Nat Commun | 上海交通大学高俊杰/张长青等合作发现骨细胞及其线粒体调控穿皮质血管生成

血管广泛分布在骨骼中，是骨骼和骨髓稳态所必需的。血管网络已被证明在控制骨骼发育和伤口愈合方面起着关键作用，并为骨髓中造血细胞和免疫细胞的分化和成熟提供微环境。毛细血管起源于骨髓，穿过皮质骨，称为穿皮质血管（TCV），由内皮细胞组成，由内衬在骨皮质内狭窄管腔内的内皮细胞组成。TCV的形成依赖于皮质骨管中内皮细胞的萌芽突起。TCV连接骨内膜和骨膜，并提供有效促进骨内腔和骨壳之间交流的通道。据报道，超过 80%的动脉血、59% 的静脉血和几种免疫细胞通过 TCV 到达骨骼的另一侧，这表明骨静脉为造血细胞和成分的运输以及骨细胞和免疫细胞的通讯提供了髓质环境和外骨表面之间的关键途径。虽然TCV是维持骨和骨髓稳态的重要血管系统，但决定TCV形成和维持的调控因素仍不清楚。

在骨皮质中，骨细胞占所有骨细胞的90-95%，并广泛嵌入皮质骨基质中。一旦过早的骨细胞嵌入皮质骨中，它们就会发生戏剧性的转变，从一个多角形细胞转变为向矿化前缘延伸大量树突的细胞，随后出现延伸至血管间隙或骨表面的树突。骨细胞的树突形成了骨细胞之间的互联网络，并为细胞间的信号传递和细胞器通讯提供了途径。鉴于骨细胞是嵌入骨皮质的主要细胞，并在调节骨稳态中发挥重要作用，骨细胞可能是TCV植入和维持的关键介质。尽管骨皮质中骨细胞和内皮细胞之间的关系已经有形态学证据，但骨皮质的主要细胞成分骨细胞是否能够介导TCV的血管化过程尚不清楚。

该研究揭示了骨细胞在TCV血管形成中的关键作用。骨细胞通过将线粒体转移到皮质骨中的内皮细胞来维持正常的 TCV 网络。骨细胞线粒体的获得通过缓解氧化应激、促进细胞增殖、促进管形成和恢复内皮细胞的迁移能力来维持正常的内皮功能。骨细胞线粒体对内皮细胞的促血管生成作用可以通过补充D-鞘氨醇来模拟，并在抑制骨细胞鞘氨醇激酶1（SPHK1）后消除。这些发现揭示了皮质骨血管稳态的独特机制，并可能为与血管损伤相关的骨骼疾病开辟一种治疗方法。

模式图（Credit: Nature Communications）

总之，研究表明，内皮细胞从骨细胞的末端获取线粒体以维持TCV网络的稳态。TCV 血管化由骨细胞衍生的线粒体转移到内皮细胞支持。线粒体转移导致的 D-鞘氨醇增加显示出与骨细胞线粒体转移相似的促血管生成作用。D-鞘氨醇的施用加速了小鼠皮质骨缺损模型中TCV的形成和骨愈合。研究结果为骨细胞-TCV相互作用提供了新的见解，并激发了线粒体疗法在骨相关疾病中的潜在应用。