作者：甘肃中医药大学附属医院运动医学科
骨再生形式主要包括膜内成骨和软骨内成骨两种基本形式，其中软骨内成骨在骨再生进程中占据关键性地位。软骨内成骨主要是由间充质干细胞（MSCs）形成原始软骨骨架，同时分化出大量软骨细胞，后期经历软骨基质钙化、血管侵袭、软骨细胞凋亡，最终被新形成的骨组织替代。膜内成骨多见于颌骨、顶骨、面骨、锁骨等，主要发生于间充质凝集区，MSCs直接分化为成骨细胞，沉积骨基质形成骨组织。骨是高度血管化的组织，在骨生成过程中血管至关重要，不仅为骨组织供氧，还输送营养物质等，所以骨生成与血管形成紧密相连。研究发现骨组织中存在一类特征性微血管亚群—H型血管，相较于其他血管类型，H型血管主要富集于骨生长板、骨膜下等成骨活跃区域及
BMSC-Exos与H型血管的生物学特性及其促进骨再生的作用
BMSC-Exos因其重要的生物学功能和治疗潜力受到广泛关注，其作为天然的生物活性分子载体，可以负载核酸、蛋白质、脂质及代谢物等多种生物活性物质，经由配体与受体相互作用、膜融合、内吞等途径实现细胞间的信息交流，广泛参与免疫应答、信号转导、抗原呈递等关键生理过程，进而在细胞通讯、组织修复以及免疫调节等生物学进程中发挥着重要作用。H型血管是Kusumbe等发现的2种亚型微血管中的一类，这两种微血管是根据内皮黏蛋白和血小板内皮细胞粘附分子-1（CD31/PECAM-1）表达水平的高低进行区别，其中高表达CD31与内皮黏蛋白的微血管被命名为H型血管，这两种分子低表达则被称作L型血管。H型血管的主要功能包括维持成骨微环境、促进骨形成、保持骨稳态等，而BMSCExos可以通过促进H型血管新生显著改善骨组织的血液灌注和营养供应，为骨再生创造有利条件；BM⁃SC-Exos可直接作用于骨髓间充质干细胞、成骨细胞等靶细胞，通过递送生物活性分子调控其增殖、分化和功能，间接影响骨再生进程。值得注意的是，H型血管不仅承担着运输氧气、营养物质和代谢废物的基础功能，其内皮细胞还能主动分泌多种细胞因子（如BMPs、PDGF-BB、Noggin等），直接作用于邻近的成骨细胞前体细胞和成骨细胞，促进其分化与活性。此外，H型血管与免疫细胞（如巨噬细胞）存在密切关联，共同参与塑造骨组织的免疫微环境，维持骨免疫稳态。BMSC-Exos可以通过调节H型血管的功能和免疫微环境，发挥间接促进骨再生的作用。
BMSC-Exos调控H型血管促进骨再生的分子机制
BMSC-Exos调控H型血管生成 BMSC-Exos作为天然的生物活性载体，其脂质双分子层结构能有效保护其运载的生物活性分子miRNAs避免被降解，而miRNAs是调控H型血管生成的关键分子。许多研究结果显示BMSC-Exos递送miR-21可靶向抑制内皮细胞中磷酸酶
BMSC-Exos调控H型血管介导成血管-成骨偶联机制 骨再生期间巨噬细胞和非吸收性破骨细胞谱系细胞分泌PDGF-BB，PDGF-BB通过吸引内皮细胞与成骨细胞前体细胞向特定区域聚集，协同推进血管生成与成骨分化的偶联进程，定义为成血管-成骨偶联。H型血管的发现拓展了这一机制的内涵，其高内皮细胞特异性标志物的表达特征不仅强化了血管生成与骨形成的时空关联性，而且通过分泌VEGF等细胞因子构建了血管-骨组织交互调控的网络。鉴于此，BMSC-Exos可通过携带miRNAs、生长因子等生物活性分子以多重间接途径调控H型血管介导的成血管-成骨偶联过程，进而影响骨再生过程。
VEGF信号轴双向调控 VEGF作为一种广泛存在且高度表达的二聚体分子，主要通过与细胞表面的受体酪氨酸激酶（RTKs）特异性结合来启动信号转导。一旦结合，该信号能够促使内皮细胞发生增殖、迁移以及存活等一系列活动，同时改变血管的通透性，最终协同调控血管生成过程。VEGF是成血管-成骨偶联的核心驱动因子，对于骨生长有促进作用，其作用于软骨细胞可以分泌VEGF，而VEGF又可以促进包括H型血管在内的微血管生成，可见VEGF在成血管-成骨偶联中具有重要作用，此外BMSCExos表面携带膜结合型VEGF-A可直接激活内皮细胞VEGFR2触发ERK1/2和MAPK通路，诱导H型血管形成，进一步验证了VEGF信号轴在该过程中的核心作用。
PDGF-BB/PI3K/Akt通路调控 PDGF-BB属于生长因子，在骨生成期间由脱颗粒化的血小板释放，其通过上调VEGF的表达刺激血管生成。在骨膜骨形成进程中，骨膜巨噬细胞谱系细胞会分泌PDGF-BB，这一过程会诱导骨膜蛋白的转录表达，同时招募骨膜源性细胞（PDCs），被招募而来的PDCs随后发生成骨细胞分化，在此期间H型血管也会同步形成。PDGF-BB主要通过与细胞表面的PDGFRα/β受体结合，激活下游PI3K/Akt信号通路，该通路的激活可以促进内皮细胞增殖、迁移及血管管腔形成，同时增强成骨细胞前体细胞的募集与分化，实现成血管-成骨偶联的协同调控。慢性、高剂量的
Notch/HIF-1α通路协同调控 Notch信号通路是人体内一种基本、保守的细胞间通讯通路，在成骨稳态中起着独特的作用。在成骨细胞分化早期，Notch信号通路的激活会抑制成骨分化，同时推动未成熟的前成骨细胞增殖。在成骨细胞分化晚期，Notch信号通路的激活能够促使成骨细胞向骨细胞分化。Notch配体Delta样配体4（DLL4）和Jagged1在调节血管形态发生和稳定性中发挥关键作用。ERK信号通路与Notch通路相互调控，共同维持血管生成的稳态。缺氧诱导因子1α（HIF-1α）作为缺氧微环境的核心调控因子，在缺氧诱导环境下构成了信息传递的关键共同通路，广泛参与到缺氧条件下众多病理、生理过程中。缺氧微环境是骨再生过程中的必要条件，这表明HIF-1α在缺氧诱导的成骨分化过程中起着重要作用。Yang等的研究发现，BMSC-Exos所含的miR-497~195可以在小鼠细胞中通过保持内皮细胞Notch活性以及HIF-1α的稳定性来缓解因年龄增长而出现的H型血管数量减少及骨丢失问题，提示靶向Notch/HIF-1α通路是BMSC-Exos调控H型血管和骨稳态的重要机制。
组蛋白去乙酰化酶表观遗传调控 组蛋白去乙酰化酶（HDACs）是一类通过催化组蛋白去乙酰化、促进染色质凝集来负向调控基因表达的表观遗传修饰酶，能促使DNA链围绕组蛋白缠绕得更为紧密。Wang等研究发现，BMSCExos所含miR-143可通过直接靶向HDAC7的mRNA3’UTR抑制其表达。HDAC7的下调促进了内皮细胞的血管生成能力和成骨细胞的分化，从而加强了血管生成与成骨分化之间的偶联。
Slit3/Robo1信号通路调控 Slit3是一种神经元迁移过程中作为排斥性轴突导向因子被发现的，其被认为在神经系统之外能发挥作用，在非骨组织中具有血管生成功能，可以作为一种促血管生成因子。陈赛楠等通过对雌性SD大鼠骨丢失模型的研究发现，去卵巢大鼠骨量和血管生成情况均降低，Slit3的表达水平显著提升，Slit3可与受体Robo1结合激活下游信号通路，抑制内皮细胞增殖和迁移，从而负向调控血管生成。BMSC-Exos来源的miR-148b-5p能够借助与Slit3的3’UTR进行碱基互补配对，进而对Slit3的表达产生抑制作用，解除Slit3/Ro⁃bo1信号通路对血管生成的抑制，该研究提示miR-148b-5p可能通过靶向抑制Slit3/Robo1信号通路参与调控成血管-成骨偶联，证实该通路在H型血管调控及骨再生中的作用。
miR-136-3p/PTEN/PI3K/Akt轴双向调控 PTEN是一种重要的抑癌基因蛋白，具有脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶活性，在破骨细胞形成过程中，PTEN通过负调控RANKL诱导的AKT和NF-κB信号通路抑制破骨细胞分化。Chen等在乙醇诱导的骨质减少小鼠模型中观察到miR-136-3p在骨组织中的表达下调。该研究表明，miR-136-3p可靶向抑制BMSCs中PTEN的表达。PTEN的下调激活了PI3K/Akt通路，进而促进了血管形成能力和BMSCs的成骨分化能力，表明miR-136-3p/PTEN轴在协调成血管-成骨偶联中发挥重要作用。
整合素β3介导的信号通路 整合素β3与血小板中的αIIb链一起被发现，整合素在细胞活动中发挥着关键作用，积极参与细胞粘附过程，并介导细胞表面相关的信号传导。研究结果表明此基因的突变可导致鼠骨硬化症，而且此情况也适用于人类。He等研究发现，miR-188-3p在衰老骨骼内皮细胞中表达可以上调整合素β3的表达；利用miR-188-3p敲除小鼠模型证明，降低miRNA-188-3p在骨骼内皮细胞中的表达，并通过靶向内皮细胞中的整合素β3激活其介导的细胞粘附信号通路，维持H型血管内皮细胞的表型特征，从而调节H型血管的形成，参与骨骼衰老进程。该调控轴的发现揭示了整合素β3在成血管-成骨偶联中通过内皮细胞粘附信号维持H型血管内皮细胞的表型特征，而miR-188-3p作为表观遗传调控因子，通过转录后抑制整合素β3表达，阻断其介导的信号通路，成为连接骨骼衰老与血管生成障碍的关键节点。
免疫微环境调控 在H型血管炎症微环境中，BMSC-Exos的调控机制错综复杂。从分子靶向角度来分析，BMSC-Exos携带的miRNAs（如miR-146a、miR-21）会根据碱基互补配对，精准识别并结合靶mRNA，从而抑制mRNA的翻译过程，或者会促使其加快降解过程，进而达成对相关基因表达的有效调节。以miR-146为例，其可以通过精准靶向并且抑制白细胞介素-1受体相关激酶1（IRAK1）及肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF6）的表达。值得注意的是，TRAF6与IRAK1在炎症信号通路里占据着核心地位，通过对二者的靶向调控，miR-146a能够切实阻断核因子-κB（NF-κB）信号通路的过度活化，使得肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等炎症因子的释放量显著减少，进而有效改善H型血管所处微环境的炎症状况。此外，BMSC-Exos传递的miR-326可以通过抑制HDAC3的表达解除其对抗炎基因的抑制，从而保护了H型血管所处的微环境。BMSC-Exos传递的miR-210在缺氧条件下出现高表达状态，通过稳定HIF-1α维持血管生成活性。此外，外泌体可携带转化生长因子-β（TGF-β）、IL-10，促进巨噬细胞向M2型极化，减少促炎因子释放。总之，BMSC-Exos通过携带miRNAs（例如miR-146a、miR-326、miR-210）靶向抑制IRAK1/TRAF6/NF-κB炎症通路、解除HDAC3对抗炎基因的抑制、稳定HIF-1α维持血管生成活性，并且通过传递TGF-β/IL-10促进巨噬细胞向M2型极化，多维度调控H型血管炎症微环境以维持成血管-成骨偶联的稳定状态。
小结与展望
H型血管在骨组织中承担物质运输的关键角色，一方面可以为骨细胞输送氧气、营养等物质，另一方面可以和成骨细胞共同保持骨稳态的动态平衡。骨科临床医师常面临一系列棘手的骨再生难题，诸如骨量减少、骨组织微观结构破坏、骨折愈合延迟等状况，在此情况下常合并骨脆性显著增加及骨折风险明显升高。H型血管阳性面积明显下降，这一变化抑制了骨组织对营养物质的获取，阻碍了骨生成进程。BMSC-Exos作为细胞间信息交流的重要载体，能够通过miRNA对相关信号通路进行调控，有效推动内皮细胞增殖与迁移进程，促使管腔形成，显著提升H型血管的密度，加速恢复骨代谢的稳态，促进骨再生进程。尽管目前围绕BMSC-Exos的研究已收获诸多显著成果，然而BMSC-Exos内具体的活性成分、精准作用靶点、涉及的完整信号通路网络尚未完全阐明。此外，如何解决BMSC-Exos在体内高效递送、实现对其功能的精准调控、提升骨再生的效率也成为亟待攻克的关键问题。
来源：中国骨与关节损伤杂志2026年2月第41卷第2期
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