2（osteoblast specific factor 2，OSF2）：Cbfα1/OSF2能激活并啟動MSCs向成骨細胞系的分化和發育，被認為是成骨細胞特異性轉錄因子和成骨細胞分化的調節因子及特異性標志基因[14]。低氧環境中，隨著HIF-1α表達逐漸增加，Runx2/Cbfα1的表達也逐漸增高[14-16]。HIF-1α 通過調控Runx2的表達，進而調控骨形成[17-18]；反之，在常氧和缺氧時，Runx2也能明顯促進 HIF-1α 蛋白的表達[19]。②IGF-1： IGF-1可介導生長激素對骨骼的刺激效應，促進細胞增殖和分化，從而促進骨缺損的修復[20]。在BMSCs向成骨細胞分化的培養中發現，IGF-1可刺激ALP活性以及骨鈣蛋白的產生，并且與劑量相關[21]。③TGF-β：TGF-β 超家族包括TGF-β，BMP-2、3、4、5、6、7 和肌動蛋白及其抑制素，對成骨細胞骨形成和骨吸收區新骨形成均具有調節作用。TGF-β可明顯促進細胞外基質的合成，刺激膠原、骨連接蛋白和骨橋蛋白合成，增加骨基質沉積率 [22]。TGF-β2和低氧聯合作用促進MSCs分化為軟骨細胞時所產生的Ⅱ型膠原和蛋白多糖明顯多于二者分別作用時，說明TGF-β2和低氧具有聯合協同效應，但具體機制尚需進一步研究[23]。④BMP家族：BMP-9是體內外誘導MSCs成骨分化最強的成員之一。研究發現[24]，HIF-1α的高表達或沉默均可明顯提高或抑制由BMP-9介導的MSCs早期成骨標志物ALP和中晚期成骨標志物的表達等。由此可見，在這些成骨因子的表達調控中，HIF-1α發揮了直接和主要作用，在促進血管形成的同時，協同促進骨再生，從而為骨缺損修復奠定基礎。
3 HIF-1α在骨修復再生中的應用
3.1 物理低氧環境使HIF-1α高表達促進骨-血管生成
既往研究常利用物理低氧的方法來培養MSCs，誘導和刺激HIF-1α的產生和表達。有研究顯示[25]，由HIF-1α激活的葡萄糖-6磷酸轉運體可提高缺氧環境下MSCs的代謝活性，從而使MSCs在缺氧環境中能繼續生存。還有研究發現[26]，HIF-1α 基因可顯著提高MSCs耐缺氧能力的機制，可能是HIF-1α 基因通過提高糖酵解酶GLUT-4的表達和易位，改善了MSCs對葡萄糖的攝取能力，從而為缺氧時糖酵解提供充足底物，進而減輕了MSCs的缺氧凋亡。Liu等[27]利用低氧預培養的MSCs修復了糖尿病鼠創傷；Yew等 [28]利用低氧培養的MSCs成功修復了兔顱骨缺損，為低氧環境下促進骨缺損修復提供了新的治療策略。
3.2 化學模擬劑模擬低氧環境促進骨-血管生成
HIF-1α的降解有賴于PHD的參與，而PHD在降解HIF-1α的同時又需要Fe2+ 和氧化戊二酸的催化支持[29]。即凡是能競爭性抑制內源性Fe2+和/或氧化戊二酸的成分均可作為PHD抑制劑，從而抑制HIF-1α的降解，增強和穩定其表達。因此，骨再生修復的治療策略還可通過應用低氧模擬劑（即非缺氧HIF-1α 穩定劑）形成低氧環境，來增加和穩定HIF-1α的表達水平，以促進細胞和組織的再生修復。研究發現，氧化戊二酸的競爭類似物，如含羞草素、二甲基乙二酰基甘氨酸（dimethyloxalglycine，DMOG）、3，4-二羥基苯甲酸乙酯/龍膽酸等，均有穩定HIF的作用[30-32, 33]。其中，DMOG能通過阻斷HIF的降解模擬低氧環境[31]，促進HIF-1α 的生成與表達；Peng等[34]通過利用DMOG模擬缺氧環境來研究卵巢切除后C57BL/6J小鼠的骨質流失情況，結果顯示DMOG可通過激活HIF-1α 和Wnt/β-catenin信號通路來增強骨與血管的新生；張磊等[33]通過實驗研究發現DMOG可穩定HIF-1α的表達并促進MSCs的成骨分化。
另一方面，常用的鐵螯合劑如CoCl2和去鐵胺則是通過鐵螯合酶的底物替代氧感受器血紅素中的Fe2+，使血紅蛋白鎖定在脫氧合狀態，使得細胞在常氧環境下也感覺缺氧，并且抑制PHD活性，從而使HIF-1α在常氧狀態下降解減少來發揮作用[35]。有學者在利用CoCl2模擬缺氧的研究中發現[36]，HIF-1α 對bFGF、VEGF基因和蛋白的表達有明顯促進作用。還有學者[37]發現CoCl2作用于BMSCs促進VEGF、EPO、IGF-1 等相關蛋白表達的最適濃度和時間為25 μmol/L CoCl2作用36 h。Hou等[38]利用去鐵胺穩定HIF-1α 的表達，促進新生血管形成來治療糖尿病鼠創傷模型。其他鐵螯合劑如環吡酮胺，或鐵離子的競爭抑制劑如Cu2+、Zn2+、Mn2+ 等，也可被作為PHD的抑制劑[39]，但它們在抑制PHD的同時也影響了其他鐵依賴性酶的活性。
目前，已有大量研究將低氧模擬劑與支架材料結合應用于骨再生修復組織工程中，通過支架材料控制低氧模擬劑的釋放從而增強血管-骨耦連再生，為應用低氧模擬劑促進組織工程骨的再生提供新思路[40-44]。
3.3 利用基因工程技術穩定HIF-1α的表達促進骨-血管生成
近年來，利用基因工程技術探究HIF-1α對骨修復再生的作用和影響，也獲得了一定成果。其中，鄒多宏等[45]發現在體外常氧條件下，HIF-1α可顯著提高 BMSCs的成血管和成骨活性。他們將HIF-1α 基因穩定轉染至BMSCs中，運用基因增強組織工程技術構建血管化組織工程骨，來修復大鼠顱骨臨界骨缺損；結果顯示HIF-1α基因可顯著提高MSCs的成血管和成骨活性，從而為應用HIF-1α修復骨缺損及血管重建提供了依據。Ding等[46]運用轉染HIF-1α 基因的BMSCs修復兔激素性股骨頭缺血性壞死，結果證實其對骨壞死區具有修復作用。張勁娥等[47]將制備的HIF-1α基因慢病毒真核表達載體轉染BMSCs，體外研究發現轉染后的兔BMSCs成骨基因表達增強。Zou等[48]還通過將HIF-1α基因的某些堿基突變，使兩種羥化酶失去作用位點，從而增強HIF-1α 與轉錄共激活因子CBP/P300的結合來達到使HIF-1α 在常氧條件下穩定表達的目的，然后將突變后的HIF-1α 基因轉染BMSCs，再與支架材料復合修復臨界顱骨缺損；結果表明，HIF-1α基因突變組新骨形成量及密度均較野生型組高。 Li等[49]利用載有三位點突變（402/564/803）的HIF-1α 基因的腺病毒轉染兔BMSCs，發現突變型比野生型能更有效建立血管網絡，修復骨缺損區。由于HIF-1α的泛素化和降解有賴于腫瘤抑制蛋白（protein von hippellindau，pVHL）和PHD的參與，所以有學者[7]利用基因工程技術在先天或后天因素下使pVHL基因缺失或沉默，致使常氧狀態下HIF-1α 不被降解而大量聚集表達，從而發揮其誘導血管和骨組織形成的能力。Rios等[50]通過體內研究發現，利用小干擾RNA干擾和抑制PHD活性從而激活和維持HIF-1α通路，也可促進骨的再生修復。因此，利用由病毒載體和蛋白穩定突變體等引起的HIF-1α羥化、泛素化降解途徑被阻斷，或 HIF-1α 基因突變、強制表達等方法，在組織工程方面具有巨大發展潛力。
3.4 HIF結合骨支架材料促進骨修復再生
骨組織工程研究的另一個焦點是尋求能夠作為細胞移植與引導新骨生長的支架材料，以作為細胞外基質的替代物[51]，即通過支架材料負載生長因子、藥物、基因或干細胞等用于誘導骨再生和血管形成[52]。譚鸞君等[53]通過觀察Bio-oss骨粉復合HIF-1α蛋白對拔牙創骨愈合的影響，發現Bio-oss骨粉復合HIF-1α蛋白組相對于單純Bio-oss骨粉組、空白組成骨活躍，骨質礦化程度高，且有細小血管網絡規則排列于其中，12周后牙槽窩周圍已形成明顯板層樣結構，表明二者復合對拔牙創面愈合具有促進作用。目前關于HIF-1α結合骨支架材料促進骨修復再生方面的研究甚少，且應用HIF-1α蛋白的有效濃度和緩釋問題尚不清楚，因此希望通過對支架材料與生長因子的不斷優化組合以及性能的改善，誘導移植的外源性種子細胞和/或內源性成體干細胞、體細胞等發生遷移、增殖、分化至缺損部位，從而實現組織缺損在局部精細調節因素作用下的完整修復[54]。
綜上述，HIF-1α在調節成骨-血管耦連過程中發揮了重要作用，在組織工程骨的再生修復中也得到了廣泛應用和發展。但HIF-1α作為調控多種基因的關鍵靶點，如未嚴格控制劑量和靶向應用，其過表達會造成一系列不良反應。有研究發現[55-56]HIF-1α與促炎因子IL-8、TNF-1α間存在正反饋調節，可促進和放大炎性反應的發生發展。近年來，研究還發現，HIF-1α在多種惡性腫瘤中高度表達，并與腫瘤的浸潤、轉移、耐藥和不良預后密切相關[57-58]。因此，利用HIF-1α的高表達來促進血管-骨再生，可能會帶來相應的副作用。相信隨著組織工程技術的不斷進步，HIF-1α在應用中存在的這些問題也將逐步得到解決，從而能夠更好地應用于臨床。
近年，利用組織工程技術修復重建骨組織缺損已成為研究熱點之一。工程化組織移植至缺損處后，早期由于局部微環境無血管形成，不能及時有效提供氧分，導致移植物中的種子細胞處于缺血缺氧狀態；之后隨著血管化的逐步形成，新生血管帶來細胞生長所需的氧氣和養料，種子細胞生長的微環境由低氧環境逐漸過渡至常氧環境[1]。缺氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）在這一過程中起到了重要作用，不僅能調解和促進血管生成，還對種子細胞尤其是干細胞增殖、分化具有重要影響和意義。HIFs是最主要的能夠應答細胞內氧氣濃度降低而對多種基因進行調控的轉錄因子家族，與生物體的生長、發育及一些疾病的發病均存在密切關系[2]。在低氧環境下，HIF-1α 參與了多種基因的調控和表達，如促紅細胞生成素（erythropoietin，EPO）、VEGF、血紅素加氧酶誘導型NO合酶、IGF-1、基質細胞衍生因子1等。由于HIF-1α具有對低氧信號特異性的感知和廣泛的靶基因調控作用，從而被認為是骨缺損局部低氧條件下促血管新生相關基因中最重要的核心轉錄因子[3]。現就HIF-1α在血管形成-骨再生中的作用進行綜述。
1 HIF-1α在血管形成中的作用
HIF-1α是低氧狀態下血管發生的核心調控因子，通過調控和表達其編碼的相應生長因子產物，直接或間接參與血管發生的全過程：包括血管發生階段引起EPO及其相關受體的表達[4]；進展階段上調VEGF誘導血管內皮細胞增殖和遷移；形成階段與VEGF、血管生成素2（angiopoietin 2，Ang-2）和整合素共同作用促進血管相互吻合成血管網[5-6]；塑形和改建階段通過PDGF和Ang-1完成血管壁結構等[7]。由此可見，HIF-1α作為上游調控基因，其促血管生成作用比VEGF、Ang-1等單純基因更有效率。
在HIF-1α調控的眾多基因中，VEGF是目前所知的作用最強的血管生成刺激因子。VEGF在低氧環境中與HIF-1α結合，通過轉錄VEGF基因刺激血管新生，促進血管生成[8]。并且，隨著氧濃度的降低，脯氨酸羥化酶（prolyl hydroxylase，PHD）活性受到抑制，HIF-1α 蛋白降解途徑中斷而大量積累，進一步促使VEGF大量表達[9]。在低氧環境中 VEGF基因表達與 HIF-1α具有同步變化關系，說明在低氧環境中HIF-1α 表達增強能上調、活化 VEGF 基因轉錄，并且增強 VEGF 基因的穩定性[10]。
2 HIF-1α對骨再生的作用
研究表明，HIF-1α參與了骨骼發育過程，是介導骨-血管耦連生成的關鍵分子[11]。在缺氧和/或非缺氧類刺激因素下，發育中的長骨表面的間質細胞可感知并上調HIF-1α，繼而促進靶分子如VEGF和其他血管生成相關因子的產生和表達[12]。在此過程中，HIF-1α還可影響成骨細胞-血管龕的發育，即不斷增加新生血管，從而誘導更多的成骨細胞前體形成，后者成熟后可形成更多獨立的骨形成單位[13]。HIF-1α可誘導以下成骨關鍵基因的表達：①核心結合因子α1（core binding factor α1，Cbfα1）/成骨細胞特異性因子2（osteoblast specific factor 2，OSF2）：Cbfα1/OSF2能激活并啟動MSCs向成骨細胞系的分化和發育，被認為是成骨細胞特異性轉錄因子和成骨細胞分化的調節因子及特異性標志基因[14]。低氧環境中，隨著HIF-1α表達逐漸增加，Runx2/Cbfα1的表達也逐漸增高[14-16]。HIF-1α 通過調控Runx2的表達，進而調控骨形成[17-18]；反之，在常氧和缺氧時，Runx2也能明顯促進 HIF-1α 蛋白的表達[19]。②IGF-1： IGF-1可介導生長激素對骨骼的刺激效應，促進細胞增殖和分化，從而促進骨缺損的修復[20]。在BMSCs向成骨細胞分化的培養中發現，IGF-1可刺激ALP活性以及骨鈣蛋白的產生，并且與劑量相關[21]。③TGF-β：TGF-β 超家族包括TGF-β，BMP-2、3、4、5、6、7 和肌動蛋白及其抑制素，對成骨細胞骨形成和骨吸收區新骨形成均具有調節作用。TGF-β可明顯促進細胞外基質的合成，刺激膠原、骨連接蛋白和骨橋蛋白合成，增加骨基質沉積率 [22]。TGF-β2和低氧聯合作用促進MSCs分化為軟骨細胞時所產生的Ⅱ型膠原和蛋白多糖明顯多于二者分別作用時，說明TGF-β2和低氧具有聯合協同效應，但具體機制尚需進一步研究[23]。④BMP家族：BMP-9是體內外誘導MSCs成骨分化最強的成員之一。研究發現[24]，HIF-1α的高表達或沉默均可明顯提高或抑制由BMP-9介導的MSCs早期成骨標志物ALP和中晚期成骨標志物的表達等。由此可見，在這些成骨因子的表達調控中，HIF-1α發揮了直接和主要作用，在促進血管形成的同時，協同促進骨再生，從而為骨缺損修復奠定基礎。
3 HIF-1α在骨修復再生中的應用
3.1 物理低氧環境使HIF-1α高表達促進骨-血管生成
既往研究常利用物理低氧的方法來培養MSCs，誘導和刺激HIF-1α的產生和表達。有研究顯示[25]，由HIF-1α激活的葡萄糖-6磷酸轉運體可提高缺氧環境下MSCs的代謝活性，從而使MSCs在缺氧環境中能繼續生存。還有研究發現[26]，HIF-1α 基因可顯著提高MSCs耐缺氧能力的機制，可能是HIF-1α 基因通過提高糖酵解酶GLUT-4的表達和易位，改善了MSCs對葡萄糖的攝取能力，從而為缺氧時糖酵解提供充足底物，進而減輕了MSCs的缺氧凋亡。Liu等[27]利用低氧預培養的MSCs修復了糖尿病鼠創傷；Yew等 [28]利用低氧培養的MSCs成功修復了兔顱骨缺損，為低氧環境下促進骨缺損修復提供了新的治療策略。
3.2 化學模擬劑模擬低氧環境促進骨-血管生成
HIF-1α的降解有賴于PHD的參與，而PHD在降解HIF-1α的同時又需要Fe2+ 和氧化戊二酸的催化支持[29]。即凡是能競爭性抑制內源性Fe2+和/或氧化戊二酸的成分均可作為PHD抑制劑，從而抑制HIF-1α的降解，增強和穩定其表達。因此，骨再生修復的治療策略還可通過應用低氧模擬劑（即非缺氧HIF-1α 穩定劑）形成低氧環境，來增加和穩定HIF-1α的表達水平，以促進細胞和組織的再生修復。研究發現，氧化戊二酸的競爭類似物，如含羞草素、二甲基乙二酰基甘氨酸（dimethyloxalglycine，DMOG）、3，4-二羥基苯甲酸乙酯/龍膽酸等，均有穩定HIF的作用[30-32, 33]。其中，DMOG能通過阻斷HIF的降解模擬低氧環境[31]，促進HIF-1α 的生成與表達；Peng等[34]通過利用DMOG模擬缺氧環境來研究卵巢切除后C57BL/6J小鼠的骨質流失情況，結果顯示DMOG可通過激活HIF-1α 和Wnt/β-catenin信號通路來增強骨與血管的新生；張磊等[33]通過實驗研究發現DMOG可穩定HIF-1α的表達并促進MSCs的成骨分化。
另一方面，常用的鐵螯合劑如CoCl2和去鐵胺則是通過鐵螯合酶的底物替代氧感受器血紅素中的Fe2+，使血紅蛋白鎖定在脫氧合狀態，使得細胞在常氧環境下也感覺缺氧，并且抑制PHD活性，從而使HIF-1α在常氧狀態下降解減少來發揮作用[35]。有學者在利用CoCl2模擬缺氧的研究中發現[36]，HIF-1α 對bFGF、VEGF基因和蛋白的表達有明顯促進作用。還有學者[37]發現CoCl2作用于BMSCs促進VEGF、EPO、IGF-1 等相關蛋白表達的最適濃度和時間為25 μmol/L CoCl2作用36 h。Hou等[38]利用去鐵胺穩定HIF-1α 的表達，促進新生血管形成來治療糖尿病鼠創傷模型。其他鐵螯合劑如環吡酮胺，或鐵離子的競爭抑制劑如Cu2+、Zn2+、Mn2+ 等，也可被作為PHD的抑制劑[39]，但它們在抑制PHD的同時也影響了其他鐵依賴性酶的活性。
目前，已有大量研究將低氧模擬劑與支架材料結合應用于骨再生修復組織工程中，通過支架材料控制低氧模擬劑的釋放從而增強血管-骨耦連再生，為應用低氧模擬劑促進組織工程骨的再生提供新思路[40-44]。
3.3 利用基因工程技術穩定HIF-1α的表達促進骨-血管生成
近年來，利用基因工程技術探究HIF-1α對骨修復再生的作用和影響，也獲得了一定成果。其中，鄒多宏等[45]發現在體外常氧條件下，HIF-1α可顯著提高 BMSCs的成血管和成骨活性。他們將HIF-1α 基因穩定轉染至BMSCs中，運用基因增強組織工程技術構建血管化組織工程骨，來修復大鼠顱骨臨界骨缺損；結果顯示HIF-1α基因可顯著提高MSCs的成血管和成骨活性，從而為應用HIF-1α修復骨缺損及血管重建提供了依據。Ding等[46]運用轉染HIF-1α 基因的BMSCs修復兔激素性股骨頭缺血性壞死，結果證實其對骨壞死區具有修復作用。張勁娥等[47]將制備的HIF-1α基因慢病毒真核表達載體轉染BMSCs，體外研究發現轉染后的兔BMSCs成骨基因表達增強。Zou等[48]還通過將HIF-1α基因的某些堿基突變，使兩種羥化酶失去作用位點，從而增強HIF-1α 與轉錄共激活因子CBP/P300的結合來達到使HIF-1α 在常氧條件下穩定表達的目的，然后將突變后的HIF-1α 基因轉染BMSCs，再與支架材料復合修復臨界顱骨缺損；結果表明，HIF-1α基因突變組新骨形成量及密度均較野生型組高。 Li等[49]利用載有三位點突變（402/564/803）的HIF-1α 基因的腺病毒轉染兔BMSCs，發現突變型比野生型能更有效建立血管網絡，修復骨缺損區。由于HIF-1α的泛素化和降解有賴于腫瘤抑制蛋白（protein von hippellindau，pVHL）和PHD的參與，所以有學者[7]利用基因工程技術在先天或后天因素下使pVHL基因缺失或沉默，致使常氧狀態下HIF-1α 不被降解而大量聚集表達，從而發揮其誘導血管和骨組織形成的能力。Rios等[50]通過體內研究發現，利用小干擾RNA干擾和抑制PHD活性從而激活和維持HIF-1α通路，也可促進骨的再生修復。因此，利用由病毒載體和蛋白穩定突變體等引起的HIF-1α羥化、泛素化降解途徑被阻斷，或 HIF-1α 基因突變、強制表達等方法，在組織工程方面具有巨大發展潛力。
3.4 HIF結合骨支架材料促進骨修復再生
骨組織工程研究的另一個焦點是尋求能夠作為細胞移植與引導新骨生長的支架材料，以作為細胞外基質的替代物[51]，即通過支架材料負載生長因子、藥物、基因或干細胞等用于誘導骨再生和血管形成[52]。譚鸞君等[53]通過觀察Bio-oss骨粉復合HIF-1α蛋白對拔牙創骨愈合的影響，發現Bio-oss骨粉復合HIF-1α蛋白組相對于單純Bio-oss骨粉組、空白組成骨活躍，骨質礦化程度高，且有細小血管網絡規則排列于其中，12周后牙槽窩周圍已形成明顯板層樣結構，表明二者復合對拔牙創面愈合具有促進作用。目前關于HIF-1α結合骨支架材料促進骨修復再生方面的研究甚少，且應用HIF-1α蛋白的有效濃度和緩釋問題尚不清楚，因此希望通過對支架材料與生長因子的不斷優化組合以及性能的改善，誘導移植的外源性種子細胞和/或內源性成體干細胞、體細胞等發生遷移、增殖、分化至缺損部位，從而實現組織缺損在局部精細調節因素作用下的完整修復[54]。
綜上述，HIF-1α在調節成骨-血管耦連過程中發揮了重要作用，在組織工程骨的再生修復中也得到了廣泛應用和發展。但HIF-1α作為調控多種基因的關鍵靶點，如未嚴格控制劑量和靶向應用，其過表達會造成一系列不良反應。有研究發現[55-56]HIF-1α與促炎因子IL-8、TNF-1α間存在正反饋調節，可促進和放大炎性反應的發生發展。近年來，研究還發現，HIF-1α在多種惡性腫瘤中高度表達，并與腫瘤的浸潤、轉移、耐藥和不良預后密切相關[57-58]。因此，利用HIF-1α的高表達來促進血管-骨再生，可能會帶來相應的副作用。相信隨著組織工程技術的不斷進步，HIF-1α在應用中存在的這些問題也將逐步得到解決，從而能夠更好地應用于臨床。