韓鈞 孫偉* 高福強(qiáng) 李子榮

1. 北京大學(xué)中日友好臨床醫(yī)學(xué)院，北京 100029 2. 中日友好醫(yī)院骨關(guān)節(jié)外科，北京 100029

骨質(zhì)疏松癥是以骨量丟失和骨微結(jié)構(gòu)退變?yōu)樘攸c(diǎn)的骨骼疾病，可導(dǎo)致骨骼脆性增加，發(fā)生骨折的風(fēng)險(xiǎn)也隨之變高[1-3]。值得注意的是，這種全身性的疾病在臨床上往往得不到及時(shí)和應(yīng)有的治療，最終出現(xiàn)因骨折而引發(fā)的一系列嚴(yán)重并發(fā)癥。所以，骨質(zhì)疏松性骨折的臨床干預(yù)及圍手術(shù)期管理對(duì)降低骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生率具有積極作用[4]。骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生主要取決于兩個(gè)關(guān)鍵因素：骨骼的機(jī)械強(qiáng)度和作用于骨骼的應(yīng)力。骨骼機(jī)械強(qiáng)度降低是發(fā)生骨折的必要條件，而凡是影響骨量的因素均可引起骨骼機(jī)械強(qiáng)度的改變[5-6]。

目前，普遍接受的兩種骨質(zhì)疏松的危險(xiǎn)因素是雌激素水平降低和高齡，前者見于絕經(jīng)后的女性人群，后者主要見于老年男性人群[7-10]。雌激素水平降低和高齡的致病機(jī)制均是基于影響破骨細(xì)胞的增殖，骨吸收作用大于骨形成作用，最終導(dǎo)致骨量的損失[11-12]。所以，骨質(zhì)疏松癥的治療通常集中于調(diào)節(jié)骨代謝等方面。近年來(lái)，血管形成與骨形成之間的偶聯(lián)關(guān)系成為骨質(zhì)疏松治療的新突破點(diǎn)。正常骨形成的維持需要間質(zhì)干細(xì)胞不斷向骨祖細(xì)胞分化，繼而形成成骨細(xì)胞，參與骨形成，維持骨的穩(wěn)態(tài)[13-14]，這對(duì)保證新骨形成、骨折愈合的再生修復(fù)必不可少，而整個(gè)過(guò)程需要血管參與[15-16]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明應(yīng)用他昔莫芬處理小鼠制作骨質(zhì)疏松模型，發(fā)現(xiàn)骨量與骨內(nèi)血流灌注量幾乎同步下降，而特定藥物干預(yù)治療后可逆轉(zhuǎn)骨量下降并恢復(fù)骨內(nèi)血管的形成[17-18]；體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也證實(shí)血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的一種生長(zhǎng)因子可抑制破骨細(xì)胞的分化[19]。Kusumbe等[20]和 Ramasamy等[21]的研究顯示，骨骼內(nèi)血管根據(jù)內(nèi)皮細(xì)胞位置和功能的區(qū)別，可分為H亞型血管和L亞型血管，而H亞型血管可促進(jìn)其周圍骨祖細(xì)胞的分化與增殖。本文將圍繞H亞型血管與骨形成的關(guān)系進(jìn)行綜述如下。

1 H亞型血管的組織和功能特點(diǎn)

Kusumbe等[20]在實(shí)驗(yàn)小鼠中發(fā)現(xiàn)，干骺端、骨內(nèi)膜及骨髓腔區(qū)域的毛細(xì)血管分布著兩類亞型內(nèi)皮細(xì)胞。根據(jù)內(nèi)皮細(xì)胞表面抗體的表達(dá)差異，可分為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膜下，表現(xiàn)為兩種內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記抗體(CD31和EMCN)強(qiáng)陽(yáng)性；而L亞型血管表現(xiàn)為兩種內(nèi)皮細(xì)胞抗體(CD31或EMCN)弱陽(yáng)性，分布于骨干區(qū)。王亮等[22]取股骨近端轉(zhuǎn)子間骨折行近端髓內(nèi)釘固定患者的骨標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明人的骨組織也存在H亞型血管和L亞型血管。

雖然H亞型內(nèi)皮細(xì)胞在數(shù)量上僅占所有骨內(nèi)皮細(xì)胞的1.77%和整個(gè)骨髓內(nèi)皮細(xì)胞的0.015%，但H亞型血管周圍聚集著大量的Osterix+骨祖細(xì)胞[(70.0±1.9)%]、膠原類1α+成骨細(xì)胞[(74.0±3.3)%]和Runx2+的早期骨祖細(xì)胞[(82.6±1.8)%][16]，而L亞型血管周圍卻幾乎沒有骨祖細(xì)胞分布。大量骨祖細(xì)胞聚集在H亞型血管周圍，提示兩種細(xì)胞間存在某種功能上的聯(lián)系。因此，Kusumbe等[20]從新鮮長(zhǎng)骨中分離純化出兩種亞型內(nèi)皮細(xì)胞，并且分別檢測(cè)兩種亞型內(nèi)皮細(xì)胞中分泌型生長(zhǎng)因子(促進(jìn)骨祖細(xì)胞存活和增殖)的mRNAs 表達(dá)量。結(jié)果顯示，基因Pdgfa、Pdgfb、Tgbf1、Tgfb3 和Fgf1 的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在H 亞型內(nèi)皮細(xì)胞中的水平明顯高于L亞型內(nèi)皮細(xì)胞。此外，根據(jù)之前報(bào)道的機(jī)體老化過(guò)程中成骨細(xì)胞的數(shù)量會(huì)下降的結(jié)論[23]，Kusumbe等[20]還發(fā)現(xiàn)隨著小鼠老齡化，H亞型內(nèi)皮細(xì)胞在整體骨血管內(nèi)皮細(xì)胞含量不變的前提下也隨之降低，并且與小鼠機(jī)體的成骨細(xì)胞含量呈偶聯(lián)關(guān)系。

Kusumbe等[20]還發(fā)現(xiàn)H亞型內(nèi)皮細(xì)胞可調(diào)節(jié)骨內(nèi)新生血管的形成，是L亞型內(nèi)皮細(xì)胞的上游層次細(xì)胞。綜上所述，H亞型血管在骨形成和血管形成方面扮演著不可或缺的角色，可調(diào)節(jié)骨祖細(xì)胞的增殖與分化。

2 H亞型血管與骨形成的偶聯(lián)機(jī)制

Kusumbe等[20]和Xie等[24]研究發(fā)現(xiàn)，H亞型血管減少后可影響骨代謝的平衡，導(dǎo)致骨量下降。所以，H亞型血管與骨代謝存在“偶聯(lián)關(guān)系”，且這種偶聯(lián)關(guān)系可被破骨前體細(xì)胞分泌的血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet-derived growth factor-BB，PDGF-BB)進(jìn)行正強(qiáng)化。這個(gè)觀點(diǎn)被認(rèn)為是對(duì)以往“骨量變化與成骨細(xì)胞—破骨細(xì)胞平衡、鈣丟失、維生素D減少相關(guān)”的重大補(bǔ)充[25-27]。

關(guān)于H亞型血管與骨形成的偶聯(lián)關(guān)系的機(jī)制探討，Pugh等[28]首先根據(jù)H和L亞型內(nèi)皮細(xì)胞兩者間缺氧誘導(dǎo)型轉(zhuǎn)錄因子1α(Hif-1α)的表達(dá)水平不同的結(jié)論，觀察了Hif-1α功能缺失小鼠(Hif1αiΔEC)的骨形成和血管形成的情況，Hif-1α是一種轉(zhuǎn)錄因子，在調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝和新血管形成方面具有重要的作用。結(jié)果顯示，與對(duì)照組小鼠相比較，Hif1αiΔEC小鼠骨骼的H 亞型內(nèi)皮細(xì)胞和骨祖細(xì)胞的數(shù)量極大地減少，但L亞型內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量則沒有影響。相反，Hif-1α水平的提高會(huì)增加H 亞型內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量，特別是在長(zhǎng)骨的干骺端區(qū)域，而且這種現(xiàn)象會(huì)伴隨骨祖細(xì)胞數(shù)量和骨形成作用呈顯著性增加[20]。所以，H亞型內(nèi)皮細(xì)胞增殖和骨祖細(xì)胞形成與內(nèi)皮細(xì)胞性Hif-1α水平呈正相關(guān)，Hif-1α則可以誘導(dǎo)動(dòng)物體血管生成和骨形成。

Ramasamy等[21]進(jìn)一步通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞性Dll4-Notch 信號(hào)傳導(dǎo)途徑來(lái)研究?jī)?nèi)皮細(xì)胞和成骨作用之間的分子串?dāng)_，Dll4-Notch 信號(hào)傳導(dǎo)途徑已經(jīng)在許多器官中被定義為血管生成作用的負(fù)性調(diào)節(jié)劑。令人驚訝的是，研究人員發(fā)現(xiàn)在小鼠出生后的長(zhǎng)骨中Dll4-Notch 信號(hào)途徑對(duì)血管生成具有正向調(diào)節(jié)作用，這一現(xiàn)象強(qiáng)調(diào)了骨血管內(nèi)皮細(xì)胞的特殊性質(zhì)。在Dll4-Notch 信號(hào)傳導(dǎo)遺傳破壞的小鼠中發(fā)現(xiàn)，骨的血管形態(tài)和增殖均受到破壞，而且出現(xiàn)了成骨作用減弱、長(zhǎng)骨變短、軟骨細(xì)胞缺失、小梁結(jié)構(gòu)及骨質(zhì)量減少流失等現(xiàn)象。相反，如果激活這些信號(hào)則會(huì)使成骨作用增強(qiáng)，骨量也隨之增加。同時(shí)，H亞型內(nèi)皮細(xì)胞在內(nèi)皮性Dll4-Notch 信號(hào)傳導(dǎo)激活作用下會(huì)增殖，而這正與H 亞型內(nèi)皮細(xì)胞在骨血管生長(zhǎng)和骨形成過(guò)程中充當(dāng)重要角色的現(xiàn)象相一致。

研究人員接著對(duì)小鼠中內(nèi)皮細(xì)胞分泌的因子進(jìn)行了分析，所采用的小鼠經(jīng)遺傳工程改造后具有激活Dll4-Notch信號(hào)傳導(dǎo)作用的特點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)Noggin呈現(xiàn)強(qiáng)上調(diào)現(xiàn)象，Noggin是一種分泌性骨形態(tài)形成蛋白的拮抗劑。對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞特異性Dll4-Notch信號(hào)途徑突變小鼠施以重組的Noggin進(jìn)行處理后，小鼠骨的生長(zhǎng)和礦化作用、軟骨細(xì)胞的成熟、小梁結(jié)構(gòu)的形成以及骨祖細(xì)胞的數(shù)量均恢復(fù)到正常狀態(tài)。而這種挽救作用背后的分子機(jī)制被追溯到Noggin對(duì)Sox9 蛋白局部表達(dá)以及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)水平的恢復(fù)作用。蛋白Sox9既與啟動(dòng)軟骨與骨之間轉(zhuǎn)變相關(guān)，又能調(diào)節(jié)VEGF的釋放，因此Dll4-Notch傳導(dǎo)途徑和Noggin的釋放將H 型內(nèi)皮細(xì)胞的促血管形成作用與成骨作用聯(lián)系在一起。

Xie等[24]發(fā)現(xiàn)破骨前體細(xì)胞分泌PDGF-BB可以促進(jìn)骨形成和H型血管的形成。因?yàn)镻DGF-BB可以誘導(dǎo)間質(zhì)干細(xì)胞和內(nèi)皮母細(xì)胞的遷移[29-30]，間質(zhì)干細(xì)胞可分化為成骨細(xì)胞，而內(nèi)皮母細(xì)胞可進(jìn)分化為H亞型內(nèi)皮細(xì)胞。另外，間質(zhì)干細(xì)胞還可以分泌促進(jìn)血管形成的VEGF，從而誘導(dǎo)H亞型內(nèi)皮細(xì)胞的形成[31]。

3 H亞型血管與骨質(zhì)疏松癥

目前，關(guān)于骨質(zhì)疏松癥的治療仍然集中于調(diào)節(jié)骨吸收與骨形成方面，而H亞型血管與骨形成之間的偶聯(lián)關(guān)系為骨質(zhì)疏松癥的治療提供找到了新的突破口[32]。Kusumbe等[20]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隨著實(shí)驗(yàn)小鼠的老齡化，H亞型內(nèi)皮細(xì)胞與成骨細(xì)胞的數(shù)量均隨之下降，這提示老年性骨質(zhì)疏松癥可能與H亞型內(nèi)皮細(xì)胞的減少有關(guān)。

關(guān)于H亞型血管與骨質(zhì)疏松癥的關(guān)系，王亮等[22]進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。他們對(duì)20例行股骨近端髓內(nèi)釘固定手術(shù)的患者進(jìn)行取材，然后分為骨質(zhì)疏松組和非骨質(zhì)疏松組，每組各10人?；颊呔鶠榻^經(jīng)后女性，年齡在60～70歲。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，人類骨骼中也存在H亞型和L亞型血管。H亞型血管主要表現(xiàn)為兩種內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記抗體(CD31和EMCN)強(qiáng)陽(yáng)性，存在于干骺端與骨膜下；而L亞型血管僅表現(xiàn)一種特異抗體陽(yáng)性，存在于骨干區(qū)。將骨質(zhì)疏松組與非骨質(zhì)疏松組對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，兩組骨標(biāo)本免疫熒光染色均發(fā)現(xiàn)了H亞型血管的存在，但兩組骨標(biāo)本中H亞型血管的形態(tài)、走行及數(shù)量均存在明顯差異。非骨質(zhì)疏松組患者H亞型血管較多、分布完整，呈柱狀、弓狀，表現(xiàn)為CD31和EMCN強(qiáng)烈雙陽(yáng)性染色；骨質(zhì)疏松組患者H型血管稀疏、分布凌亂，呈點(diǎn)狀、竇狀，表現(xiàn)為CD31和EMCN極弱的陽(yáng)性染色。應(yīng)用專用軟件對(duì)血管的面積進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松組患者骨切片中特殊亞型血管的面積占總血管面積的比例較非骨質(zhì)疏松性骨折組明顯減少，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=26.66，P<0.0001)，說(shuō)明H亞型血管的面積可能與骨密度存在相關(guān)性，此表現(xiàn)間接提示在骨質(zhì)疏松性骨折患者中進(jìn)一步研究H亞型血管有很好的臨床價(jià)值。

4 展望

H亞型血管與骨形成存在密切偶聯(lián)關(guān)系，這一結(jié)論在骨質(zhì)疏松癥防治領(lǐng)域具有一定的前瞻性意義。根據(jù)H亞型血管與骨形成的偶聯(lián)機(jī)制，可以從多條思路來(lái)研究骨質(zhì)疏松癥的治療新方法。例如甲磺酸去鐵胺(deferoxaminemesylate，DFM)是一種抑制脯氨酰-4-羥化酶對(duì)Hif-1α進(jìn)行降解的化合物，目前用于治療多鐵癥患者，一般與透析組合使用，因此該藥對(duì)骨質(zhì)疏松癥的臨床價(jià)值具有可預(yù)見性。DFM也許還可以考慮和二膦酸鹽藥物進(jìn)行組合療法，后者通常用于治療慢性骨流失[33]。因此，H亞型血管在骨質(zhì)疏松癥防治方面具有廣闊前景，需要更多的基礎(chǔ)研究來(lái)做進(jìn)一步探索。