引用本文： 馬金輝, 任巖松, 王佰亮, 孫偉, 岳德波, 王衛國. H亞型血管在股骨頭壞死中的作用機制研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2021, 35(11): 1486-1491. doi: 10.7507/1002-1892.202103159 復制
股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是不同病因引起股骨頭組織細胞（骨細胞、骨髓造血細胞和脂肪細胞）死亡的病理過程，主要臨床癥狀包括髖關節疼痛、功能障礙[1]。目前，ONFH 確切發病機制尚不清楚，相關病理學假說較多，包括脂質代謝異常或脂肪栓塞、骨細胞死亡、機械應力負荷增加、骨內壓升高以及骨重塑失衡[2-3]，各種學假說均認為股骨頭內特定部位血供受損是導致 ONFH 的最終病理原因。
骨內微血管內皮細胞（bone microvascular endothelial cells，BMECs）是一個高活性的內分泌器官，其構成單層結構貼附于骨內壁，形成骨內微血管。BMECs 與骨內的成骨細胞、破骨細胞及其他細胞共同構成一個網絡，接受、整合外界信號，然后進一步釋放、刺激網絡中的其他信號，發揮調節細胞膜物質轉運及攝取、調節凝血及纖溶、合成和分泌血管活性物質，以及參與炎癥及免疫反應、血管生成、促進成骨等作用[4-5]。多項研究表明激素性 ONFH 與 BMECs 損傷密切相關，BMECs 功能損害可導致異常的凝血機制及微血栓形成，使血管閉塞，所支配區域骨細胞及骨髓壞死[4-5]。H 亞型血管是最新發現的一種骨內微血管，除具有上述作用外，還具有一定內分泌功能，為骨祖細胞和成骨細胞的生存提供了微環境，能夠促進成骨[6-7]，為骨壞死基礎與臨床研究提供了新思路。本文將圍繞 H 亞型血管與 ONFH 關系的研究進行綜述，以期為 ONFH 的機制研究和治療提供參考。
1 H 亞型血管的組織學特點
2014 年 Kusumbe 等[6]和 Ramasamy 等[7]在 Nature 發表了兩篇文章，他們在小鼠脛骨中發現了兩種特殊亞型血管，具有不同的形態、分子和功能特性。這些血管位于特定位置，能夠調節骨內血管生成和骨形成，產生不同的代謝和分子微環境，維持血管周圍骨祖細胞的分化與增殖，使得骨形成與血管生成能協同進行。兩種特殊亞型血管根據其內皮細胞表面抗體表達差異，被分別命名為 H 亞型血管和 L 亞型血管。H 亞型血管主要分布于干骺端和骨內膜，表現為兩種內皮細胞標記抗體 CD31、內皮黏蛋白（endomucin）強陽性；L 亞型血管主要分布于骨干區，兩種內皮細胞標記抗體（CD31、endomucin）表達呈弱陽性或陰性[6-7]。H 亞型血管可分泌與骨祖細胞存活和增殖相關的生長因子，周圍聚集大量 Osterix 陽性骨祖細胞、Ⅰ 型 α 膠原蛋白陽性成骨細胞和 Runx2 陽性早期骨祖細胞，這些細胞能分泌 VEGF 促進血管生成，從而促進骨骼系統的血管生成和骨形成。研究發現敲除小鼠 H 亞型血管相關基因后，H 亞型血管明顯減少，同時伴隨骨形成減少、骨密度降低；L 型血管周圍幾乎沒有骨祖細胞分布；同時，隨著年齡增長，H 亞型血管顯著減少，但 L 亞型血管數量無明顯改變[6-8]（表 1）。Wang 等[8]對來源于不同骨密度患者的骨組織進行免疫熒光染色觀察，發現相對于非骨質疏松組（T 值≥?1.0），骨質疏松組（T 值?2.5～?1.0）和骨量缺乏組（T 值≤?2.5）的 H 亞型血管面積明顯減小，差異有統計學意義（P<0.0001）。盧鍵森等[9]研究發現小鼠膝關節骨關節炎模型的關節軟骨下骨中 H 亞型血管增多，主要集中在骨小梁周圍，能夠促進軟骨下骨增生及重塑。Gao 等[10]從人工全髖關節置換術患者的股骨頭中分離培養了 H 亞型血管，證明人股骨頭內存在 H 亞型血管，為后續 ONFH 研究奠定基礎。
表1
H 亞型與 L 亞型血管特點的比較
Table1.
Comparison of characteristics between subtypes H and L vessels
2 H 亞型血管促進成骨的作用機制
在骨組織修復過程中，成骨細胞、破骨細胞和 BMECs 之間通過信號分子聯系在一起，相互影響。成骨和成血管之間存在緊密的時間和空間聯系，被稱為“成骨和成血管偶聯”[6-7, 11-12]，H 亞型血管在成骨和成血管偶聯中具有重要作用。破骨細胞、成骨細胞、軟骨細胞和骨血管內皮細胞可分泌相關因子，如 PDGF-BB 和裂隙引導配體 3（slit guidance ligand 3，SLIT3），誘導骨血管內皮細胞增殖、血管組裝和穩定[13-14]。骨血管內皮細胞可以分泌缺氧誘導因子1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）和 VEGF 或者通過 Notch 信號通路促進血管組裝和穩定以及骨形成。見圖 1。
圖1
H 亞型血管生成與骨形成的偶聯機制
Figure1.
The mechanism of subtype H vessel formation and osteogenesis coupling
2.1 HIF-1α
Kusumbe 等[6]指出血管內皮細胞內 HIF-1α 能促進 H 亞型血管形成，在調控成骨和成血管偶聯中具有重要作用。幼年（4 周齡）小鼠體內 H 亞型血管高表達 HIF-1α，隨著年齡增長表達逐漸降低，并且 H 亞型血管減少和年齡依賴性骨丟失有關。激活血管內皮細胞中缺氧信號會導致 H 亞型血管增加，進而增強軟骨內血管生成和骨形成。Pugh 等[15]通過建立 HIF-1α 功能缺失小鼠模型來觀察 HIF-1α 在骨特殊類型內皮細胞中的作用。結果顯示，與 HIF-1α 功能完整小鼠相比，HIF-1α 功能缺失小鼠干骺端和骨內膜中的 H 亞型血管明顯減少，骨干部 L 亞型血管數量無明顯變化，干骺端區域骨祖細胞和骨生成標記物 ALP 水平也顯著降低。此外，Jones 等[16]使用 HIF-1α 增強劑處理小鼠長骨，結果發現 H 亞型血管數量、成血管相關的 Osterix 陽性細胞數量、骨祖細胞和成骨細胞標記物表達水平均顯著提高；而且 micro-CT 檢查示長骨骨量明顯增加。上述結果表明，H 亞型血管數量增加、骨血管生成和骨形成與 HIF-1α 水平成正相關，HIF-1α 能夠調控動物體內新生血管生成和骨形成。
2.2 Notch 信號通路
H 亞型血管內的 Notch 信號通路在介導成骨和成血管偶聯中起到關鍵作用[7]。阻斷鼠血管內皮細胞 Notch 信號通路不僅損害骨內血管的形態和生長，還會出現長骨短縮、軟骨缺損、骨小梁減少和骨量丟失等成骨低下表現。Notch 信號通路可受血流調控，H 亞型血管管徑小、血流量大，可激活 Notch 信號通路，而血流量減小則會抑制 Notch 信號通路[17]。H 亞型血管內皮細胞在激活的 Notch 信號通路作用下出現細胞增殖和高表達 Noggin 蛋白，Noggin 蛋白可促進成骨祖細胞的增殖、分化和軟骨細胞的成熟、肥大，成熟肥大的軟骨細胞通過高分泌 VEGF 引導血管出芽，促進血管新生，內皮細胞在 Notch 信號通路和 Noggin、VEGF 共同作用下使成骨和成血管過程聯系在一起。以上結果說明小鼠骨組織中的 H 亞型血管在介導血管生長、維持血管周圍骨祖細胞數量和促進成骨方面起著重要作用。
2.3 PDGF-BB
PDGF-BB 是 PDGF 家族中一種趨化和有絲分裂因子，能夠促進內皮祖細胞和 BMSCs 等多種 MSCs 的遷移、增殖和分化，在促進血管生成和骨形成過程中起關鍵作用[18-20]。Xie 等[13]指出破骨細胞前體細胞分泌的 PDGF-BB 在促進骨形成同時可誘導 H 亞型血管新生。抗酒石酸酸性磷酸酶陽性細胞系中 PDGF-BB 缺失的小鼠表現為皮質骨與松質骨骨密度均顯著降低，血清及骨髓內 PDGF-BB 濃度降低，H 亞型血管數量也明顯減少。另外，與假手術組相比，雙側卵巢切除的骨質疏松小鼠模型其血清及骨髓內 PDGF-BB 濃度降低，H 亞型血管也減少。抑制組織蛋白酶 K 的表達會增加骨質疏松小鼠模型破骨細胞前體細胞數量，進而導致 PDGF-BB 分泌增加，刺激 H 亞型血管形成和骨形成。PDGF-BB 可以誘導 MSCs 和內皮祖細胞的增殖、遷移和成血管[10, 20]。同時，MSCs 可以分泌 VEGF 等血管形成因子來促進 H 亞型血管內皮細胞形成新生血管[21-23]。PDGF-BB 可以調動 MSCs，穩定新形成的血管，并協調細胞成分用于促進成骨細胞分化[24]。
2.4 SLIT3
SLIT3 是中樞神經系統最初識別的 3 種裂隙配體之一[25]，除在神經系統表達外還存在于其他組織，主要參與血管形成和干細胞介導等生理功能[26-27]。研究表明，SLIT3 可以促進 H 亞型血管的形成和骨形成[14, 28]。Xu 等[14]發現成骨細胞來源的 SLIT3 作為促血管生成因子可以間接增加 H 亞型血管數量，從而促進骨形成。在多個成骨細胞譜系細胞（骨橋素、骨鈣素和牙本質基質酸性磷蛋白 1 表達細胞）中，SLIT3 基因缺失會導致骨骼中 H 亞型血管減少，成骨細胞活性降低，骨形成減弱，提示 H 亞型血管數量和骨形成之間密切相關。在此基礎上，該研究建立 5 周齡雄性小鼠的開放性股骨中段骨折模型，每周 2 次靜脈注射重組 SLIT3，治療 21 d 后 micro-CT 和組織學觀察顯示小鼠骨折愈合增強，進一步證實成骨細胞來源的 SLIT3 是調控 H 亞型血管和骨形成的重要因素[14]。外源性 SLIT3 能夠通過增加 H 亞型血管形成，促進絕經后骨質疏松小鼠骨折愈合、預防骨丟失。小鼠體內表達組織蛋白酶 K 的細胞中，SLIT3 缺失與 H 亞型血管明顯減少、骨量低顯著相關[28]。這些研究表明 SLIT3 可作為一種有效的調節因子誘導 H 亞型血管形成以及骨形成。
3 H 亞型血管與激素性 ONFH
由于血管壓力升高、低氧、缺乏生長因子等原因，ONFH 患者骨組織壞死后血管再生能力較弱，進而導致新骨形成能力降低，股骨頭機械強度減弱，進一步發展引起股骨頭塌陷[29-30]，最終需要進行關節置換。股骨頭微循環障礙是導致 ONFH 的最終原因已達成共識，因此修復重建股骨頭血供是治療 ONFH 的關鍵。
3.1 糖皮質激素對骨組織內 H 亞型血管的影響
長期大劑量服用糖皮質激素可導致 ONFH。Lane 等[31]的研究顯示，糖皮質激素處理組（喂食 4 mg/L 地塞米松）小鼠股骨遠端干骺端 H 亞型血管數量與正常對照組和治療組相比顯著減少，股骨頭內破骨細胞增加、成骨細胞減少、HIF-1α 和 VEGF 表達降低，而 HIF-1α 表達降低進一步導致 H 亞型血管數量減少。同時，有研究發現接受產前糖皮質激素治療的小鼠，其股骨遠端干骺端中破骨細胞前體細胞數量及其分泌的 PDGF-BB 均顯著減少，導致小鼠后代中 H 亞型血管和骨礦化減少，分析機制是該治療抑制了 zeste 基因增強子同源物 2 的表達，從而抑制破骨細胞成熟分化，導致 PDGF-BB 合成障礙，進而阻礙 H 亞型血管生成和骨形成[32]。此外，高劑量強的松龍可抑制 NF-κB 的 P65 亞基與 PDGF-BB 啟動子相結合，導致 PDGF-BB 轉錄降低，進而抑制 H 亞型血管生成和骨形成[33]。上述研究表明 H 亞型血管是參與激素性 ONFH 發生的可能機制之一。
3.2 H 亞型血管生成改善 ONFH
有研究指出骨壞死早期 HIF-1α 和 VEGF 表達降低，可能導致骨組織內血管數量降低[34-35]。Lane 等[31]的研究中，糖皮質激素處理組小鼠骨壞死發生率為 36%，相比于正常對照組，小鼠 CD31 和 endomucin 表達陽性的 H 亞型血管數量顯著下降；而糖皮質激素處理小鼠模型經 LLP2A-阿侖膦酸鈉（一種引導內源性或外源性 MSCs 進入骨骼的骨靶向藥物）或重組人甲狀旁腺激素治療后，CD31 和 endomucin 表達陽性的 H 亞型血管數量顯著升高、股骨頭內骨量增多，骨小梁豐富區域的微結構強度和血運水平更高[31]。體外研究顯示 HIF-1α 能誘導 BMSCs 成骨基因表達，加強 BMSCs 成骨分化能力以及增加 VEGF 的分泌。VEGF 能夠誘導血管內皮細胞生長、抑制其凋亡，同時可以促進血管內皮祖細胞遷移和血管生成[36]。Ding 等[37]的研究建立兔早期激素性 ONFH 模型，然后分離培養兔 BMSCs，并利用 HIF-1α 對 BMSCs 進行基因轉染，最后行雙側股骨頭髓芯減壓術，將 HIF-1α 轉染的 BMSCs 移植到股骨頭內。結果顯示 HIF-1α 轉染的 BMSCs 能改善兔激素性 ONFH 骨壞死區域的成骨和成血管能力，促進骨壞死修復；同時，HIF-1α 能夠增加 bFGF、血管生成素 1、基質細胞衍生因子 1 等成血管因子的表達[38-40]，這些因素共同協作促進 ONFH 骨壞死區域的新生血管形成。HIF-1α 作為 H 亞型血管形成刺激因子[41-43]，轉染的 BMSCs 能夠在體內分化為成骨細胞；VEGF 可以促進成骨細胞分化、增殖，刺激成骨細胞的趨化遷移。因此，這些因素共同作用促進壞死區新骨形成。
3.3 H 亞型血管生成促進骨再生
研究表明，麥冬皂苷 D 能刺激 CD31 和 endomucin 表達陽性的 H 亞型血管形成，進而促進骨缺損部位骨再生，加速骨愈合[44]。荷葉堿可以通過抑制 MAPK 和 NF-κB 信號通路來保護抗酒石酸酸性磷酸酶陽性的破骨細胞前體細胞，從而減少多核破骨細胞的形成、抑制破骨吸收，促進 H 亞型血管的形成，可能用于治療骨質丟失疾病 [45]。體內研究顯示去鐵胺可增加 H 亞型血管形成促進因子 HIF-1α 和 VEGF 的表達，恢復地塞米松誘導的 HIF-1α 表達下調和血管生成抑制，促進激素性 ONFH 鼠模型體內血管生成和骨形成[46]。以上研究表明，通過藥物促進 H 亞型血管生成能夠抑制破骨和促進骨形成，為 ONFH 的治療提供了一種新思路。
4 總結與展望
H 亞型血管是一種新發現的骨內血管，在骨組織修復和重塑過程中對血管生成和骨形成起著重要調節作用。H 亞型血管的發現揭示了血管生成和骨形成之間協同作用的分子與細胞機制。今后需要基于人體 ONFH 標本和動物模型來明確 H 亞型血管在 ONFH 的壞死區、硬化區、正常區分布情況；同時，需要進一步研究糖皮質激素引起 H 亞型血管數量減少的分子機制，研究相應的干預措施來維持 ONFH 中 H 亞型血管數量和功能，為協同促進血管生成和骨形成的新治療策略奠定基礎。
作者貢獻：馬金輝撰寫文章；任巖松參與文獻收集、整理；王佰亮、孫偉對綜述構思、觀點形成及文章撰寫提供指導；岳德波、王衛國對文章進行審閱、修改。
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。經費支持沒有影響文章觀點及其報道。
股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是不同病因引起股骨頭組織細胞（骨細胞、骨髓造血細胞和脂肪細胞）死亡的病理過程，主要臨床癥狀包括髖關節疼痛、功能障礙[1]。目前，ONFH 確切發病機制尚不清楚，相關病理學假說較多，包括脂質代謝異常或脂肪栓塞、骨細胞死亡、機械應力負荷增加、骨內壓升高以及骨重塑失衡[2-3]，各種學假說均認為股骨頭內特定部位血供受損是導致 ONFH 的最終病理原因。
骨內微血管內皮細胞（bone microvascular endothelial cells，BMECs）是一個高活性的內分泌器官，其構成單層結構貼附于骨內壁，形成骨內微血管。BMECs 與骨內的成骨細胞、破骨細胞及其他細胞共同構成一個網絡，接受、整合外界信號，然后進一步釋放、刺激網絡中的其他信號，發揮調節細胞膜物質轉運及攝取、調節凝血及纖溶、合成和分泌血管活性物質，以及參與炎癥及免疫反應、血管生成、促進成骨等作用[4-5]。多項研究表明激素性 ONFH 與 BMECs 損傷密切相關，BMECs 功能損害可導致異常的凝血機制及微血栓形成，使血管閉塞，所支配區域骨細胞及骨髓壞死[4-5]。H 亞型血管是最新發現的一種骨內微血管，除具有上述作用外，還具有一定內分泌功能，為骨祖細胞和成骨細胞的生存提供了微環境，能夠促進成骨[6-7]，為骨壞死基礎與臨床研究提供了新思路。本文將圍繞 H 亞型血管與 ONFH 關系的研究進行綜述，以期為 ONFH 的機制研究和治療提供參考。
1 H 亞型血管的組織學特點
2014 年 Kusumbe 等[6]和 Ramasamy 等[7]在 Nature 發表了兩篇文章，他們在小鼠脛骨中發現了兩種特殊亞型血管，具有不同的形態、分子和功能特性。這些血管位于特定位置，能夠調節骨內血管生成和骨形成，產生不同的代謝和分子微環境，維持血管周圍骨祖細胞的分化與增殖，使得骨形成與血管生成能協同進行。兩種特殊亞型血管根據其內皮細胞表面抗體表達差異，被分別命名為 H 亞型血管和 L 亞型血管。H 亞型血管主要分布于干骺端和骨內膜，表現為兩種內皮細胞標記抗體 CD31、內皮黏蛋白（endomucin）強陽性；L 亞型血管主要分布于骨干區，兩種內皮細胞標記抗體（CD31、endomucin）表達呈弱陽性或陰性[6-7]。H 亞型血管可分泌與骨祖細胞存活和增殖相關的生長因子，周圍聚集大量 Osterix 陽性骨祖細胞、Ⅰ 型 α 膠原蛋白陽性成骨細胞和 Runx2 陽性早期骨祖細胞，這些細胞能分泌 VEGF 促進血管生成，從而促進骨骼系統的血管生成和骨形成。研究發現敲除小鼠 H 亞型血管相關基因后，H 亞型血管明顯減少，同時伴隨骨形成減少、骨密度降低；L 型血管周圍幾乎沒有骨祖細胞分布；同時，隨著年齡增長，H 亞型血管顯著減少，但 L 亞型血管數量無明顯改變[6-8]（表 1）。Wang 等[8]對來源于不同骨密度患者的骨組織進行免疫熒光染色觀察，發現相對于非骨質疏松組（T 值≥?1.0），骨質疏松組（T 值?2.5～?1.0）和骨量缺乏組（T 值≤?2.5）的 H 亞型血管面積明顯減小，差異有統計學意義（P<0.0001）。盧鍵森等[9]研究發現小鼠膝關節骨關節炎模型的關節軟骨下骨中 H 亞型血管增多，主要集中在骨小梁周圍，能夠促進軟骨下骨增生及重塑。Gao 等[10]從人工全髖關節置換術患者的股骨頭中分離培養了 H 亞型血管，證明人股骨頭內存在 H 亞型血管，為后續 ONFH 研究奠定基礎。
表1
H 亞型與 L 亞型血管特點的比較
Table1.
Comparison of characteristics between subtypes H and L vessels
2 H 亞型血管促進成骨的作用機制
在骨組織修復過程中，成骨細胞、破骨細胞和 BMECs 之間通過信號分子聯系在一起，相互影響。成骨和成血管之間存在緊密的時間和空間聯系，被稱為“成骨和成血管偶聯”[6-7, 11-12]，H 亞型血管在成骨和成血管偶聯中具有重要作用。破骨細胞、成骨細胞、軟骨細胞和骨血管內皮細胞可分泌相關因子，如 PDGF-BB 和裂隙引導配體 3（slit guidance ligand 3，SLIT3），誘導骨血管內皮細胞增殖、血管組裝和穩定[13-14]。骨血管內皮細胞可以分泌缺氧誘導因子1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）和 VEGF 或者通過 Notch 信號通路促進血管組裝和穩定以及骨形成。見圖 1。
圖1
H 亞型血管生成與骨形成的偶聯機制
Figure1.
The mechanism of subtype H vessel formation and osteogenesis coupling
2.1 HIF-1α
Kusumbe 等[6]指出血管內皮細胞內 HIF-1α 能促進 H 亞型血管形成，在調控成骨和成血管偶聯中具有重要作用。幼年（4 周齡）小鼠體內 H 亞型血管高表達 HIF-1α，隨著年齡增長表達逐漸降低，并且 H 亞型血管減少和年齡依賴性骨丟失有關。激活血管內皮細胞中缺氧信號會導致 H 亞型血管增加，進而增強軟骨內血管生成和骨形成。Pugh 等[15]通過建立 HIF-1α 功能缺失小鼠模型來觀察 HIF-1α 在骨特殊類型內皮細胞中的作用。結果顯示，與 HIF-1α 功能完整小鼠相比，HIF-1α 功能缺失小鼠干骺端和骨內膜中的 H 亞型血管明顯減少，骨干部 L 亞型血管數量無明顯變化，干骺端區域骨祖細胞和骨生成標記物 ALP 水平也顯著降低。此外，Jones 等[16]使用 HIF-1α 增強劑處理小鼠長骨，結果發現 H 亞型血管數量、成血管相關的 Osterix 陽性細胞數量、骨祖細胞和成骨細胞標記物表達水平均顯著提高；而且 micro-CT 檢查示長骨骨量明顯增加。上述結果表明，H 亞型血管數量增加、骨血管生成和骨形成與 HIF-1α 水平成正相關，HIF-1α 能夠調控動物體內新生血管生成和骨形成。
2.2 Notch 信號通路
H 亞型血管內的 Notch 信號通路在介導成骨和成血管偶聯中起到關鍵作用[7]。阻斷鼠血管內皮細胞 Notch 信號通路不僅損害骨內血管的形態和生長，還會出現長骨短縮、軟骨缺損、骨小梁減少和骨量丟失等成骨低下表現。Notch 信號通路可受血流調控，H 亞型血管管徑小、血流量大，可激活 Notch 信號通路，而血流量減小則會抑制 Notch 信號通路[17]。H 亞型血管內皮細胞在激活的 Notch 信號通路作用下出現細胞增殖和高表達 Noggin 蛋白，Noggin 蛋白可促進成骨祖細胞的增殖、分化和軟骨細胞的成熟、肥大，成熟肥大的軟骨細胞通過高分泌 VEGF 引導血管出芽，促進血管新生，內皮細胞在 Notch 信號通路和 Noggin、VEGF 共同作用下使成骨和成血管過程聯系在一起。以上結果說明小鼠骨組織中的 H 亞型血管在介導血管生長、維持血管周圍骨祖細胞數量和促進成骨方面起著重要作用。
2.3 PDGF-BB
PDGF-BB 是 PDGF 家族中一種趨化和有絲分裂因子，能夠促進內皮祖細胞和 BMSCs 等多種 MSCs 的遷移、增殖和分化，在促進血管生成和骨形成過程中起關鍵作用[18-20]。Xie 等[13]指出破骨細胞前體細胞分泌的 PDGF-BB 在促進骨形成同時可誘導 H 亞型血管新生。抗酒石酸酸性磷酸酶陽性細胞系中 PDGF-BB 缺失的小鼠表現為皮質骨與松質骨骨密度均顯著降低，血清及骨髓內 PDGF-BB 濃度降低，H 亞型血管數量也明顯減少。另外，與假手術組相比，雙側卵巢切除的骨質疏松小鼠模型其血清及骨髓內 PDGF-BB 濃度降低，H 亞型血管也減少。抑制組織蛋白酶 K 的表達會增加骨質疏松小鼠模型破骨細胞前體細胞數量，進而導致 PDGF-BB 分泌增加，刺激 H 亞型血管形成和骨形成。PDGF-BB 可以誘導 MSCs 和內皮祖細胞的增殖、遷移和成血管[10, 20]。同時，MSCs 可以分泌 VEGF 等血管形成因子來促進 H 亞型血管內皮細胞形成新生血管[21-23]。PDGF-BB 可以調動 MSCs，穩定新形成的血管，并協調細胞成分用于促進成骨細胞分化[24]。
2.4 SLIT3
SLIT3 是中樞神經系統最初識別的 3 種裂隙配體之一[25]，除在神經系統表達外還存在于其他組織，主要參與血管形成和干細胞介導等生理功能[26-27]。研究表明，SLIT3 可以促進 H 亞型血管的形成和骨形成[14, 28]。Xu 等[14]發現成骨細胞來源的 SLIT3 作為促血管生成因子可以間接增加 H 亞型血管數量，從而促進骨形成。在多個成骨細胞譜系細胞（骨橋素、骨鈣素和牙本質基質酸性磷蛋白 1 表達細胞）中，SLIT3 基因缺失會導致骨骼中 H 亞型血管減少，成骨細胞活性降低，骨形成減弱，提示 H 亞型血管數量和骨形成之間密切相關。在此基礎上，該研究建立 5 周齡雄性小鼠的開放性股骨中段骨折模型，每周 2 次靜脈注射重組 SLIT3，治療 21 d 后 micro-CT 和組織學觀察顯示小鼠骨折愈合增強，進一步證實成骨細胞來源的 SLIT3 是調控 H 亞型血管和骨形成的重要因素[14]。外源性 SLIT3 能夠通過增加 H 亞型血管形成，促進絕經后骨質疏松小鼠骨折愈合、預防骨丟失。小鼠體內表達組織蛋白酶 K 的細胞中，SLIT3 缺失與 H 亞型血管明顯減少、骨量低顯著相關[28]。這些研究表明 SLIT3 可作為一種有效的調節因子誘導 H 亞型血管形成以及骨形成。
3 H 亞型血管與激素性 ONFH
由于血管壓力升高、低氧、缺乏生長因子等原因，ONFH 患者骨組織壞死后血管再生能力較弱，進而導致新骨形成能力降低，股骨頭機械強度減弱，進一步發展引起股骨頭塌陷[29-30]，最終需要進行關節置換。股骨頭微循環障礙是導致 ONFH 的最終原因已達成共識，因此修復重建股骨頭血供是治療 ONFH 的關鍵。
3.1 糖皮質激素對骨組織內 H 亞型血管的影響
長期大劑量服用糖皮質激素可導致 ONFH。Lane 等[31]的研究顯示，糖皮質激素處理組（喂食 4 mg/L 地塞米松）小鼠股骨遠端干骺端 H 亞型血管數量與正常對照組和治療組相比顯著減少，股骨頭內破骨細胞增加、成骨細胞減少、HIF-1α 和 VEGF 表達降低，而 HIF-1α 表達降低進一步導致 H 亞型血管數量減少。同時，有研究發現接受產前糖皮質激素治療的小鼠，其股骨遠端干骺端中破骨細胞前體細胞數量及其分泌的 PDGF-BB 均顯著減少，導致小鼠后代中 H 亞型血管和骨礦化減少，分析機制是該治療抑制了 zeste 基因增強子同源物 2 的表達，從而抑制破骨細胞成熟分化，導致 PDGF-BB 合成障礙，進而阻礙 H 亞型血管生成和骨形成[32]。此外，高劑量強的松龍可抑制 NF-κB 的 P65 亞基與 PDGF-BB 啟動子相結合，導致 PDGF-BB 轉錄降低，進而抑制 H 亞型血管生成和骨形成[33]。上述研究表明 H 亞型血管是參與激素性 ONFH 發生的可能機制之一。
3.2 H 亞型血管生成改善 ONFH
有研究指出骨壞死早期 HIF-1α 和 VEGF 表達降低，可能導致骨組織內血管數量降低[34-35]。Lane 等[31]的研究中，糖皮質激素處理組小鼠骨壞死發生率為 36%，相比于正常對照組，小鼠 CD31 和 endomucin 表達陽性的 H 亞型血管數量顯著下降；而糖皮質激素處理小鼠模型經 LLP2A-阿侖膦酸鈉（一種引導內源性或外源性 MSCs 進入骨骼的骨靶向藥物）或重組人甲狀旁腺激素治療后，CD31 和 endomucin 表達陽性的 H 亞型血管數量顯著升高、股骨頭內骨量增多，骨小梁豐富區域的微結構強度和血運水平更高[31]。體外研究顯示 HIF-1α 能誘導 BMSCs 成骨基因表達，加強 BMSCs 成骨分化能力以及增加 VEGF 的分泌。VEGF 能夠誘導血管內皮細胞生長、抑制其凋亡，同時可以促進血管內皮祖細胞遷移和血管生成[36]。Ding 等[37]的研究建立兔早期激素性 ONFH 模型，然后分離培養兔 BMSCs，并利用 HIF-1α 對 BMSCs 進行基因轉染，最后行雙側股骨頭髓芯減壓術，將 HIF-1α 轉染的 BMSCs 移植到股骨頭內。結果顯示 HIF-1α 轉染的 BMSCs 能改善兔激素性 ONFH 骨壞死區域的成骨和成血管能力，促進骨壞死修復；同時，HIF-1α 能夠增加 bFGF、血管生成素 1、基質細胞衍生因子 1 等成血管因子的表達[38-40]，這些因素共同協作促進 ONFH 骨壞死區域的新生血管形成。HIF-1α 作為 H 亞型血管形成刺激因子[41-43]，轉染的 BMSCs 能夠在體內分化為成骨細胞；VEGF 可以促進成骨細胞分化、增殖，刺激成骨細胞的趨化遷移。因此，這些因素共同作用促進壞死區新骨形成。
3.3 H 亞型血管生成促進骨再生
研究表明，麥冬皂苷 D 能刺激 CD31 和 endomucin 表達陽性的 H 亞型血管形成，進而促進骨缺損部位骨再生，加速骨愈合[44]。荷葉堿可以通過抑制 MAPK 和 NF-κB 信號通路來保護抗酒石酸酸性磷酸酶陽性的破骨細胞前體細胞，從而減少多核破骨細胞的形成、抑制破骨吸收，促進 H 亞型血管的形成，可能用于治療骨質丟失疾病 [45]。體內研究顯示去鐵胺可增加 H 亞型血管形成促進因子 HIF-1α 和 VEGF 的表達，恢復地塞米松誘導的 HIF-1α 表達下調和血管生成抑制，促進激素性 ONFH 鼠模型體內血管生成和骨形成[46]。以上研究表明，通過藥物促進 H 亞型血管生成能夠抑制破骨和促進骨形成，為 ONFH 的治療提供了一種新思路。
4 總結與展望
H 亞型血管是一種新發現的骨內血管，在骨組織修復和重塑過程中對血管生成和骨形成起著重要調節作用。H 亞型血管的發現揭示了血管生成和骨形成之間協同作用的分子與細胞機制。今后需要基于人體 ONFH 標本和動物模型來明確 H 亞型血管在 ONFH 的壞死區、硬化區、正常區分布情況；同時，需要進一步研究糖皮質激素引起 H 亞型血管數量減少的分子機制，研究相應的干預措施來維持 ONFH 中 H 亞型血管數量和功能，為協同促進血管生成和骨形成的新治療策略奠定基礎。
作者貢獻：馬金輝撰寫文章；任巖松參與文獻收集、整理；王佰亮、孫偉對綜述構思、觀點形成及文章撰寫提供指導；岳德波、王衛國對文章進行審閱、修改。
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。經費支持沒有影響文章觀點及其報道。
