引用本文： 马金辉, 任岩松, 王佰亮, 孙伟, 岳德波, 王卫国. H亚型血管在股骨头坏死中的作用机制研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2021, 35(11): 1486-1491. doi: 10.7507/1002-1892.202103159 复制
股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是不同病因引起股骨头组织细胞（骨细胞、骨髓造血细胞和脂肪细胞）死亡的病理过程，主要临床症状包括髋关节疼痛、功能障碍[1]。目前，ONFH 确切发病机制尚不清楚，相关病理学假说较多，包括脂质代谢异常或脂肪栓塞、骨细胞死亡、机械应力负荷增加、骨内压升高以及骨重塑失衡[2-3]，各种学假说均认为股骨头内特定部位血供受损是导致 ONFH 的最终病理原因。
骨内微血管内皮细胞（bone microvascular endothelial cells，BMECs）是一个高活性的内分泌器官，其构成单层结构贴附于骨内壁，形成骨内微血管。BMECs 与骨内的成骨细胞、破骨细胞及其他细胞共同构成一个网络，接受、整合外界信号，然后进一步释放、刺激网络中的其他信号，发挥调节细胞膜物质转运及摄取、调节凝血及纤溶、合成和分泌血管活性物质，以及参与炎症及免疫反应、血管生成、促进成骨等作用[4-5]。多项研究表明激素性 ONFH 与 BMECs 损伤密切相关，BMECs 功能损害可导致异常的凝血机制及微血栓形成，使血管闭塞，所支配区域骨细胞及骨髓坏死[4-5]。H 亚型血管是最新发现的一种骨内微血管，除具有上述作用外，还具有一定内分泌功能，为骨祖细胞和成骨细胞的生存提供了微环境，能够促进成骨[6-7]，为骨坏死基础与临床研究提供了新思路。本文将围绕 H 亚型血管与 ONFH 关系的研究进行综述，以期为 ONFH 的机制研究和治疗提供参考。
1 H 亚型血管的组织学特点
2014 年 Kusumbe 等[6]和 Ramasamy 等[7]在 Nature 发表了两篇文章，他们在小鼠胫骨中发现了两种特殊亚型血管，具有不同的形态、分子和功能特性。这些血管位于特定位置，能够调节骨内血管生成和骨形成，产生不同的代谢和分子微环境，维持血管周围骨祖细胞的分化与增殖，使得骨形成与血管生成能协同进行。两种特殊亚型血管根据其内皮细胞表面抗体表达差异，被分别命名为 H 亚型血管和 L 亚型血管。H 亚型血管主要分布于干骺端和骨内膜，表现为两种内皮细胞标记抗体 CD31、内皮黏蛋白（endomucin）强阳性；L 亚型血管主要分布于骨干区，两种内皮细胞标记抗体（CD31、endomucin）表达呈弱阳性或阴性[6-7]。H 亚型血管可分泌与骨祖细胞存活和增殖相关的生长因子，周围聚集大量 Osterix 阳性骨祖细胞、Ⅰ 型 α 胶原蛋白阳性成骨细胞和 Runx2 阳性早期骨祖细胞，这些细胞能分泌 VEGF 促进血管生成，从而促进骨骼系统的血管生成和骨形成。研究发现敲除小鼠 H 亚型血管相关基因后，H 亚型血管明显减少，同时伴随骨形成减少、骨密度降低；L 型血管周围几乎没有骨祖细胞分布；同时，随着年龄增长，H 亚型血管显著减少，但 L 亚型血管数量无明显改变[6-8]（表 1）。Wang 等[8]对来源于不同骨密度患者的骨组织进行免疫荧光染色观察，发现相对于非骨质疏松组（T 值≥−1.0），骨质疏松组（T 值−2.5～−1.0）和骨量缺乏组（T 值≤−2.5）的 H 亚型血管面积明显减小，差异有统计学意义（P<0.0001）。卢键森等[9]研究发现小鼠膝关节骨关节炎模型的关节软骨下骨中 H 亚型血管增多，主要集中在骨小梁周围，能够促进软骨下骨增生及重塑。Gao 等[10]从人工全髋关节置换术患者的股骨头中分离培养了 H 亚型血管，证明人股骨头内存在 H 亚型血管，为后续 ONFH 研究奠定基础。
表1
H 亚型与 L 亚型血管特点的比较
Table1.
Comparison of characteristics between subtypes H and L vessels
2 H 亚型血管促进成骨的作用机制
在骨组织修复过程中，成骨细胞、破骨细胞和 BMECs 之间通过信号分子联系在一起，相互影响。成骨和成血管之间存在紧密的时间和空间联系，被称为“成骨和成血管偶联”[6-7, 11-12]，H 亚型血管在成骨和成血管偶联中具有重要作用。破骨细胞、成骨细胞、软骨细胞和骨血管内皮细胞可分泌相关因子，如 PDGF-BB 和裂隙引导配体 3（slit guidance ligand 3，SLIT3），诱导骨血管内皮细胞增殖、血管组装和稳定[13-14]。骨血管内皮细胞可以分泌缺氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）和 VEGF 或者通过 Notch 信号通路促进血管组装和稳定以及骨形成。见图 1。
图1
H 亚型血管生成与骨形成的偶联机制
Figure1.
The mechanism of subtype H vessel formation and osteogenesis coupling
2.1 HIF-1α
Kusumbe 等[6]指出血管内皮细胞内 HIF-1α 能促进 H 亚型血管形成，在调控成骨和成血管偶联中具有重要作用。幼年（4 周龄）小鼠体内 H 亚型血管高表达 HIF-1α，随着年龄增长表达逐渐降低，并且 H 亚型血管减少和年龄依赖性骨丢失有关。激活血管内皮细胞中缺氧信号会导致 H 亚型血管增加，进而增强软骨内血管生成和骨形成。Pugh 等[15]通过建立 HIF-1α 功能缺失小鼠模型来观察 HIF-1α 在骨特殊类型内皮细胞中的作用。结果显示，与 HIF-1α 功能完整小鼠相比，HIF-1α 功能缺失小鼠干骺端和骨内膜中的 H 亚型血管明显减少，骨干部 L 亚型血管数量无明显变化，干骺端区域骨祖细胞和骨生成标记物 ALP 水平也显著降低。此外，Jones 等[16]使用 HIF-1α 增强剂处理小鼠长骨，结果发现 H 亚型血管数量、成血管相关的 Osterix 阳性细胞数量、骨祖细胞和成骨细胞标记物表达水平均显著提高；而且 micro-CT 检查示长骨骨量明显增加。上述结果表明，H 亚型血管数量增加、骨血管生成和骨形成与 HIF-1α 水平成正相关，HIF-1α 能够调控动物体内新生血管生成和骨形成。
2.2 Notch 信号通路
H 亚型血管内的 Notch 信号通路在介导成骨和成血管偶联中起到关键作用[7]。阻断鼠血管内皮细胞 Notch 信号通路不仅损害骨内血管的形态和生长，还会出现长骨短缩、软骨缺损、骨小梁减少和骨量丢失等成骨低下表现。Notch 信号通路可受血流调控，H 亚型血管管径小、血流量大，可激活 Notch 信号通路，而血流量减小则会抑制 Notch 信号通路[17]。H 亚型血管内皮细胞在激活的 Notch 信号通路作用下出现细胞增殖和高表达 Noggin 蛋白，Noggin 蛋白可促进成骨祖细胞的增殖、分化和软骨细胞的成熟、肥大，成熟肥大的软骨细胞通过高分泌 VEGF 引导血管出芽，促进血管新生，内皮细胞在 Notch 信号通路和 Noggin、VEGF 共同作用下使成骨和成血管过程联系在一起。以上结果说明小鼠骨组织中的 H 亚型血管在介导血管生长、维持血管周围骨祖细胞数量和促进成骨方面起着重要作用。
2.3 PDGF-BB
PDGF-BB 是 PDGF 家族中一种趋化和有丝分裂因子，能够促进内皮祖细胞和 BMSCs 等多种 MSCs 的迁移、增殖和分化，在促进血管生成和骨形成过程中起关键作用[18-20]。Xie 等[13]指出破骨细胞前体细胞分泌的 PDGF-BB 在促进骨形成同时可诱导 H 亚型血管新生。抗酒石酸酸性磷酸酶阳性细胞系中 PDGF-BB 缺失的小鼠表现为皮质骨与松质骨骨密度均显著降低，血清及骨髓内 PDGF-BB 浓度降低，H 亚型血管数量也明显减少。另外，与假手术组相比，双侧卵巢切除的骨质疏松小鼠模型其血清及骨髓内 PDGF-BB 浓度降低，H 亚型血管也减少。抑制组织蛋白酶 K 的表达会增加骨质疏松小鼠模型破骨细胞前体细胞数量，进而导致 PDGF-BB 分泌增加，刺激 H 亚型血管形成和骨形成。PDGF-BB 可以诱导 MSCs 和内皮祖细胞的增殖、迁移和成血管[10, 20]。同时，MSCs 可以分泌 VEGF 等血管形成因子来促进 H 亚型血管内皮细胞形成新生血管[21-23]。PDGF-BB 可以调动 MSCs，稳定新形成的血管，并协调细胞成分用于促进成骨细胞分化[24]。
2.4 SLIT3
SLIT3 是中枢神经系统最初识别的 3 种裂隙配体之一[25]，除在神经系统表达外还存在于其他组织，主要参与血管形成和干细胞介导等生理功能[26-27]。研究表明，SLIT3 可以促进 H 亚型血管的形成和骨形成[14, 28]。Xu 等[14]发现成骨细胞来源的 SLIT3 作为促血管生成因子可以间接增加 H 亚型血管数量，从而促进骨形成。在多个成骨细胞谱系细胞（骨桥素、骨钙素和牙本质基质酸性磷蛋白 1 表达细胞）中，SLIT3 基因缺失会导致骨骼中 H 亚型血管减少，成骨细胞活性降低，骨形成减弱，提示 H 亚型血管数量和骨形成之间密切相关。在此基础上，该研究建立 5 周龄雄性小鼠的开放性股骨中段骨折模型，每周 2 次静脉注射重组 SLIT3，治疗 21 d 后 micro-CT 和组织学观察显示小鼠骨折愈合增强，进一步证实成骨细胞来源的 SLIT3 是调控 H 亚型血管和骨形成的重要因素[14]。外源性 SLIT3 能够通过增加 H 亚型血管形成，促进绝经后骨质疏松小鼠骨折愈合、预防骨丢失。小鼠体内表达组织蛋白酶 K 的细胞中，SLIT3 缺失与 H 亚型血管明显减少、骨量低显著相关[28]。这些研究表明 SLIT3 可作为一种有效的调节因子诱导 H 亚型血管形成以及骨形成。
3 H 亚型血管与激素性 ONFH
由于血管压力升高、低氧、缺乏生长因子等原因，ONFH 患者骨组织坏死后血管再生能力较弱，进而导致新骨形成能力降低，股骨头机械强度减弱，进一步发展引起股骨头塌陷[29-30]，最终需要进行关节置换。股骨头微循环障碍是导致 ONFH 的最终原因已达成共识，因此修复重建股骨头血供是治疗 ONFH 的关键。
3.1 糖皮质激素对骨组织内 H 亚型血管的影响
长期大剂量服用糖皮质激素可导致 ONFH。Lane 等[31]的研究显示，糖皮质激素处理组（喂食 4 mg/L 地塞米松）小鼠股骨远端干骺端 H 亚型血管数量与正常对照组和治疗组相比显著减少，股骨头内破骨细胞增加、成骨细胞减少、HIF-1α 和 VEGF 表达降低，而 HIF-1α 表达降低进一步导致 H 亚型血管数量减少。同时，有研究发现接受产前糖皮质激素治疗的小鼠，其股骨远端干骺端中破骨细胞前体细胞数量及其分泌的 PDGF-BB 均显著减少，导致小鼠后代中 H 亚型血管和骨矿化减少，分析机制是该治疗抑制了 zeste 基因增强子同源物 2 的表达，从而抑制破骨细胞成熟分化，导致 PDGF-BB 合成障碍，进而阻碍 H 亚型血管生成和骨形成[32]。此外，高剂量强的松龙可抑制 NF-κB 的 P65 亚基与 PDGF-BB 启动子相结合，导致 PDGF-BB 转录降低，进而抑制 H 亚型血管生成和骨形成[33]。上述研究表明 H 亚型血管是参与激素性 ONFH 发生的可能机制之一。
3.2 H 亚型血管生成改善 ONFH
有研究指出骨坏死早期 HIF-1α 和 VEGF 表达降低，可能导致骨组织内血管数量降低[34-35]。Lane 等[31]的研究中，糖皮质激素处理组小鼠骨坏死发生率为 36%，相比于正常对照组，小鼠 CD31 和 endomucin 表达阳性的 H 亚型血管数量显著下降；而糖皮质激素处理小鼠模型经 LLP2A-阿仑膦酸钠（一种引导内源性或外源性 MSCs 进入骨骼的骨靶向药物）或重组人甲状旁腺激素治疗后，CD31 和 endomucin 表达阳性的 H 亚型血管数量显著升高、股骨头内骨量增多，骨小梁丰富区域的微结构强度和血运水平更高[31]。体外研究显示 HIF-1α 能诱导 BMSCs 成骨基因表达，加强 BMSCs 成骨分化能力以及增加 VEGF 的分泌。VEGF 能够诱导血管内皮细胞生长、抑制其凋亡，同时可以促进血管内皮祖细胞迁移和血管生成[36]。Ding 等[37]的研究建立兔早期激素性 ONFH 模型，然后分离培养兔 BMSCs，并利用 HIF-1α 对 BMSCs 进行基因转染，最后行双侧股骨头髓芯减压术，将 HIF-1α 转染的 BMSCs 移植到股骨头内。结果显示 HIF-1α 转染的 BMSCs 能改善兔激素性 ONFH 骨坏死区域的成骨和成血管能力，促进骨坏死修复；同时，HIF-1α 能够增加 bFGF、血管生成素 1、基质细胞衍生因子 1 等成血管因子的表达[38-40]，这些因素共同协作促进 ONFH 骨坏死区域的新生血管形成。HIF-1α 作为 H 亚型血管形成刺激因子[41-43]，转染的 BMSCs 能够在体内分化为成骨细胞；VEGF 可以促进成骨细胞分化、增殖，刺激成骨细胞的趋化迁移。因此，这些因素共同作用促进坏死区新骨形成。
3.3 H 亚型血管生成促进骨再生
研究表明，麦冬皂苷 D 能刺激 CD31 和 endomucin 表达阳性的 H 亚型血管形成，进而促进骨缺损部位骨再生，加速骨愈合[44]。荷叶碱可以通过抑制 MAPK 和 NF-κB 信号通路来保护抗酒石酸酸性磷酸酶阳性的破骨细胞前体细胞，从而减少多核破骨细胞的形成、抑制破骨吸收，促进 H 亚型血管的形成，可能用于治疗骨质丢失疾病 [45]。体内研究显示去铁胺可增加 H 亚型血管形成促进因子 HIF-1α 和 VEGF 的表达，恢复地塞米松诱导的 HIF-1α 表达下调和血管生成抑制，促进激素性 ONFH 鼠模型体内血管生成和骨形成[46]。以上研究表明，通过药物促进 H 亚型血管生成能够抑制破骨和促进骨形成，为 ONFH 的治疗提供了一种新思路。
4 总结与展望
H 亚型血管是一种新发现的骨内血管，在骨组织修复和重塑过程中对血管生成和骨形成起着重要调节作用。H 亚型血管的发现揭示了血管生成和骨形成之间协同作用的分子与细胞机制。今后需要基于人体 ONFH 标本和动物模型来明确 H 亚型血管在 ONFH 的坏死区、硬化区、正常区分布情况；同时，需要进一步研究糖皮质激素引起 H 亚型血管数量减少的分子机制，研究相应的干预措施来维持 ONFH 中 H 亚型血管数量和功能，为协同促进血管生成和骨形成的新治疗策略奠定基础。
作者贡献：马金辉撰写文章；任岩松参与文献收集、整理；王佰亮、孙伟对综述构思、观点形成及文章撰写提供指导；岳德波、王卫国对文章进行审阅、修改。
利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。经费支持没有影响文章观点及其报道。
股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是不同病因引起股骨头组织细胞（骨细胞、骨髓造血细胞和脂肪细胞）死亡的病理过程，主要临床症状包括髋关节疼痛、功能障碍[1]。目前，ONFH 确切发病机制尚不清楚，相关病理学假说较多，包括脂质代谢异常或脂肪栓塞、骨细胞死亡、机械应力负荷增加、骨内压升高以及骨重塑失衡[2-3]，各种学假说均认为股骨头内特定部位血供受损是导致 ONFH 的最终病理原因。
骨内微血管内皮细胞（bone microvascular endothelial cells，BMECs）是一个高活性的内分泌器官，其构成单层结构贴附于骨内壁，形成骨内微血管。BMECs 与骨内的成骨细胞、破骨细胞及其他细胞共同构成一个网络，接受、整合外界信号，然后进一步释放、刺激网络中的其他信号，发挥调节细胞膜物质转运及摄取、调节凝血及纤溶、合成和分泌血管活性物质，以及参与炎症及免疫反应、血管生成、促进成骨等作用[4-5]。多项研究表明激素性 ONFH 与 BMECs 损伤密切相关，BMECs 功能损害可导致异常的凝血机制及微血栓形成，使血管闭塞，所支配区域骨细胞及骨髓坏死[4-5]。H 亚型血管是最新发现的一种骨内微血管，除具有上述作用外，还具有一定内分泌功能，为骨祖细胞和成骨细胞的生存提供了微环境，能够促进成骨[6-7]，为骨坏死基础与临床研究提供了新思路。本文将围绕 H 亚型血管与 ONFH 关系的研究进行综述，以期为 ONFH 的机制研究和治疗提供参考。
1 H 亚型血管的组织学特点
2014 年 Kusumbe 等[6]和 Ramasamy 等[7]在 Nature 发表了两篇文章，他们在小鼠胫骨中发现了两种特殊亚型血管，具有不同的形态、分子和功能特性。这些血管位于特定位置，能够调节骨内血管生成和骨形成，产生不同的代谢和分子微环境，维持血管周围骨祖细胞的分化与增殖，使得骨形成与血管生成能协同进行。两种特殊亚型血管根据其内皮细胞表面抗体表达差异，被分别命名为 H 亚型血管和 L 亚型血管。H 亚型血管主要分布于干骺端和骨内膜，表现为两种内皮细胞标记抗体 CD31、内皮黏蛋白（endomucin）强阳性；L 亚型血管主要分布于骨干区，两种内皮细胞标记抗体（CD31、endomucin）表达呈弱阳性或阴性[6-7]。H 亚型血管可分泌与骨祖细胞存活和增殖相关的生长因子，周围聚集大量 Osterix 阳性骨祖细胞、Ⅰ 型 α 胶原蛋白阳性成骨细胞和 Runx2 阳性早期骨祖细胞，这些细胞能分泌 VEGF 促进血管生成，从而促进骨骼系统的血管生成和骨形成。研究发现敲除小鼠 H 亚型血管相关基因后，H 亚型血管明显减少，同时伴随骨形成减少、骨密度降低；L 型血管周围几乎没有骨祖细胞分布；同时，随着年龄增长，H 亚型血管显著减少，但 L 亚型血管数量无明显改变[6-8]（表 1）。Wang 等[8]对来源于不同骨密度患者的骨组织进行免疫荧光染色观察，发现相对于非骨质疏松组（T 值≥−1.0），骨质疏松组（T 值−2.5～−1.0）和骨量缺乏组（T 值≤−2.5）的 H 亚型血管面积明显减小，差异有统计学意义（P<0.0001）。卢键森等[9]研究发现小鼠膝关节骨关节炎模型的关节软骨下骨中 H 亚型血管增多，主要集中在骨小梁周围，能够促进软骨下骨增生及重塑。Gao 等[10]从人工全髋关节置换术患者的股骨头中分离培养了 H 亚型血管，证明人股骨头内存在 H 亚型血管，为后续 ONFH 研究奠定基础。
表1
H 亚型与 L 亚型血管特点的比较
Table1.
Comparison of characteristics between subtypes H and L vessels
2 H 亚型血管促进成骨的作用机制
在骨组织修复过程中，成骨细胞、破骨细胞和 BMECs 之间通过信号分子联系在一起，相互影响。成骨和成血管之间存在紧密的时间和空间联系，被称为“成骨和成血管偶联”[6-7, 11-12]，H 亚型血管在成骨和成血管偶联中具有重要作用。破骨细胞、成骨细胞、软骨细胞和骨血管内皮细胞可分泌相关因子，如 PDGF-BB 和裂隙引导配体 3（slit guidance ligand 3，SLIT3），诱导骨血管内皮细胞增殖、血管组装和稳定[13-14]。骨血管内皮细胞可以分泌缺氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）和 VEGF 或者通过 Notch 信号通路促进血管组装和稳定以及骨形成。见图 1。
图1
H 亚型血管生成与骨形成的偶联机制
Figure1.
The mechanism of subtype H vessel formation and osteogenesis coupling
2.1 HIF-1α
Kusumbe 等[6]指出血管内皮细胞内 HIF-1α 能促进 H 亚型血管形成，在调控成骨和成血管偶联中具有重要作用。幼年（4 周龄）小鼠体内 H 亚型血管高表达 HIF-1α，随着年龄增长表达逐渐降低，并且 H 亚型血管减少和年龄依赖性骨丢失有关。激活血管内皮细胞中缺氧信号会导致 H 亚型血管增加，进而增强软骨内血管生成和骨形成。Pugh 等[15]通过建立 HIF-1α 功能缺失小鼠模型来观察 HIF-1α 在骨特殊类型内皮细胞中的作用。结果显示，与 HIF-1α 功能完整小鼠相比，HIF-1α 功能缺失小鼠干骺端和骨内膜中的 H 亚型血管明显减少，骨干部 L 亚型血管数量无明显变化，干骺端区域骨祖细胞和骨生成标记物 ALP 水平也显著降低。此外，Jones 等[16]使用 HIF-1α 增强剂处理小鼠长骨，结果发现 H 亚型血管数量、成血管相关的 Osterix 阳性细胞数量、骨祖细胞和成骨细胞标记物表达水平均显著提高；而且 micro-CT 检查示长骨骨量明显增加。上述结果表明，H 亚型血管数量增加、骨血管生成和骨形成与 HIF-1α 水平成正相关，HIF-1α 能够调控动物体内新生血管生成和骨形成。
2.2 Notch 信号通路
H 亚型血管内的 Notch 信号通路在介导成骨和成血管偶联中起到关键作用[7]。阻断鼠血管内皮细胞 Notch 信号通路不仅损害骨内血管的形态和生长，还会出现长骨短缩、软骨缺损、骨小梁减少和骨量丢失等成骨低下表现。Notch 信号通路可受血流调控，H 亚型血管管径小、血流量大，可激活 Notch 信号通路，而血流量减小则会抑制 Notch 信号通路[17]。H 亚型血管内皮细胞在激活的 Notch 信号通路作用下出现细胞增殖和高表达 Noggin 蛋白，Noggin 蛋白可促进成骨祖细胞的增殖、分化和软骨细胞的成熟、肥大，成熟肥大的软骨细胞通过高分泌 VEGF 引导血管出芽，促进血管新生，内皮细胞在 Notch 信号通路和 Noggin、VEGF 共同作用下使成骨和成血管过程联系在一起。以上结果说明小鼠骨组织中的 H 亚型血管在介导血管生长、维持血管周围骨祖细胞数量和促进成骨方面起着重要作用。
2.3 PDGF-BB
PDGF-BB 是 PDGF 家族中一种趋化和有丝分裂因子，能够促进内皮祖细胞和 BMSCs 等多种 MSCs 的迁移、增殖和分化，在促进血管生成和骨形成过程中起关键作用[18-20]。Xie 等[13]指出破骨细胞前体细胞分泌的 PDGF-BB 在促进骨形成同时可诱导 H 亚型血管新生。抗酒石酸酸性磷酸酶阳性细胞系中 PDGF-BB 缺失的小鼠表现为皮质骨与松质骨骨密度均显著降低，血清及骨髓内 PDGF-BB 浓度降低，H 亚型血管数量也明显减少。另外，与假手术组相比，双侧卵巢切除的骨质疏松小鼠模型其血清及骨髓内 PDGF-BB 浓度降低，H 亚型血管也减少。抑制组织蛋白酶 K 的表达会增加骨质疏松小鼠模型破骨细胞前体细胞数量，进而导致 PDGF-BB 分泌增加，刺激 H 亚型血管形成和骨形成。PDGF-BB 可以诱导 MSCs 和内皮祖细胞的增殖、迁移和成血管[10, 20]。同时，MSCs 可以分泌 VEGF 等血管形成因子来促进 H 亚型血管内皮细胞形成新生血管[21-23]。PDGF-BB 可以调动 MSCs，稳定新形成的血管，并协调细胞成分用于促进成骨细胞分化[24]。
2.4 SLIT3
SLIT3 是中枢神经系统最初识别的 3 种裂隙配体之一[25]，除在神经系统表达外还存在于其他组织，主要参与血管形成和干细胞介导等生理功能[26-27]。研究表明，SLIT3 可以促进 H 亚型血管的形成和骨形成[14, 28]。Xu 等[14]发现成骨细胞来源的 SLIT3 作为促血管生成因子可以间接增加 H 亚型血管数量，从而促进骨形成。在多个成骨细胞谱系细胞（骨桥素、骨钙素和牙本质基质酸性磷蛋白 1 表达细胞）中，SLIT3 基因缺失会导致骨骼中 H 亚型血管减少，成骨细胞活性降低，骨形成减弱，提示 H 亚型血管数量和骨形成之间密切相关。在此基础上，该研究建立 5 周龄雄性小鼠的开放性股骨中段骨折模型，每周 2 次静脉注射重组 SLIT3，治疗 21 d 后 micro-CT 和组织学观察显示小鼠骨折愈合增强，进一步证实成骨细胞来源的 SLIT3 是调控 H 亚型血管和骨形成的重要因素[14]。外源性 SLIT3 能够通过增加 H 亚型血管形成，促进绝经后骨质疏松小鼠骨折愈合、预防骨丢失。小鼠体内表达组织蛋白酶 K 的细胞中，SLIT3 缺失与 H 亚型血管明显减少、骨量低显著相关[28]。这些研究表明 SLIT3 可作为一种有效的调节因子诱导 H 亚型血管形成以及骨形成。
3 H 亚型血管与激素性 ONFH
由于血管压力升高、低氧、缺乏生长因子等原因，ONFH 患者骨组织坏死后血管再生能力较弱，进而导致新骨形成能力降低，股骨头机械强度减弱，进一步发展引起股骨头塌陷[29-30]，最终需要进行关节置换。股骨头微循环障碍是导致 ONFH 的最终原因已达成共识，因此修复重建股骨头血供是治疗 ONFH 的关键。
3.1 糖皮质激素对骨组织内 H 亚型血管的影响
长期大剂量服用糖皮质激素可导致 ONFH。Lane 等[31]的研究显示，糖皮质激素处理组（喂食 4 mg/L 地塞米松）小鼠股骨远端干骺端 H 亚型血管数量与正常对照组和治疗组相比显著减少，股骨头内破骨细胞增加、成骨细胞减少、HIF-1α 和 VEGF 表达降低，而 HIF-1α 表达降低进一步导致 H 亚型血管数量减少。同时，有研究发现接受产前糖皮质激素治疗的小鼠，其股骨远端干骺端中破骨细胞前体细胞数量及其分泌的 PDGF-BB 均显著减少，导致小鼠后代中 H 亚型血管和骨矿化减少，分析机制是该治疗抑制了 zeste 基因增强子同源物 2 的表达，从而抑制破骨细胞成熟分化，导致 PDGF-BB 合成障碍，进而阻碍 H 亚型血管生成和骨形成[32]。此外，高剂量强的松龙可抑制 NF-κB 的 P65 亚基与 PDGF-BB 启动子相结合，导致 PDGF-BB 转录降低，进而抑制 H 亚型血管生成和骨形成[33]。上述研究表明 H 亚型血管是参与激素性 ONFH 发生的可能机制之一。
3.2 H 亚型血管生成改善 ONFH
有研究指出骨坏死早期 HIF-1α 和 VEGF 表达降低，可能导致骨组织内血管数量降低[34-35]。Lane 等[31]的研究中，糖皮质激素处理组小鼠骨坏死发生率为 36%，相比于正常对照组，小鼠 CD31 和 endomucin 表达阳性的 H 亚型血管数量显著下降；而糖皮质激素处理小鼠模型经 LLP2A-阿仑膦酸钠（一种引导内源性或外源性 MSCs 进入骨骼的骨靶向药物）或重组人甲状旁腺激素治疗后，CD31 和 endomucin 表达阳性的 H 亚型血管数量显著升高、股骨头内骨量增多，骨小梁丰富区域的微结构强度和血运水平更高[31]。体外研究显示 HIF-1α 能诱导 BMSCs 成骨基因表达，加强 BMSCs 成骨分化能力以及增加 VEGF 的分泌。VEGF 能够诱导血管内皮细胞生长、抑制其凋亡，同时可以促进血管内皮祖细胞迁移和血管生成[36]。Ding 等[37]的研究建立兔早期激素性 ONFH 模型，然后分离培养兔 BMSCs，并利用 HIF-1α 对 BMSCs 进行基因转染，最后行双侧股骨头髓芯减压术，将 HIF-1α 转染的 BMSCs 移植到股骨头内。结果显示 HIF-1α 转染的 BMSCs 能改善兔激素性 ONFH 骨坏死区域的成骨和成血管能力，促进骨坏死修复；同时，HIF-1α 能够增加 bFGF、血管生成素 1、基质细胞衍生因子 1 等成血管因子的表达[38-40]，这些因素共同协作促进 ONFH 骨坏死区域的新生血管形成。HIF-1α 作为 H 亚型血管形成刺激因子[41-43]，转染的 BMSCs 能够在体内分化为成骨细胞；VEGF 可以促进成骨细胞分化、增殖，刺激成骨细胞的趋化迁移。因此，这些因素共同作用促进坏死区新骨形成。
3.3 H 亚型血管生成促进骨再生
研究表明，麦冬皂苷 D 能刺激 CD31 和 endomucin 表达阳性的 H 亚型血管形成，进而促进骨缺损部位骨再生，加速骨愈合[44]。荷叶碱可以通过抑制 MAPK 和 NF-κB 信号通路来保护抗酒石酸酸性磷酸酶阳性的破骨细胞前体细胞，从而减少多核破骨细胞的形成、抑制破骨吸收，促进 H 亚型血管的形成，可能用于治疗骨质丢失疾病 [45]。体内研究显示去铁胺可增加 H 亚型血管形成促进因子 HIF-1α 和 VEGF 的表达，恢复地塞米松诱导的 HIF-1α 表达下调和血管生成抑制，促进激素性 ONFH 鼠模型体内血管生成和骨形成[46]。以上研究表明，通过药物促进 H 亚型血管生成能够抑制破骨和促进骨形成，为 ONFH 的治疗提供了一种新思路。
4 总结与展望
H 亚型血管是一种新发现的骨内血管，在骨组织修复和重塑过程中对血管生成和骨形成起着重要调节作用。H 亚型血管的发现揭示了血管生成和骨形成之间协同作用的分子与细胞机制。今后需要基于人体 ONFH 标本和动物模型来明确 H 亚型血管在 ONFH 的坏死区、硬化区、正常区分布情况；同时，需要进一步研究糖皮质激素引起 H 亚型血管数量减少的分子机制，研究相应的干预措施来维持 ONFH 中 H 亚型血管数量和功能，为协同促进血管生成和骨形成的新治疗策略奠定基础。
作者贡献：马金辉撰写文章；任岩松参与文献收集、整理；王佰亮、孙伟对综述构思、观点形成及文章撰写提供指导；岳德波、王卫国对文章进行审阅、修改。
利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。经费支持没有影响文章观点及其报道。
