盧承印, 羅志強(qiáng), 簡(jiǎn)功輝, 齊新宇, 熊 輝△, 李汪洋

1湖南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨傷科,長(zhǎng)沙 410005 2湖南中醫(yī)藥大學(xué)第二中醫(yī)臨床醫(yī)學(xué)院,長(zhǎng)沙 410005

人體骨骼具有顯著的再生特性,是身體中少數(shù)幾個(gè)可以重建其正常細(xì)胞組成、方向和機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)之一[1]。但因受到損傷程度、感染、局部血供以及患者年齡等因素的影響,臨床上仍有5%～10%的骨折患者會(huì)出現(xiàn)延遲愈合或不愈合[2]。這種情況一旦出現(xiàn),往往需要多次手術(shù)治療,給患者帶來(lái)極大的痛苦和高額的治療費(fèi)用。因此,深入了解骨骼再生的具體機(jī)制,促進(jìn)骨折愈合,是骨傷科領(lǐng)域重點(diǎn)研究的課題。

骨折愈合是一個(gè)多環(huán)節(jié)參與的復(fù)雜的修復(fù)過(guò)程,受眾多因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)[3],在骨折愈合的過(guò)程中,血管生成和骨生成之間存在復(fù)雜的相互作用,二者以密切的時(shí)空和相互依賴(lài)的方式耦合:成骨細(xì)胞能夠分泌血管生長(zhǎng)因子以促進(jìn)血管生長(zhǎng)并影響其功能,而血管內(nèi)皮細(xì)胞能夠釋放血管分泌信號(hào)以調(diào)節(jié)骨骼的重塑和修復(fù)。這種血管生成與骨生成之間密切的關(guān)系被稱(chēng)為“成血管-成骨耦聯(lián)”[4]。隨著2014年Kusumbe等[5]首次報(bào)道在小鼠長(zhǎng)骨中鑒定出一種具有誘導(dǎo)骨形成能力的特殊血管亞型,即H型血管,進(jìn)一步豐富了成血管-成骨耦聯(lián)的作用機(jī)制。研究表明,H型血管可以通過(guò)刺激骨髓中骨祖細(xì)胞增殖和分化,并分泌細(xì)胞因子來(lái)積極引導(dǎo)骨形成,進(jìn)而促進(jìn)骨折愈合[6-7]。因此,深入研究H型血管的功能將為骨折愈合提供新的見(jiàn)解和思路?；诖?本文通過(guò)在中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫(kù)中以(“H型血管”)AND(“血管新生”O(jiān)R“骨形成”O(jiān)R“成血管-成骨耦聯(lián)”)為主題詞進(jìn)行檢索,在PubMed數(shù)據(jù)庫(kù)中以(“H-type vessels”O(jiān)R“type H blood vessels”)AND(“Fracture”O(jiān)R“Angiogenesis”O(jiān)R“Osteogenesis”O(jiān)R“Angio-osteo coupling”)為MeSH詞和自由詞組合進(jìn)行文獻(xiàn)檢索。經(jīng)過(guò)篩選和詳細(xì)閱讀檢索到的文獻(xiàn),對(duì)H型血管參與成血管-成骨耦聯(lián)的作用機(jī)制及調(diào)控H型血管新生的相關(guān)分子與信號(hào)通路進(jìn)行綜述,以期為骨折的臨床治療和機(jī)制研究提供參考。

1 H型血管的定義與特點(diǎn)

血管由多種細(xì)胞組成,其中內(nèi)皮細(xì)胞在血管發(fā)生和血管形成的過(guò)程中發(fā)揮著核心調(diào)節(jié)作用。2014年Nature雜志首次報(bào)道[5],根據(jù)內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)、表面標(biāo)記物染色結(jié)果以及功能特征,從小鼠的干骺端和骨髓腔的毛細(xì)血管中鑒定出兩種不同的血管亞型,分別為高表達(dá)血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子1(PECAM-1/CD31)及唾液糖蛋白內(nèi)粘蛋白(EMCN)的H型血管和低表達(dá)CD31及EMCN的L型血管。其中H型血管主要分布于干骺端和骨內(nèi)膜下,通過(guò)遠(yuǎn)端血管弓相互連接,類(lèi)似于直柱狀;而L型血管主要分布在骨干區(qū)域,在骨髓腔中顯示出高度分支的毛細(xì)血管網(wǎng)。兩種類(lèi)型的血管在骨骺與骨干的連接處緊密相連,并在骨髓腔中形成一個(gè)完整的血管床。富氧血液從動(dòng)脈入骨后,先流入H型血管,隨后流入骨骺與骨干連接處的L型血管,最終流入中央靜脈[8]。

研究發(fā)現(xiàn),雖然H型血管內(nèi)皮細(xì)胞僅占所有內(nèi)皮細(xì)胞的1.77%和全部骨髓內(nèi)皮細(xì)胞的0.015%,但超過(guò)70%的Osterix+成骨祖細(xì)胞、82%的Runx2+早期成骨細(xì)胞以及膠原蛋白1α+型成骨細(xì)胞、PDGFRβ+血管周細(xì)胞等骨祖細(xì)胞選擇性地分布在H型血管周?chē)鶾5],從而產(chǎn)生成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞促進(jìn)骨形成。而在L型血管周?chē)鷰缀鯖](méi)有骨祖細(xì)胞的分布[9]。此外,H型血管有高度分化成動(dòng)脈的趨勢(shì),這些動(dòng)脈為骨缺損區(qū)域的局部血管網(wǎng)絡(luò)提供必要的營(yíng)養(yǎng),以滿足骨缺損區(qū)域成骨的代謝需求[10-11]。這些研究結(jié)果均表明,相較于L型血管,H型血管在成骨方面發(fā)揮著更為重要的作用。

2 成血管-成骨耦聯(lián)機(jī)制

成血管-成骨耦聯(lián)機(jī)制是指在骨組織形成和修復(fù)過(guò)程中,血管新生和骨組織生成之間的相互作用的關(guān)系。骨是一種高度血管化的組織,其發(fā)育、成熟、重塑和再生依賴(lài)于血供的嚴(yán)格調(diào)節(jié)[12],在各類(lèi)器官中血管生成是發(fā)生最早的事件之一,骨折后血供的好壞更直接影響骨的修復(fù)過(guò)程,影響其愈合速度。骨形成和骨改建均離不開(kāi)血管生成,二者在時(shí)空上相互耦合:在時(shí)間上,血管新生早于骨形成,血管入侵是骨形成及礦化的前提條件;在空間上,新生血管為骨組織提供氧氣、激素、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),調(diào)節(jié)骨骼的重塑和修復(fù),還能清除骨細(xì)胞代謝所產(chǎn)生的廢物。而骨組織也可以影響血管的形成和功能,在骨組織中,成骨細(xì)胞會(huì)分泌一系列的細(xì)胞因子,如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等。這些細(xì)胞因子可以影響血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和分化,促進(jìn)血管的形成,同時(shí),它們也可以影響血管的功能,如調(diào)節(jié)血管的收縮和擴(kuò)張,維持血管的通透性等?？傊?成血管-成骨耦聯(lián)機(jī)制是指血管和骨組織之間的相互作用關(guān)系,這種相互作用關(guān)系可以促進(jìn)骨組織的生長(zhǎng)和修復(fù),同時(shí)也可以影響血管的形成和功能,是骨組織再生和修復(fù)的重要機(jī)制之一[13]。

3 H型血管在成血管-成骨耦聯(lián)中的作用機(jī)制

H型血管作為一種毛細(xì)血管亞型,能夠與多種骨細(xì)胞相互作用,從而促進(jìn)成血管與成骨之間的耦聯(lián)。首先,盡管H型內(nèi)皮細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞中所占的比例較低,但骨組織中的關(guān)鍵細(xì)胞群,如Osterix+成骨祖細(xì)胞、Runx2+早期成骨細(xì)胞、膠原蛋白1α+型成骨細(xì)胞和PDGFRβ+血管周細(xì)胞等選擇性地位于H型血管周?chē)?表明H型血管是促進(jìn)骨再生的關(guān)鍵因子[5]。其次,H型血管內(nèi)皮細(xì)胞能夠釋放出包括促進(jìn)成骨細(xì)胞分化、增殖和骨基質(zhì)合成的信號(hào)分子,以及調(diào)節(jié)血管生成和功能的生物活性分子,如Noggin和VEGF等。這些分子可能對(duì)周?chē)墓墙M織細(xì)胞產(chǎn)生影響,刺激骨祖細(xì)胞的增殖和分化以調(diào)節(jié)成骨,從而在成血管-成骨耦聯(lián)中起到調(diào)節(jié)作用[14]。此外,H型血管作為特殊的血管類(lèi)型,能夠在發(fā)育過(guò)程中分化為動(dòng)脈,這些動(dòng)脈的形成是骨組織中局部血管網(wǎng)形成的基礎(chǔ),同時(shí)提供必要的營(yíng)養(yǎng),以滿足骨缺損區(qū)域成骨的代謝需求[11]。這些結(jié)果表明,H型血管在介導(dǎo)血管生長(zhǎng)、維持其周?chē)晒亲V系細(xì)胞數(shù)量以及在成骨和血管生成耦聯(lián)方面發(fā)揮著重要作用。

4 調(diào)控H型血管生成促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的相關(guān)分子機(jī)制

由于H型血管在骨再生過(guò)程中具有促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的能力,因此在骨折治療過(guò)程中調(diào)控H型血管生成,促進(jìn)骨折區(qū)域H型血管增加,成為一種有前景的治療方法。迄今為止,HIF-1α、Notch、PDGF-BB、SLIT3等多種信號(hào)通路與分子,已被證明通過(guò)調(diào)控H型血管新生,參與到成血管-成骨耦聯(lián)的作用機(jī)制當(dāng)中。見(jiàn)圖1、表1。

表1 部分調(diào)控H型血管促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的藥物或干預(yù)方法Table 1 Partial regulatory drugs or interventions that promote angiogenesis-osteogenesis coupling in type H blood vessels formation

4.1 低氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子-1α

低氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子-1(hypoxia-inducible transcription factor-1,HIF-1)是一種介導(dǎo)細(xì)胞對(duì)氧氣變化反應(yīng),控制生理和病理新生血管生成的異源二聚體轉(zhuǎn)錄因子[25],由α亞基和β亞基組成,其中HIF-1α亞基的表達(dá)和活性受細(xì)胞內(nèi)氧濃度的調(diào)節(jié)。在富氧環(huán)境中,抑癌蛋白pVHL可與羥基化的HIF-1α結(jié)合,隨后在Fe2+和氧氣的作用下降解,而在低氧狀態(tài)下,pVHL失活,從而影響HIF-1α的降解,導(dǎo)致HIF-1α表達(dá)增加,進(jìn)而與HIF-1β結(jié)合形成HIF-1[26]。HIF-1作為一種轉(zhuǎn)錄因子,能夠與低氧反應(yīng)元件結(jié)合,反式激活血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)等下游靶基因的表達(dá),參與到調(diào)控血管新生的過(guò)程當(dāng)中。

研究表明,HIF-1α是H型血管形成的重要啟動(dòng)因子,在成血管-成骨耦聯(lián)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[27]。Kusumbe等[5]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)小鼠HIF-1α基因敲除后,脛骨干骺端和骨內(nèi)膜的H型血管表達(dá)顯著減少,而內(nèi)皮細(xì)胞VHL基因的特異性敲除后,能夠使H型血管新生及骨小梁形成增加,并增加更多數(shù)量的Runx2+和Osterix+骨祖細(xì)胞。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),甲磺酸去鐵胺可促進(jìn)HIF-1α的活性和穩(wěn)定性,顯著增加H型血管的表達(dá)。此外,Li等[15]制備了一種含生物活性脂質(zhì)的超臨界CO2泡沫復(fù)合支架(FTY/MBG-PLGA),通過(guò)激活Erk1/2通路顯著上調(diào)HIF-1α的表達(dá),并使H型血管的形成顯著增強(qiáng),從而將血管生成與成骨結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)滿意的血管化骨再生。以上研究均表明,HIF-1α在調(diào)節(jié)H型血管生成,促進(jìn)成血管與成骨間的耦聯(lián)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

4.2 Notch信號(hào)通路

Notch信號(hào)通路是一條高度保守且廣泛參與細(xì)胞通訊和發(fā)育的信號(hào)傳導(dǎo)通路,主要通過(guò)Notch受體(Notch1～4)和其配體(DLL1、3、4和Jagged1、2)之間的相互作用來(lái)傳遞信號(hào)[28]。盡管在大多數(shù)組織中,Notch信號(hào)激活可能通過(guò)抑制促血管生成因子的表達(dá)來(lái)抑制血管的出芽,從而對(duì)血管形成產(chǎn)生負(fù)面調(diào)節(jié)[29-30]。但最新研究發(fā)現(xiàn)[31-33],在骨組織中,Notch信號(hào)通路與骨微環(huán)境血管生成正向相關(guān),可促進(jìn)小鼠長(zhǎng)骨中血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和血管生成。Ramasamy等[16]的實(shí)驗(yàn)研究證明,對(duì)小鼠使用Notch受體失活劑(Fbwx)干預(yù),能夠增加信號(hào)傳導(dǎo),使H型血管、Runx2+骨祖細(xì)胞的數(shù)量及內(nèi)皮細(xì)胞Noggin蛋白的分泌增加,Noggin蛋白作為骨形態(tài)發(fā)生蛋白的抑制劑,能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖分化和軟骨細(xì)胞的成熟肥大。而通過(guò)減少DLL4配體,對(duì)Notch信號(hào)進(jìn)行傳導(dǎo)抑制,則會(huì)導(dǎo)致H型血管、Runx2+骨祖細(xì)胞及Noggin蛋白表達(dá)減少,使成骨細(xì)胞分化、骨形成和軟骨內(nèi)骨化也被阻斷。由此表明,Notch信號(hào)通路在直接促進(jìn)H型血管生成以及促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)中發(fā)揮重要作用。

4.3 血小板衍生生長(zhǎng)因子-BB

血小板衍生生長(zhǎng)因子-BB(platelet growth factor BB,PDGF-BB)是PDGF家族中的一種趨化和有絲分裂因子,主要由巨噬細(xì)胞(尤其是M2亞型)和破骨前體細(xì)胞分泌,能促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移、增殖和分化,對(duì)促進(jìn)血管生成和成骨至關(guān)重要[34]。研究表明,PDGF-BB通過(guò)與間充質(zhì)干細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞表面的受體PDGFRβ結(jié)合,激活PI3K/Akt信號(hào)通路,進(jìn)而調(diào)節(jié)其遷移、分化和礦化,調(diào)控血管生成和成骨[35]。當(dāng)發(fā)生骨缺損時(shí),單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞譜系細(xì)胞如酒石酸鹽抗性酸性磷酸酶陽(yáng)性(TRAP+)單核細(xì)胞和成骨細(xì)胞移動(dòng)到骨缺損區(qū)域并分泌PDGF-BB,從而誘導(dǎo)骨膜衍生細(xì)胞(PDC)的表達(dá)和募集到骨膜表面,以支持血管和骨的形成[36]。

PDGF-BB是H型血管生成的關(guān)鍵因子[37]。Xie等[35]的研究表明,PDGF-BB在骨形成過(guò)程中促進(jìn)了H型血管的形成,通過(guò)局部給予PDGF-BB或刺激破骨前體細(xì)胞分泌PDGF-BB可顯著增加H型血管內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量,而當(dāng)PDGF-BB在成年小鼠中的表達(dá)水平降低時(shí),H型血管的數(shù)量顯著減少,同時(shí)骨小梁和皮質(zhì)骨量減少。Huang等[17]對(duì)骨質(zhì)疏松模型小鼠使用β-咔啉生物堿(去氫駱駝蓬堿)治療,發(fā)現(xiàn)其能通過(guò)增加破骨前體細(xì)胞的數(shù)量和外源性PDGF-BB,促進(jìn)H型血管的生成,從而誘導(dǎo)血管生成與骨形成的耦聯(lián),促進(jìn)骨再生。Shen等[18]的實(shí)驗(yàn)研究也顯示,中藥提取物骨碎補(bǔ)總黃酮可通過(guò)PDGF-BB/PDGFR-β軸促進(jìn)H型血管形成,從而增強(qiáng)牽張成骨過(guò)程中的成血管-成骨耦聯(lián),促進(jìn)骨折愈合。以上研究表明,PDGF-BB在促進(jìn)H型血管生成及成血管-成骨耦聯(lián)機(jī)制中發(fā)揮重要作用。

4.4 神經(jīng)軸突導(dǎo)向因子3

神經(jīng)軸突導(dǎo)向因子(slit guidance ligand 3,SLIT3)屬于SLIT家族,是一種結(jié)構(gòu)上高度保守的大分子分泌性糖蛋白,最早在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)現(xiàn),能夠調(diào)控神經(jīng)軸突的定向生長(zhǎng)[38]。SLIT3主要通過(guò)與靶細(xì)胞表面的受體ROBO(Roundabout)蛋白家族相互作用來(lái)發(fā)揮功能[39]。研究發(fā)現(xiàn),除神經(jīng)系統(tǒng)以外,SLIT3在腦、心臟、骨骼肌、臍靜脈等其他組織中也廣泛分布[40-41],并參與額外的生理功能,如血管生成等,是一種有效的促血管生成因子[42]。

Xu等[6]的研究顯示,SLIT3通過(guò)與其內(nèi)皮細(xì)胞上的受體ROBO1結(jié)合,直接靶向骨H型血管來(lái)間接促進(jìn)骨形成速率及骨量累積。在成骨細(xì)胞SHN3調(diào)節(jié)蛋白(成骨細(xì)胞活性抑制劑)特異性敲除的小鼠中發(fā)現(xiàn)SLIT3的表達(dá)增加,并表現(xiàn)出更好的骨形成和更高的H型血管表達(dá),同時(shí)觀察到骨折愈合加速,而通過(guò)外源性SLIT3的給藥也能夠增加小鼠H型血管的數(shù)量,促進(jìn)骨折愈合并防止骨丟失[43],表明成骨細(xì)胞來(lái)源的SLIT3能夠調(diào)節(jié)H型血管的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)骨再生。Kim等[44]的研究則發(fā)現(xiàn),破骨細(xì)胞分泌的SLIT3也能夠刺激成骨細(xì)胞募集和增殖進(jìn)入骨重塑位點(diǎn),增強(qiáng)成骨作用,敲除破骨細(xì)胞中的SLIT3會(huì)表現(xiàn)為H型血管減少,破骨細(xì)胞生成增多以及骨量降低。但與Kim研究結(jié)果相反,Li等[45]的研究結(jié)果顯示,破骨細(xì)胞并非SLIT3的主要生成來(lái)源,破骨細(xì)胞本身和其分化過(guò)程中并不產(chǎn)生SLIT3,且破骨細(xì)胞中SLIT3的條件性缺失對(duì)破骨細(xì)胞祖細(xì)胞的數(shù)量、體外破骨細(xì)胞分化、總骨量或骨吸收/形成沒(méi)有影響。以上研究表明,雖然SLIT3在骨中的來(lái)源尚存在爭(zhēng)議,但靶向SLIT3信號(hào)通路的確能夠調(diào)節(jié)H型血管生成,并促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)。

4.5 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是促進(jìn)血管生成的經(jīng)典因子,包含有VEGFA、B、C、D以及胎盤(pán)生長(zhǎng)因子(placenta growth factor,PLGF)等5種亞型,其中VEGFA型的成血管能力最強(qiáng),也是目前研究最為充分的亞型。VEGFA通過(guò)與VEGFR2受體結(jié)合,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移。在骨髓中,VEGF可由軟骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞以及免疫細(xì)胞等分泌,并受到HIF-1α、PDGF-BB、Noggin等多種細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控,在成血管-成骨耦聯(lián)機(jī)制中發(fā)揮重要作用。Chen等[19]的研究顯示,人參皂苷Rg1能夠促進(jìn)骨祖細(xì)胞分泌VEGF,激活Noggin/Notch通路,增加H型血管生成以及骨形成,并促進(jìn)血管生成和成骨的耦聯(lián)。Wei等[20]對(duì)大鼠脛骨骨折模型采用土鱉蟲(chóng)貼敷的方法治療,結(jié)果顯示該方法能夠通過(guò)激活VEGF/ERK1/2信號(hào)通路,增加脛骨骨痂處血管數(shù)量(CD31陽(yáng)性)和面積,促進(jìn)骨折愈合。以上研究均表明,VEGF在促進(jìn)H型血管形成以及成血管-成骨耦聯(lián)機(jī)制方面發(fā)揮重要作用。

4.6 干擾素基因刺激因子

干擾素基因刺激因子(the stimulator of interferon genes,STING)是先天免疫的關(guān)鍵因素之一,其主要功能是在檢測(cè)到細(xì)胞內(nèi)的DNA病毒感染或細(xì)胞內(nèi)DNA損傷時(shí),激活免疫反應(yīng)以保護(hù)機(jī)體免受感染和疾病的侵害。近年來(lái)多項(xiàng)研究表明STING與血管生成及骨形成之間存在關(guān)聯(lián)[46-48]。Chen等[21]的研究顯示,在STING激活后,炎癥反應(yīng)延長(zhǎng),H型血管生成減少,同時(shí)體內(nèi)骨愈合過(guò)程減緩,而STING的抑制劑H-151或C-176則能夠增強(qiáng)H型血管的形成,加速骨愈合。以上研究表明,適度抑制STING的激活可能是一種潛在的免疫療法,可以通過(guò)增強(qiáng)H型血管形成進(jìn)而促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián),促進(jìn)骨愈合。

4.7 其他可能的影響因素

除以上相關(guān)分子及信號(hào)通路外,還有一些因子或干預(yù)方式也被發(fā)現(xiàn)可能具有調(diào)控H型血管生成,促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的作用。Xu等[49]的研究顯示,低強(qiáng)度脈沖超聲(low-intensity pulsed ultrasound,LIPUS)能夠顯著增加脊柱融合過(guò)程中成骨細(xì)胞的數(shù)量,并伴有H型血管生成的增加。Bai等[23]的研究表明,低強(qiáng)度激光(low level laser therapy,LLLT)在促進(jìn)干細(xì)胞成骨分化和血管生成中起重要作用,能夠促進(jìn)H型血管和骨組織的形成,通過(guò)耦合血管生成和骨生成來(lái)增強(qiáng)骨修復(fù)和再生。此外,還有研究顯示,感覺(jué)神經(jīng)在血管生成和骨生成之間具有重要作用[50],其中感覺(jué)神經(jīng)蛋白信號(hào)素3A(Semaphorin3A,Sema3A)與H型血管密切相關(guān),Sema3A在骨形成區(qū)域高表達(dá),同時(shí)與H型血管在骨形成的整個(gè)過(guò)程中緊密共定位,且Sema3A的出現(xiàn)早于血管生成,表明H型血管的生成很可能受Sema3A的調(diào)控[51]。同時(shí)有研究證實(shí)通過(guò)在膠原支架中添加元素硅(Si)能夠刺激感覺(jué)神經(jīng)分泌Sema3A來(lái)促進(jìn)血管化骨再生[24]。除以上幾種因子和方式外,機(jī)械負(fù)荷[52]、RANKL-RANK信號(hào)通路[53]、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)[22]等也被發(fā)現(xiàn)具有調(diào)控H型血管生成和促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的作用,但以上干預(yù)方式仍有待進(jìn)一步研究以闡明其發(fā)揮作用的具體機(jī)制[54]。

5 小結(jié)與展望

綜上所述,自2014年H型血管首次被鑒定并發(fā)現(xiàn)在成血管-成骨耦聯(lián)中具有重要作用以來(lái),越來(lái)越多的骨科領(lǐng)域的學(xué)者們開(kāi)始研究其作用機(jī)制并挖掘能夠調(diào)控H型血管生成,促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的相關(guān)藥物及干預(yù)手段,從而為促進(jìn)骨折愈合提供新的思路和方法。隨著研究的不斷深入,HIF-1α、Notch、PDGF-BB等調(diào)控H型血管生成的信號(hào)通路和細(xì)胞因子作用機(jī)制已逐漸明確,相關(guān)藥物和治療方法也隨之研發(fā)。此外,除骨折領(lǐng)域外,H型血管的作用機(jī)制也被應(yīng)用于骨質(zhì)疏松、骨關(guān)節(jié)炎以及股骨頭壞死等骨科相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制和治療中進(jìn)行研究,通過(guò)調(diào)節(jié)H型血管的生成,可以?xún)?yōu)化骨組織的血供,促進(jìn)受損骨組織的修復(fù)和再生。這表明,H型血管深入研究有望為這些骨科疾病帶來(lái)新的治療策略,進(jìn)一步拓寬其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍。

然而,盡管我們對(duì)H型血管的作用有了更深的認(rèn)識(shí),在這個(gè)領(lǐng)域仍有許多的未知和挑戰(zhàn)。首先,血管生成和骨生成是一個(gè)多靶點(diǎn)多通路的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),目前關(guān)于促進(jìn)H型血管生成的研究多集中在單一靶點(diǎn)或通路,因此還需要進(jìn)行多靶點(diǎn)多通路的協(xié)同干預(yù)研究,從而實(shí)現(xiàn)骨折愈合的多方位調(diào)控,以期達(dá)到更好的治療效果。其次,對(duì)于各種信號(hào)通路和細(xì)胞因子影響H型血管生成的機(jī)制尚未完全明確,例如調(diào)控H型血管生成的SLIT3因子來(lái)源還存在爭(zhēng)議等,因此還需要通過(guò)更多的分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究來(lái)進(jìn)一步闡明。此外,目前針對(duì)H型血管促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的相關(guān)研究大多仍局限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn),未來(lái)將這些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的成果轉(zhuǎn)化到人類(lèi)患者,仍需開(kāi)展更多的臨床前研究,以評(píng)估其安全性和有效性。

隨著相關(guān)研究的不斷深入,對(duì)H型血管在骨折愈合過(guò)程中促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的機(jī)制將會(huì)進(jìn)一步明確,各種促進(jìn)H型血管生成的因子和通路之間的協(xié)同效應(yīng)以及它們?nèi)绾卧诠钦塾显纭⒅小⑼砥诓煌A段和不同環(huán)境(低氧、炎癥或機(jī)械壓力)中發(fā)揮作用,將為骨折愈合提供更為精確和個(gè)性化的治療策略。同時(shí),隨著生物材料和組織工程技術(shù)在骨折領(lǐng)域的快速發(fā)展,通過(guò)3D打印、硅化膠原支架、超臨界CO2發(fā)泡等技術(shù)制造的新型的支架材料,不僅能夠提供骨折部位所需的機(jī)械支持,同時(shí)有利于細(xì)胞粘附、增殖和遷移,并通過(guò)負(fù)載的藥物或生物活性因子調(diào)節(jié)血管生成和成骨。因此,將這些生物組織工程材料與H型血管的作用機(jī)制進(jìn)行結(jié)合,通過(guò)多學(xué)科交叉的創(chuàng)新方法研究骨折愈合和骨科疾病治療,將會(huì)為骨科疾病的治療提供新的思路。

總之,隨著未來(lái)學(xué)者們對(duì)H型血管作用機(jī)制的深入探索和理解,各種調(diào)控H型血管生成以促進(jìn)成血管-成骨耦聯(lián)的藥物和治療策略的研發(fā),將有望成為臨床促進(jìn)骨折愈合的一個(gè)重要方向。