2.1   缺氧诱导因子与骨稳态失衡类疾病的临床研究进程   缺氧诱导因子的研究历史及其与骨稳态的研究脉络图见图3。"

2.2   缺氧诱导因子的结构与生物学特性   缺氧诱导因子的作用主要体现在细胞氧稳态的维持方面，它主要包括缺氧诱导因子1，2，3的3个亚型，每个亚型都是由α与β亚基组成的异源二聚体[12-14]。现阶段，临床研究多集中在缺氧诱导因子1α因子方面，其是缺氧应答的主要调节因子。目前，已知的缺氧诱导因子1α的氧调节机制是：在正常的氧环境下，缺氧诱导因子1α经脯氨酰羟化酶羟基化后，被E3泛素连接酶蛋白修饰，再经蛋白酶体降解。但若是处于低氧环境时，细胞中的缺氧诱导因子1α因子将进入细胞核，诱导缺氧调节基因的激活，并进一步激活许多其他基因的表达[15-16]，从而引起促进细胞转移和促进氧气供给等一系列的反应，见图4。"

缺氧状态下，缺氧诱导因子1α的脯氨酰羟基化作用减弱，使得细胞核中的缺氧诱导因子1α不断积累，并通过缺氧诱导因子1的β亚基异源二聚体反式激活缺氧诱导因子反应基因，发挥出调节细胞凋亡、血管生成及能量代谢等多种作用[17]。除缺氧诱导因子1α以外，缺氧诱导因子2α也参与了机体的多种生物学过程，是与氧敏感相关的重要效应器[18-19]。缺氧诱导因子1α可以使骨细胞适应缺氧的微环境并促进其生长发育，而缺氧诱导因子2α的作用机制主要是在缺氧环境中调节骨细胞的分解代谢，与前者存在一些不同之处[20]。 缺氧诱导因子除了能对缺氧环境中的骨重塑进行调节外，还能对白细胞介素1、肿瘤坏死因子等其他细胞因子进行调节[21]。同时，缺氧诱导因子还能对物理因素、金属离子及超声波等因素进行调节[22-23]。缺氧诱导因子调节所涉及的调控机制十分复杂，目前比较统一的研究观点有“缺氧诱导因子直接调控下游基因”“缺氧诱导因子通过调控HRMs来间接调控靶基因”两种途径完成对下游基因的调控[24]。 2.3   缺氧诱导因子对骨形成与骨重塑的调控机制    2.3.1   缺氧诱导因子对骨形成的作用机制   缺氧诱导因子1是调控组织细胞氧稳态的关键性核转录因子[25]。缺氧诱导因子α信号通路参与调节机体一系列的生理病理反应，尤以对血管形成及骨形成的调节作用最受学者关注。目前对于骨形成的具体机制尚未完全阐明，但可以确定其与组织和局部缺氧有重要联系[26-27]。有研究利用Cre-Flox重组酶技术，获得在成骨细胞中条件性敲除的小鼠VHL基因，导致小鼠缺氧诱导因子1α呈持续性高表达[28]，结果显示此类小鼠的骨形成率明显高于正常小鼠。同时，在成骨细胞中条件性敲除缺氧诱导因子1α，会显著降低小鼠的骨量及血管数量，这表明调控缺氧诱导因子1α可进一步调节对骨形成有关键作用的骨量及血管数量。在缺氧应激条件下，成骨细胞过度表达的缺氧诱导因子1α能够促进骨形成，并增加长骨体积[29-30]。 缺氧诱导因子1α是氧感受器、正调节因子，缺氧诱导因子1α表达升高代表人骨细胞在缺氧环境下的生存能力提升。在骨形成过程中，缺氧诱导因子1α活性增强，可使缺氧条件下的细胞充分发挥效能，进而促进成骨细胞的增殖、迁移、黏附及血管生成[31]。缺氧信号通路是骨形成的重中之重，在骨形成过程中，缺血性、具有内缺氧区的生长板软骨细胞通过不断分裂增殖等一系列反应，最终完成矿化成骨[32]。而缺氧诱导因子1α便是这些软骨细胞存活的关键因子，只有缺氧诱导因子1α高表达，才能为骨形成创造条件，若是人为操控缺氧诱导因子1α通路，加速血管内皮生长因子与其他血管生成因子的过量分泌与合成，将会刺激长骨的血管生成，从而出现过度活跃的骨生成[33]，见图5。"

缺氧诱导因子1α下游众多的血管生成相关因子能诱导成骨细胞的分化与增殖，在骨形成中也有着重要的调控作用[34]。但目前研究认为缺氧诱导因子2α对骨生长发育的作用是微乎其微的[35-36]，在肢芽间充质细胞仅敲除缺氧诱导因子1α，或是同时敲除缺氧诱导因子1α/2α，所导致的生长板异常情况几乎是相同的，推测缺氧诱导因子2α对生长板增殖分裂的作用可能并不是十分重要。缺氧诱导因子2α的作用主要体现在调控骨细胞分解代谢等方面。破骨细胞中缺氧诱导因子2α的表达显著上调，从而促进破骨细胞的成熟与分化，并引起进行性骨丢失，因此它可以被认为是骨形成的负调节因子[37]。 2.3.2   缺氧诱导因子对骨重塑的调控机制   骨代谢重塑的过程也是在缺氧状态下完成的，缺氧诱导因子1α作为氧稳态的关键性核转录因子，直接参与了骨重塑相关信号传导。与骨形成的作用机制相比，缺氧诱导因子1α在破骨细胞中又有着不同的作用机制。有研究指出，在一些恶性肿瘤中，肿瘤周围会出现严重的骨溶解，这种侵袭性病变的发生与破骨细胞中的缺氧诱导因子1α高表达存在一定联系[38-39]。而缺氧是破骨细胞形成和骨吸收的主要因素，白血病抑制因子下调脯氨酰羟基化酶并增加缺氧诱导因子1α的表达，从而增加破骨细胞活性及加速骨吸收[40]。故此，可利用破骨细胞中缺氧诱导因子1α表达的抑制作用来削弱破骨细胞活性，降低骨吸收，提高骨重塑[41-42]，见图6。"

目前认为缺氧诱导因子1α在骨形成和骨重塑中的机制是不同的，但是具体原因尚不清楚，怀疑它可能受到骨微环境中细胞类型的影响[43]。 缺氧诱导因子2α与缺氧诱导因子1α对氧浓度敏感性不同，在骨形成、骨重塑中的功能作用也有一定的差异。在正常的生理条件下，缺氧诱导因子1α在血管生成与骨形成耦合中起着主导作用，同时缺氧诱导因子2α主要在破骨细胞的活化与分化中发挥作用。缺氧诱导因子2α在骨重塑方面的作用机制可能是依靠成骨细胞与破骨细胞间的相互调节来实现[44-45]。 2.4   缺氧诱导因子对骨稳态失衡类疾病的影响    2.4.1   关节炎   类风湿关节炎和骨关节炎是临床常见的、与骨稳态失衡有关的一类疾病，发病率很高，严重影响着患者的生活质量，而软骨损伤是这类疾病的致病特征。在软骨组织中，缺氧诱导因子1α具有促进软骨形成的能力，是软骨细胞分化早期重要的调控因子[46]。缺氧诱导因子直接影响着软骨细胞的存亡，在人骨髓细胞中，低氧状态下缺氧诱导因子1α能有效地诱导出软骨细胞，并使其适应骨骼间生长板的缺氧微环境。缺氧诱导因子2α的调节作用主要表现在软骨细胞分化的后期，影响软骨成骨和软骨退变，在骨关节炎患者软骨中的缺氧诱导因子2α呈明显高表达[47-48]。可见缺氧诱导因子1α与缺氧诱导因子2α的功能及分布存在不同。若将缺氧诱导因子1α看作是一种具有“保护”功能的调节因子，缺氧诱导因子2α则是一种对基因有“分解代谢”作用的调控因子。缺氧诱导因子2α由Epas1基因编码，能够调控软骨细胞靶基因表达，诱导软骨的凋亡[49]。缺氧诱导因子2α可调控炎性因子、基质分解酶类等各种分解代谢基因的表达，造成软骨破坏，并因此诱导骨关节炎等骨疾病的发生。已有研究指出[50]，在骨关节炎建模小鼠的软骨细胞中缺氧诱导因子2α呈高表达状态，而缺失Epas1基因的小鼠出现软骨破坏被抑制的现象，提示可通过调控关节软骨细胞中Epas1基因表达，达到抑制软骨破坏的效果。缺氧诱导因子2α对软骨细胞的调控作用机制，见图7。"

还有研究指出，基质金属蛋白酶家族中的MMP-13因子在正常软骨组织中呈低表达状态，但在关节炎患者的关节软骨中明显升高[51]。在某小鼠实验研究中，发现静水压力刺激小鼠软骨细胞后，其通过诱导缺氧诱导因子2α表达来增加MMP-13表达，进一步引起软骨退变，导致骨关节炎发生发展[52]。再者，血管内皮生长因子与缺氧诱导因子2α的表达也呈显著相关性，缺氧诱导因子2α通过调节血管内皮生长因子而引发骨肉瘤、骨关节炎等病变[53-54]。当缺氧诱导因子2α在软骨周围钙化层的高分化肥大软骨细胞中呈高表达状态时，会加速软骨细胞凋亡，上调血管内皮生长因子，进而加速软骨基质的降解，加重关节炎的发生与发展进程。此外，烟酰胺磷酸核糖转移酶作为一种降速酶，具有类炎症因子作用，是骨关节炎患者缺氧诱导因子2α的直接靶基因[55]。在关节软骨细胞中，烟酰胺磷酸核糖转移酶可以直接上调基质金属蛋白酶表达，激活缺氧诱导因子2α下游的分解代谢因子，这可能是骨关节炎的发病机制之一。再者，缺氧诱导因子2α还可通过上调脂肪酸合成酶基因表达，来刺激其介导的软骨细胞凋亡，并加速软骨成分破坏，引发关节炎等骨稳态失衡类疾病[56]。因此，抑制缺氧诱导因子2α表达将是防治关节炎等骨稳态失衡相关疾病的最新思路。 2.4.2   骨质疏松与骨折   骨质疏松的发生主要与成骨细胞数量、成骨功能及血管形成能力下降有关，而这些成骨及血管能力下降与缺氧诱导因子α信号通路改变有一定关系[57-58]。H型内皮细胞与骨形成密切相关，有研究通过特异性敲除小鼠内皮细胞VHL，激活了缺氧诱导因子α信号通路，促进了H型内皮细胞的增殖，抑制了骨量丢失、骨形成下降问题[59-60]。缺氧诱导因子α与雌激素缺乏性骨质疏松也有联系，常氧条件下雌激素、胰岛素生长因子等可积聚细胞内缺氧诱导因子α表达，进而激活相关的信号通路，但卵巢切除等因素会导致雌激素水平下降，抑制部分缺氧诱导因子α表达，引起骨量减少、骨密度下降，而注射缺氧诱导因子α通路激活剂后，可加速骨形成与血管形成，达到控制骨质疏松的目的[61]。 而骨质疏松导致的骨折在临床十分常见。骨折的愈合效果直接与血管生成和血液供应能力相关。金培程等[43]的研究显示，患者骨折约7 d缺氧诱导因子1α表达显著上升，且在同一时期，患者的骨痂增加，膜内化骨与软骨细胞也明显增长，可见缺氧诱导因子1α参与了一个或多个环节的调控，加速了骨折愈合。鉴于缺氧诱导因子1α信号通路在骨形成和血管形成方面的作用机制，今后需加强对相关药物的研究以增加缺氧诱导因子1α表达水平，促进血管生成和骨形成，同时还有可能加快骨折的愈合[62-63]。 2.4.3   骨肿瘤   骨肉瘤作为最常见的恶性原发性肿瘤病变，缺氧诱导因子1α在其中有预测microRNA-20b (miR-20b) 的靶基因作用，缺氧诱导因子1α的过表达影响了miR-20b在MG63细胞中的抑制作用，miR-20b增高可影响缺氧诱导因子1α的表达，下调VEGF通路蛋白，从而抑制肿瘤细胞的侵袭与增殖率[64]。有研究提出，软骨肉瘤中有新血管的生成，这与缺氧诱导因子1α过表达相关，提示缺氧诱导因子1α是软骨肉瘤中与肿瘤新血管生成相关的恶性标志物，缺氧诱导因子1抑制治疗可能干预软骨肉瘤中的血管生成[65]。还有研究指出，缺氧诱导因子2PUT表达水平与骨肉瘤组织中的缺氧诱导因子2α呈正相关性，在MG63细胞中，缺氧诱导因子2PUT表达的下调导致缺氧诱导因子2α的mRNA表达水平随之降低，提示缺氧诱导因子2PUT 可能是骨肉瘤中缺氧诱导因子2α的调节剂[66]。 2.4.4   钙磷代谢紊乱   钙磷代谢紊乱多是指长期不规律的生活饮食造成患者营养不良以及体内电解质紊乱，从而影响骨发育与骨代谢，引发骨软化症等骨代谢病。钙代谢与磷代谢密切相关，与体内酸碱平衡关系密切，与成纤维细胞生长因子23也密切相关[67-68]。成纤维细胞生长因子23是一种重要的钙磷代谢调节因子，骨软化症便是由于成纤维细胞生长因子23过量表达而引起钙磷代谢紊乱造成的代谢性骨病，该病的临床表现主要为进行性的肌无力、骨痛和骨折等[69]。目前临床对此类疾病的发生机制尚未完全阐明，但怀疑缺氧诱导因子1α的过度激活可能会促进成纤维细胞生长因子23转录及血管形成，而应用缺氧诱导因子1α抑制剂可降低缺氧诱导因子1α与成纤维细胞生长因子23表达水平，这也将是今后防治钙磷代谢性骨病的新思路[70]。"