引用本文： 任思聰, 劉藝萍, 朱彥霖, 王瑩瑩, 劉鰻萱, 周延民. 缺氧模擬劑在骨組織工程中的應用現狀. 中國修復重建外科雜志, 2020, 34(9): 1190-1194. doi: 10.7507/1002-1892.201911144 復制
利用組織工程技術修復骨缺損是近年研究熱點，然而由于缺損部位早期血管化不足，種子細胞植入后常因無法獲得充足營養物質而發生壞死[1]。因此，骨缺損部位的早期血管化對于骨修復至關重要[2-4]。缺氧誘導因子 1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）通路在調控血管形成和骨再生過程中起重要作用，脯氨酸羥化酶（proline hydroxylase，PHD）是 HIF-1α 降解過程中的關鍵調控酶。在低氧條件下，PHD 對 HIF-1α 的羥基化作用會被抑制，導致 HIF-1α 的積累，進而 HIF-1α 與 HIF-1β 結合形成二聚體，該二聚體進入細胞核內與靶基因啟動子中的 HIF-響應元件結合，從而誘導一系列基因表達[5]，其中包括許多與骨組織再生和血管形成相關的基因[6-8]。因此，上調 HIF-1α 水平有利于缺損部位的早期血管化和骨修復[9-10]，這為利用骨組織工程修復骨缺損提供了新思路。
近年研究發現，缺氧模擬劑可以通過競爭性抑制內源性鐵離子或氧化戊二酸來抑制 PHD 對 HIF-1α 的降解，穩定并上調 HIF-1α 水平，從而促進血管形成和骨再生[11-12]。為此，學者們在骨組織工程研究中利用各種缺氧模擬劑激活 HIF-1α 通路，并取得了一系列重要進展。目前研究常用的缺氧模擬劑包括鐵螯合劑、氧化戊二酸競爭類似物、新型 PHD 抑制劑等。現對應用于組織工程中的缺氧模擬劑作一綜述，為臨床和基礎研究中應用缺氧模擬劑促進血管形成和骨再生提供參考。
1 鐵螯合劑
1.1 去鐵胺（deferoxamine，DFO）
DFO 是美國食品藥品監督管理局（FDA）批準應用的鐵螯合劑，可以抑制 PHD 的活性，因此可以作為一種有效的缺氧模擬劑來激活 HIF-1α 通路，促進血管形成和骨再生[13-14]。但 DFO 存在細胞毒性高、半衰期短以及具有靶外效應等缺點，限制了其進一步應用[15]。
為了克服 DFO 的這些缺點，目前的一種策略是將 DFO 共價結合在聚合物支架上。明膠納米纖維支架（nanofibrous gelatin，GF）的物理結構和化學組成與天然骨基質相似，具有促進干細胞成骨分化和加速骨形成等優點[16]。Yao 等[17]將 DFO 共價結合到仿生 GF 上形成 GF-DFO 支架，將其用于修復顱骨缺損小鼠模型，結果顯示該支架能促進缺損部位骨形成。值得注意的是，與單純 DFO 相比，GF-DFO 支架對人 MSCs 的細胞毒性明顯降低，還能提高人 MSCs 中 VEGF 的表達水平。除此之外，還可通過在支架中添加其他生物活性成分來與 DFO 協同提高骨再生能力。Yao 等[18]開發了一種結合硅酸鹽納米顆粒的 3D-GF 支架，用于 BMP-2 和 DFO 的雙重輸送。在該支架中，大孔徑硅酸鹽納米顆粒包裹 BMP-2 構成了 BMP-2 緩釋系統，同時 DFO 通過與支架中的殼聚糖共價偶聯降低了其細胞毒性，并延長了半衰期。實驗數據表明，DFO 和 BMP-2 從支架中釋放后，依然保持了促進血管形成和骨再生能力，釋放的 DFO 更是顯著增強了 BMP-2 誘導人 MSCs 成骨分化的能力。
DFO 給藥形式以靜脈輸注為主，但傳統的給藥形式需要患者長期臥床，舒適度差，患者依從性不佳[19]。Drager 等[20]對兔長骨缺損模型每天注射 40 mg DFO，連續注射 14 d，發現兔骨組織內 HIF-1α 水平上調，新骨形成顯著增加，但這種給藥方式存在疼痛、感染、破壞血管等副作用。為了達到相同的治療效果并減少副作用，Hadidi 等[21]設計并制備了聚己內酯和聚環氧乙烷組成的聚合物微球，通過熔融工藝將 DFO 包裹在微球內，形成可降解的仿生缺氧微球，該方法能優化藥物釋放速率，可以達到 14 d 內重復注射 DFO 的效果，因無需多次注射給藥，從而避免了相關副作用。
1.2 金屬離子
金屬離子是生物體內細胞酶的輔助因子，在各種信號傳遞中起著至關重要的作用[22]。已有研究表明鈷、銅、鎂等金屬離子可在細胞內激活 HIF-1α 通路[23-24]。
1.2.1 鈷離子
長期以來，鈷離子尤其是氯化鈷（CoCl2）被用于穩定和上調 HIF-1α 水平，以模擬缺氧環境，從而促進血管生成與骨再生[25]。Kulanthaivel 等[26]采用氨沉淀法制備了摻雜二價鈷離子的羥基磷灰石材料，這種材料可以促進 MG-63 細胞 HIF-1α、VEGF 以及 Runx2、Osterix 的表達，形成更多礦化結節，表明該材料能有效促進成骨分化。
Quinlan 等[27]將含有鈷離子的生物活性玻璃與優化骨修復的膠原糖胺聚糖（collagen glycosaminoglycan，CG）支架相結合，制備了鈷生物活性玻璃-CG 支架。結果表明，該支架釋放的鈷離子能在常氧條件下激活 HIF-1α 通路，穩定并上調 HIF-1α 水平，從而促進人臍靜脈內皮細胞 VEGF 的表達，而且能使成骨前體細胞具有更高的 ALP 活性，加強了 CG 支架促血管形成和促骨再生的能力；另外含有鈷離子生物活性玻璃的加入提高了 CG 支架的力學性能。
1.2.2 銅離子
銅是人體中重要的微量元素，銅離子也可以激活 HIF-1α 通路，從而促進血管形成和骨再生[28-31]。以下將介紹銅與 3 種不同支架在骨組織工程中調控 HIF-1α 的應用。
Li 等[32]將銅摻雜在聚磷酸鈣（calcium polyphosphate，CPP）支架上，形成銅-CPP 支架，解決了單純 CPP 支架的固有缺點，如機械強度低、在促血管化和誘導成骨方面效果不佳等[33-34]。而且，銅-CPP 支架具有大量微孔和中孔，有利于細胞的附著和生長。同時，該支架在體內外均能上調 HIF-1α 表達水平，促進血管生成和成骨。在成年日本大白兔骨缺損模型中，銅-CPP 支架與低氧預處理的 BMSCs 聯合使用可以上調 HIF-1α、VEGF、ALP 和骨鈣素的水平，更好地促進新骨形成[32]。
Zhang 等[35]制備了氧化石墨烯-銅納米復合材料（graphene oxide-copper nanocomposites，GO-Cu），并將其涂覆在磷酸鈣骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）支架表面，形成 CPC/GO-Cu 支架。實驗數據表明，GO-Cu 涂層不僅不會影響 CPC 支架的骨傳導性和力學性能，而且對大鼠 BMSCs 無明顯細胞毒性，不會導致與 GO 和銅離子積累相關的副作用發生。除此之外，GO-Cu 涂層能增強大鼠 BMSCs 的黏附和成骨能力。實驗證明，GO-Cu 能激活大鼠 BMSCs 的 HIF-1α 通路，還能通過 ERK1/2 信號傳導途徑進一步增強 VEGF 和 BMP-2 的表達。動物實驗結果表明，CPC/GO-Cu 支架能顯著促進大鼠顱骨缺損處的血管化與骨再生。
Wu 等[36]制備了含銅的介孔生物活性玻璃（copper-containing mesoporous bioactive glass，Cu-MBG）支架，MBG 生物活性高、孔徑尺寸可控、活性位點多、比表面積大，具有良好的藥物儲存和緩釋能力[37-38]。實驗結果表明，Cu-MBG 支架及其離子提取物均可激活人 BMSCs 的 HIF-1α 通路，從而增加 VEGF 的表達，還可以通過提高人 BMSCs 成骨相關基因（如 ALP、骨橋蛋白、骨鈣素等）的表達來促進人 BMSCs 的成骨分化。因此，Cu-MBG 支架可以顯著促進血管生成及骨再生。
2 氧化戊二酸競爭類似物
二甲氧基烯丙基甘氨酸（dimethyloxalylglycine，DMOG）是一種具有細胞滲透性的小分子，可以通過模擬 2-氧化戊二酸輔酶因子來抑制 PHD 的活性，從而在常氧條件下穩定并上調 HIF-1α 的水平[39]。有實驗進一步證明，DMOG 能顯著促進 BMSCs 的成骨分化[40]。Jahangir 等[41]制備了可以遞送 DMOG 小分子的海藻酸鈉-明膠-磷酸三鈣海綿支架，海藻酸鈉-明膠-磷酸三鈣海綿本身就具有良好的促進細胞黏附和增殖的能力[42]，DMOG 與其結合后進一步提高了支架的機械強度，顯示出比單一支架更好的促血管形成和成骨能力。
Wu 等[43]開發了一種具有 DMOG 遞送功能的 MBG 支架來模擬缺氧環境。通過調節 MBG 的介孔大小，可以有效地控制 DMOG 在 MBG 支架中的負載和釋放。實驗表明，在 MBG 支架中遞送的 DMOG 激活了 HIF-1α 通路，穩定并提高了 HIF-1α 的水平，從而顯著增加 VEGF 的表達，而且對人 BMSCs 沒有細胞毒性作用。此外，在 MBG 支架中遞送的 DMOG 能增強人 BMSCs 成骨相關基因（如 ALP、骨橋蛋白、骨鈣素等）的表達，促進細胞成骨分化，表明具有 DMOG 遞送功能的 MBG 支架在促進血管生成和干細胞成骨分化等方面均表現優異。
3 新型 PHD 抑制劑
3.1 羅沙司他（FG-4592）
FG-4592 是一種新型的小分子 PHD 抑制劑，可以選擇性抑制 PHD，具有穩定 HIF-1α 的作用。與傳統缺氧模擬劑相比，FG-4592 具有更高的靶向特異性，因此臨床應用更安全[44-45]。Zhou 等[46]制備了負載 FG-4592 的纖維蛋白凝膠支架，并將其植入大鼠皮下組織工程室，實驗表明添加在支架中的 FG-4592 能上調 HIF-1α 和 VEGF 水平，促進新生血管的成熟；劃痕實驗結果表明，FG-4592 能以劑量依賴方式促進內皮細胞遷移。除此之外，在生物安全性方面，該復合支架中的 FG-4592 不會觸發大鼠全身缺氧反應。上述結果表明，FG-4592 在組織工程和其他需要局部血管化的領域（如傷口愈合）具有廣闊應用前景。
3.2 辛伐他汀
近年研究發現，辛伐他汀可以通過抑制 PHD 的活性來保護 HIF-1α 不被降解[47]。Yu 等[48]制備了負載辛伐他汀的介孔羥基磷灰石微球（simvastatin-loaded mesoporous hydroxyapatite microspheres，S-MHMS），并將其與膠原基質結合，形成一種新型的 S-MHMS/膠原復合支架。在 MHMS 的幫助下，不溶于水的辛伐他汀得以均勻地結合到親水性膠原基質中，達到持續釋放目的。實驗數據表明，S-MHMS 激活了 HIF-1α 通路，以濃度依賴方式顯著促進 HIF-1α 和 VEGF 的表達，并明顯上調大鼠 BMSCs 的 ALP、BMP-2、骨橋蛋白以及骨鈣素水平，促進 BMSCs 成骨分化。在大鼠骨缺損模型中，S-MHMS/膠原支架有效促進了骨缺損部位的血管化和新骨形成，在修復骨缺損方面顯示出了巨大潛力。
4 其他
4.1 芬戈莫德（FTY720）
FTY720 是由真菌代謝產物多球殼菌素衍生而來的鞘氨醇類化合物，可以被 SphK2 磷酸化形成 FTY720-磷酸，其可通過與多條信號通路交聯，對細胞存活、增殖、分化及遷移等生物學行為發揮關鍵作用[49]。Li 等[50]采用超臨界二氧化碳發泡技術制備了具有良好力學性能和降解性以及體外生物活性的 MBG 顆粒-聚乳酸-羥基乙酸[poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA]復合支架，并將生物活性脂質 FTY720 與該支架結合形成 FTY/MBG-PLGA 支架，該實驗使用大鼠 BMSCs 和人臍靜脈內皮細胞來評價 FTY/MBG-PLGA 支架的體外成骨和成血管作用。結果表明，FTY/MBG-PLGA 支架提取物通過激活 ERK1/2 途徑上調大鼠 BMSCs 的 HIF-1α 水平。此外，大鼠顱骨缺損模型體內實驗結果表明，來自 FTY/MBG-PLGA 支架的生物活性脂質和離子產物可以協同促進缺損區血管化骨再生[50]。
4.2 has-miR-199a-5p
研究表明，has-miR-199a-5p 可通過 HIF-1α 途徑調節人 MSCs 在早期和晚期的成骨分化[51]。agomir 是化學修飾的 miRNA，可改善 miRNA 半衰期短、細胞攝取差、血液穩定性差等缺點。但是目前 agomir 的應用主要是直接注射到血液或者血清中，可能會引起疼痛、感染、破壞血管等相關副作用。為了解決這些問題，Chen 等[51]將 has-miR-199a-5p agomir 與殼聚糖納米顆粒混合，形成納米顆粒/has-miR-199a-5p agomir 質粒（納米顆粒/agomir）復合物，實驗表明復合物中的 has-miR-199a-5p 穩定并上調了 HIF-1α 的水平，并通過 HIF-1α-Twist1 途徑促進早期成骨；隨后將該復合物植入大鼠脛骨缺損處，發現該復合物可以促進缺損部位的骨修復。
5 總結及展望
治療感染、創傷、腫瘤等導致的大型骨缺損一直是臨床難題，利用傳統骨組織工程技術修復骨缺損時，由于缺損部位早期血管化不佳，往往難以取得滿意的骨再生效果。而缺氧模擬劑可以在骨缺損部位激活 HIF-1α 通路，促進骨再生與血管形成，有效解決了骨缺損部位早期血管化不足的問題，這為臨床修復骨缺損提供了一種全新的辦法。目前研究常用的缺氧模擬劑，如 DFO、DMOG 等，在促進血管形成與骨再生方面顯示出了良好效果，但是應用于臨床時需要考慮相關副作用。FG-4592、FTY720、has-miR-199a-5p 等新型小分子物質靶向特異性更高、安全性更好，為骨組織工程提供了新的缺氧模擬劑選擇。然而以上缺氧模擬劑在骨組織工程中應用時間均較短，相關不良反應和臨床潛能以及其促進骨再生的確切機制尚不明確，還需要更多高質量的研究進一步發掘探索。
作者貢獻：任思聰負責綜述構思及設計、觀點形成、資料收集、文章撰寫；周延民負責綜述立題、構思建議、文章初稿的全篇修改；劉藝萍、朱彥霖負責綜述構思建議及文章初稿的全篇修改；王瑩瑩、劉鰻萱協助觀點形成及資料收集。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。
利用組織工程技術修復骨缺損是近年研究熱點，然而由于缺損部位早期血管化不足，種子細胞植入后常因無法獲得充足營養物質而發生壞死[1]。因此，骨缺損部位的早期血管化對于骨修復至關重要[2-4]。缺氧誘導因子 1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）通路在調控血管形成和骨再生過程中起重要作用，脯氨酸羥化酶（proline hydroxylase，PHD）是 HIF-1α 降解過程中的關鍵調控酶。在低氧條件下，PHD 對 HIF-1α 的羥基化作用會被抑制，導致 HIF-1α 的積累，進而 HIF-1α 與 HIF-1β 結合形成二聚體，該二聚體進入細胞核內與靶基因啟動子中的 HIF-響應元件結合，從而誘導一系列基因表達[5]，其中包括許多與骨組織再生和血管形成相關的基因[6-8]。因此，上調 HIF-1α 水平有利于缺損部位的早期血管化和骨修復[9-10]，這為利用骨組織工程修復骨缺損提供了新思路。
近年研究發現，缺氧模擬劑可以通過競爭性抑制內源性鐵離子或氧化戊二酸來抑制 PHD 對 HIF-1α 的降解，穩定并上調 HIF-1α 水平，從而促進血管形成和骨再生[11-12]。為此，學者們在骨組織工程研究中利用各種缺氧模擬劑激活 HIF-1α 通路，并取得了一系列重要進展。目前研究常用的缺氧模擬劑包括鐵螯合劑、氧化戊二酸競爭類似物、新型 PHD 抑制劑等。現對應用于組織工程中的缺氧模擬劑作一綜述，為臨床和基礎研究中應用缺氧模擬劑促進血管形成和骨再生提供參考。
1 鐵螯合劑
1.1 去鐵胺（deferoxamine，DFO）
DFO 是美國食品藥品監督管理局（FDA）批準應用的鐵螯合劑，可以抑制 PHD 的活性，因此可以作為一種有效的缺氧模擬劑來激活 HIF-1α 通路，促進血管形成和骨再生[13-14]。但 DFO 存在細胞毒性高、半衰期短以及具有靶外效應等缺點，限制了其進一步應用[15]。
為了克服 DFO 的這些缺點，目前的一種策略是將 DFO 共價結合在聚合物支架上。明膠納米纖維支架（nanofibrous gelatin，GF）的物理結構和化學組成與天然骨基質相似，具有促進干細胞成骨分化和加速骨形成等優點[16]。Yao 等[17]將 DFO 共價結合到仿生 GF 上形成 GF-DFO 支架，將其用于修復顱骨缺損小鼠模型，結果顯示該支架能促進缺損部位骨形成。值得注意的是，與單純 DFO 相比，GF-DFO 支架對人 MSCs 的細胞毒性明顯降低，還能提高人 MSCs 中 VEGF 的表達水平。除此之外，還可通過在支架中添加其他生物活性成分來與 DFO 協同提高骨再生能力。Yao 等[18]開發了一種結合硅酸鹽納米顆粒的 3D-GF 支架，用于 BMP-2 和 DFO 的雙重輸送。在該支架中，大孔徑硅酸鹽納米顆粒包裹 BMP-2 構成了 BMP-2 緩釋系統，同時 DFO 通過與支架中的殼聚糖共價偶聯降低了其細胞毒性，并延長了半衰期。實驗數據表明，DFO 和 BMP-2 從支架中釋放后，依然保持了促進血管形成和骨再生能力，釋放的 DFO 更是顯著增強了 BMP-2 誘導人 MSCs 成骨分化的能力。
DFO 給藥形式以靜脈輸注為主，但傳統的給藥形式需要患者長期臥床，舒適度差，患者依從性不佳[19]。Drager 等[20]對兔長骨缺損模型每天注射 40 mg DFO，連續注射 14 d，發現兔骨組織內 HIF-1α 水平上調，新骨形成顯著增加，但這種給藥方式存在疼痛、感染、破壞血管等副作用。為了達到相同的治療效果并減少副作用，Hadidi 等[21]設計并制備了聚己內酯和聚環氧乙烷組成的聚合物微球，通過熔融工藝將 DFO 包裹在微球內，形成可降解的仿生缺氧微球，該方法能優化藥物釋放速率，可以達到 14 d 內重復注射 DFO 的效果，因無需多次注射給藥，從而避免了相關副作用。
1.2 金屬離子
金屬離子是生物體內細胞酶的輔助因子，在各種信號傳遞中起著至關重要的作用[22]。已有研究表明鈷、銅、鎂等金屬離子可在細胞內激活 HIF-1α 通路[23-24]。
1.2.1 鈷離子
長期以來，鈷離子尤其是氯化鈷（CoCl2）被用于穩定和上調 HIF-1α 水平，以模擬缺氧環境，從而促進血管生成與骨再生[25]。Kulanthaivel 等[26]采用氨沉淀法制備了摻雜二價鈷離子的羥基磷灰石材料，這種材料可以促進 MG-63 細胞 HIF-1α、VEGF 以及 Runx2、Osterix 的表達，形成更多礦化結節，表明該材料能有效促進成骨分化。
Quinlan 等[27]將含有鈷離子的生物活性玻璃與優化骨修復的膠原糖胺聚糖（collagen glycosaminoglycan，CG）支架相結合，制備了鈷生物活性玻璃-CG 支架。結果表明，該支架釋放的鈷離子能在常氧條件下激活 HIF-1α 通路，穩定并上調 HIF-1α 水平，從而促進人臍靜脈內皮細胞 VEGF 的表達，而且能使成骨前體細胞具有更高的 ALP 活性，加強了 CG 支架促血管形成和促骨再生的能力；另外含有鈷離子生物活性玻璃的加入提高了 CG 支架的力學性能。
1.2.2 銅離子
銅是人體中重要的微量元素，銅離子也可以激活 HIF-1α 通路，從而促進血管形成和骨再生[28-31]。以下將介紹銅與 3 種不同支架在骨組織工程中調控 HIF-1α 的應用。
Li 等[32]將銅摻雜在聚磷酸鈣（calcium polyphosphate，CPP）支架上，形成銅-CPP 支架，解決了單純 CPP 支架的固有缺點，如機械強度低、在促血管化和誘導成骨方面效果不佳等[33-34]。而且，銅-CPP 支架具有大量微孔和中孔，有利于細胞的附著和生長。同時，該支架在體內外均能上調 HIF-1α 表達水平，促進血管生成和成骨。在成年日本大白兔骨缺損模型中，銅-CPP 支架與低氧預處理的 BMSCs 聯合使用可以上調 HIF-1α、VEGF、ALP 和骨鈣素的水平，更好地促進新骨形成[32]。
Zhang 等[35]制備了氧化石墨烯-銅納米復合材料（graphene oxide-copper nanocomposites，GO-Cu），并將其涂覆在磷酸鈣骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）支架表面，形成 CPC/GO-Cu 支架。實驗數據表明，GO-Cu 涂層不僅不會影響 CPC 支架的骨傳導性和力學性能，而且對大鼠 BMSCs 無明顯細胞毒性，不會導致與 GO 和銅離子積累相關的副作用發生。除此之外，GO-Cu 涂層能增強大鼠 BMSCs 的黏附和成骨能力。實驗證明，GO-Cu 能激活大鼠 BMSCs 的 HIF-1α 通路，還能通過 ERK1/2 信號傳導途徑進一步增強 VEGF 和 BMP-2 的表達。動物實驗結果表明，CPC/GO-Cu 支架能顯著促進大鼠顱骨缺損處的血管化與骨再生。
Wu 等[36]制備了含銅的介孔生物活性玻璃（copper-containing mesoporous bioactive glass，Cu-MBG）支架，MBG 生物活性高、孔徑尺寸可控、活性位點多、比表面積大，具有良好的藥物儲存和緩釋能力[37-38]。實驗結果表明，Cu-MBG 支架及其離子提取物均可激活人 BMSCs 的 HIF-1α 通路，從而增加 VEGF 的表達，還可以通過提高人 BMSCs 成骨相關基因（如 ALP、骨橋蛋白、骨鈣素等）的表達來促進人 BMSCs 的成骨分化。因此，Cu-MBG 支架可以顯著促進血管生成及骨再生。
2 氧化戊二酸競爭類似物
二甲氧基烯丙基甘氨酸（dimethyloxalylglycine，DMOG）是一種具有細胞滲透性的小分子，可以通過模擬 2-氧化戊二酸輔酶因子來抑制 PHD 的活性，從而在常氧條件下穩定并上調 HIF-1α 的水平[39]。有實驗進一步證明，DMOG 能顯著促進 BMSCs 的成骨分化[40]。Jahangir 等[41]制備了可以遞送 DMOG 小分子的海藻酸鈉-明膠-磷酸三鈣海綿支架，海藻酸鈉-明膠-磷酸三鈣海綿本身就具有良好的促進細胞黏附和增殖的能力[42]，DMOG 與其結合后進一步提高了支架的機械強度，顯示出比單一支架更好的促血管形成和成骨能力。
Wu 等[43]開發了一種具有 DMOG 遞送功能的 MBG 支架來模擬缺氧環境。通過調節 MBG 的介孔大小，可以有效地控制 DMOG 在 MBG 支架中的負載和釋放。實驗表明，在 MBG 支架中遞送的 DMOG 激活了 HIF-1α 通路，穩定并提高了 HIF-1α 的水平，從而顯著增加 VEGF 的表達，而且對人 BMSCs 沒有細胞毒性作用。此外，在 MBG 支架中遞送的 DMOG 能增強人 BMSCs 成骨相關基因（如 ALP、骨橋蛋白、骨鈣素等）的表達，促進細胞成骨分化，表明具有 DMOG 遞送功能的 MBG 支架在促進血管生成和干細胞成骨分化等方面均表現優異。
3 新型 PHD 抑制劑
3.1 羅沙司他（FG-4592）
FG-4592 是一種新型的小分子 PHD 抑制劑，可以選擇性抑制 PHD，具有穩定 HIF-1α 的作用。與傳統缺氧模擬劑相比，FG-4592 具有更高的靶向特異性，因此臨床應用更安全[44-45]。Zhou 等[46]制備了負載 FG-4592 的纖維蛋白凝膠支架，并將其植入大鼠皮下組織工程室，實驗表明添加在支架中的 FG-4592 能上調 HIF-1α 和 VEGF 水平，促進新生血管的成熟；劃痕實驗結果表明，FG-4592 能以劑量依賴方式促進內皮細胞遷移。除此之外，在生物安全性方面，該復合支架中的 FG-4592 不會觸發大鼠全身缺氧反應。上述結果表明，FG-4592 在組織工程和其他需要局部血管化的領域（如傷口愈合）具有廣闊應用前景。
3.2 辛伐他汀
近年研究發現，辛伐他汀可以通過抑制 PHD 的活性來保護 HIF-1α 不被降解[47]。Yu 等[48]制備了負載辛伐他汀的介孔羥基磷灰石微球（simvastatin-loaded mesoporous hydroxyapatite microspheres，S-MHMS），并將其與膠原基質結合，形成一種新型的 S-MHMS/膠原復合支架。在 MHMS 的幫助下，不溶于水的辛伐他汀得以均勻地結合到親水性膠原基質中，達到持續釋放目的。實驗數據表明，S-MHMS 激活了 HIF-1α 通路，以濃度依賴方式顯著促進 HIF-1α 和 VEGF 的表達，并明顯上調大鼠 BMSCs 的 ALP、BMP-2、骨橋蛋白以及骨鈣素水平，促進 BMSCs 成骨分化。在大鼠骨缺損模型中，S-MHMS/膠原支架有效促進了骨缺損部位的血管化和新骨形成，在修復骨缺損方面顯示出了巨大潛力。
4 其他
4.1 芬戈莫德（FTY720）
FTY720 是由真菌代謝產物多球殼菌素衍生而來的鞘氨醇類化合物，可以被 SphK2 磷酸化形成 FTY720-磷酸，其可通過與多條信號通路交聯，對細胞存活、增殖、分化及遷移等生物學行為發揮關鍵作用[49]。Li 等[50]采用超臨界二氧化碳發泡技術制備了具有良好力學性能和降解性以及體外生物活性的 MBG 顆粒-聚乳酸-羥基乙酸[poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA]復合支架，并將生物活性脂質 FTY720 與該支架結合形成 FTY/MBG-PLGA 支架，該實驗使用大鼠 BMSCs 和人臍靜脈內皮細胞來評價 FTY/MBG-PLGA 支架的體外成骨和成血管作用。結果表明，FTY/MBG-PLGA 支架提取物通過激活 ERK1/2 途徑上調大鼠 BMSCs 的 HIF-1α 水平。此外，大鼠顱骨缺損模型體內實驗結果表明，來自 FTY/MBG-PLGA 支架的生物活性脂質和離子產物可以協同促進缺損區血管化骨再生[50]。
4.2 has-miR-199a-5p
研究表明，has-miR-199a-5p 可通過 HIF-1α 途徑調節人 MSCs 在早期和晚期的成骨分化[51]。agomir 是化學修飾的 miRNA，可改善 miRNA 半衰期短、細胞攝取差、血液穩定性差等缺點。但是目前 agomir 的應用主要是直接注射到血液或者血清中，可能會引起疼痛、感染、破壞血管等相關副作用。為了解決這些問題，Chen 等[51]將 has-miR-199a-5p agomir 與殼聚糖納米顆粒混合，形成納米顆粒/has-miR-199a-5p agomir 質粒（納米顆粒/agomir）復合物，實驗表明復合物中的 has-miR-199a-5p 穩定并上調了 HIF-1α 的水平，并通過 HIF-1α-Twist1 途徑促進早期成骨；隨后將該復合物植入大鼠脛骨缺損處，發現該復合物可以促進缺損部位的骨修復。
5 總結及展望
治療感染、創傷、腫瘤等導致的大型骨缺損一直是臨床難題，利用傳統骨組織工程技術修復骨缺損時，由于缺損部位早期血管化不佳，往往難以取得滿意的骨再生效果。而缺氧模擬劑可以在骨缺損部位激活 HIF-1α 通路，促進骨再生與血管形成，有效解決了骨缺損部位早期血管化不足的問題，這為臨床修復骨缺損提供了一種全新的辦法。目前研究常用的缺氧模擬劑，如 DFO、DMOG 等，在促進血管形成與骨再生方面顯示出了良好效果，但是應用于臨床時需要考慮相關副作用。FG-4592、FTY720、has-miR-199a-5p 等新型小分子物質靶向特異性更高、安全性更好，為骨組織工程提供了新的缺氧模擬劑選擇。然而以上缺氧模擬劑在骨組織工程中應用時間均較短，相關不良反應和臨床潛能以及其促進骨再生的確切機制尚不明確，還需要更多高質量的研究進一步發掘探索。
作者貢獻：任思聰負責綜述構思及設計、觀點形成、資料收集、文章撰寫；周延民負責綜述立題、構思建議、文章初稿的全篇修改；劉藝萍、朱彥霖負責綜述構思建議及文章初稿的全篇修改；王瑩瑩、劉鰻萱協助觀點形成及資料收集。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。