铁螯合剂对血管形成的影响

人体本身排泄铁的能力有限，铁螯合剂可与体内铁螯合，从而有效地提高铁的排泄，降低体内铁的负载过多及其在各器官内的异常沉积。早期铁螯合剂主要用于反复输血患者及地中海贫血等铁超载性疾病，但近期研究显示，它还具有抗氧化应激损伤、抗缺血再灌注损伤、抗铁过载骨质疏松及改善组织血供等特性。下面就近年来铁螯合剂在血管形成中的相关研究进行综述。

4.1 目前常见的铁螯合剂

国内外应用的铁螯合剂目前主要有去铁胺（DFO）、去铁酮（DFP）及地拉罗司（DFS），还包括低氧模拟化合物二甲基乙二酰甘氨酸（Dimethyloxalylglycine，DMOG）。DMOG是一种新型铁螯合剂，能够竞争铁离子结合位点与铁结合。DMOG、DFO等在常氧条件下能激活HIF-α信号通路，这一类化合物被称为低氧模拟化合物，它们对雌激素缺乏引起的骨质疏松有防治作用，对骨质疏松引起的骨缺损修复具有促进作用。

4.2 HIF-α信号通路介导铁螯合剂与血管形成

4.2.1 HIF-α的结构特性

HIF-α是HIFs转录因子α亚基，含有三种亚型（HIF-1α、HIF-2α、HIF-3α），HIFs的另一β亚基恒定表达于常氧条件下，因此，对HIFs信号通路的调节主要是对HIF-α的调节。在α亚基激活区域的N末端有一个氧依赖的降解区域（ODD），该区域内含有特异性的脯氨酸残基。在常氧条件下，脯氨酸羟化酶识别并羟化ODD内脯氨酸残基。羟化的α亚基与具有E3泛素连接酶活性的Von Hippel-Lindau（VHL）蛋白形成复合物，引导HIF-α被蛋白水解酶降解。在此过程中，脯氨酸羟化酶需要氧气、抗坏血酸、α-酮戊二酸及铁离子才可发挥酶的作用。对HIF-α的调控还存在另一种HIF抑制因子（factor-inhibiting HIF，FIH），阻止HIF-α与转录激活因子结合。这一过程同样需要铁离子及α-酮戊二酸的存在才能发挥酶的作用。铁离子螯合剂DFO或DMOG能通过螯合铁离子、竞争铁离子结合位点来降低脯氨酸羟化酶及FIH活性，阻止HIF-α被羟化降解。在缺氧或DFO、DMOG存在的条件下，HIF-α聚积在细胞浆，α亚基转位至细胞核与β亚基形成异二聚体，从而启动下游基因的转录。

4.2.2 HIF-α触发血管发生

HIF-α信号通路在下游低氧状态下调控的主要机制是触发血管形成，通过调控下游其他生长因子的表达而直接参与血管形成的全部过程：①血管发生阶段：通过调控一氧化氮合酶使血管扩张，增强血管内皮生长因子（VEGF）及血管内皮生长因子受体-1（VEGFR-1）的表达，增加血管通透性。②进展阶段：通过上调基质金属蛋白酶降解细胞外基质，上调VEGF诱导血管内皮细胞增殖和迁移，同时在血管生成素-2（Ang-2）的参与下，形成血管芽。③形成阶段：在VEGF、Ang-1和整合素的作用下，单个血管芽形成血管腔，并与邻近的血管相互吻合成血管网。④改建阶段：通过血小板源性生长因子（PDGF）、Ang-1等使血管平滑肌或其他细胞迁移包绕新生血管，产生外基质，从而完成血管壁结构。

4.3 铁螯合剂对骨血管形成的影响

骨发育及骨折的愈合需要良好的血供及血管生成能力。骨发育中，软骨内成骨在时间、空间上总是伴随着血管侵入，血管形成和骨形成是相互偶联的过程。在骨折愈合中，血流能够带来骨质需要的营养、氧气、细胞（包括炎症细胞、间质干细胞、内皮祖细胞等）、生长因子等。外骨痂的膜内化骨和内骨痂的软骨内成骨均需要血管的入侵才能实现。临床上常见的一种骨折不愈合就是由于骨折端血供较差导致的以骨形成障碍为表现的萎缩性骨不愈合。近年来，铁螯合剂对骨血管形成的影响被关注较多。在长骨干牵张性成骨实验中，证实DFO能增加骨血管生成及骨质再生，促进骨折修复及骨愈合。Farberg等亦在鼠下颌骨牵张成骨模型实验中表明，DFO在下颌骨再生过程中，不仅能阻止放射诱导的骨血流减少，而且能增加血管形成，减轻放射带来的骨质损伤。

目前认为，骨生长过程中启动血管形成的一个关键因素就是“缺氧”，因此调节氧张力的HIF-α信号通路即为核心调控通路。2007年，Wang及其团队利用Cre-Flox重组酶技术，在成骨细胞水平特异性敲除VHL的小鼠（△VHL），从而使小鼠成骨细胞HIF-α持续性高表达。实验结果表明，△VHL小鼠骨塑形速率及股骨骨量明显高于对照组。另一方面，△VHL小鼠在发育过程中股骨血管体积、血管密度、血管数量均明显大于对应野生型小鼠，同时股骨松质骨中VEGF含量增高，血清中VEGF含量没有明显变化，因此股骨血管增多主要与骨组织中VEGF的升高有关。与之相反的是，在成骨细胞水平敲除HIF-1α获得的小鼠（△HIF-1α）的骨量和血管量与△VHL小鼠相比明显减少。Rankin及其团队在前成骨细胞水平敲除VHL使HIF-α过表达。与上述研究结果类似，△VHL小鼠股骨干骺端和骨干充满松质骨，且成骨细胞数量增多，反映成骨分化的Ⅰ型胶原表达增强。CD31染色提示骨骼内富含大量血管。上述两项研究表明，通过对HIF-α的调控，可以获得对长骨发育过程中骨量及血管含量的调节，而骨量的改变与血管量的变化有关。

鉴于上述HIF-α信号通路在骨形成和血管形成方面的作用，多位学者提出了通过激活HIF-α信号通路来促进骨血管形成的构想并在实验中得以证实。Shen等建立了小鼠股骨中段横行骨折模型，并在骨折间隙内局部应用铁螯合剂DFO及DMOG，可引起HIF-1α的表达，进而刺激VEGF及下游的血管生长因子的产生，促进骨血管形成较对照组增多，骨量也较对照组增多。Alexis等在小鼠病理性骨折模型接受放射性治疗中，使用DFO局部注射，刺激HIF-1α及VEGF表达，促进局部骨血管形成。Mori等在牵张性成骨模型中动态压缩对膜内成骨的刺激作用亦证实主要与HIF-1α产生的VEGF有关。Wan等分别利用野生型小鼠、△VHL小鼠、△HIF-1α小鼠制作牵张性成骨模型，结果提示，△VHL小鼠骨折愈合的骨痂及血管量明显高于野生型小鼠，而△HIF-1α的骨痂和血管含量明显低于野生型小鼠，在野生型牵张性成骨模型小鼠骨折间隙内分别应用HIF-α信号通路激活剂DFO、DMOG后，骨折端形成的骨痂和血管明显多于对照组。Jia等建立卵巢切除（OVX）小鼠骨质疏松模型，表明DMOG能激活对小鼠间充质干细胞C3H10T1/2上的HIF-α信号通路，促进VEGF分泌；DMOG干预组小鼠的骨密度、骨量、骨强度、血管含量，骨骼中HIF-1α、VEGF的蛋白表达要高于OVX组，表明DMOG能部分阻止OVX小鼠骨质疏松形成，其机理在于促进血管及促进骨形成。在建立骨质疏松大鼠股骨远端骨缺损模型中，植入含有DFO的poly（Lactic-co-gly-colic acid）/PLGA支架材料的骨缺损处血管量、骨量明显多于对照组。

4.4 铁螯合剂对心、脑、肾等系统血管形成的影响

人体心、脑、肾等器官对缺血、缺氧的耐受性很差，常导致不可逆性损伤。近年来，有关铁螯合剂（以DFO为代表）对缺氧器官影响的研究逐渐增多。DFO可诱导组织HIF-1α的表达，从而改善血流，抑制氧化应激反应，减轻组织损伤。Huang等研究表明，小鼠心肌细胞的HIF-1α特异性敲除后，小鼠促血管生成相关因子表达明显下调，毛细血管密度下降，小鼠心脏收缩及舒张功能降低。向急性心肌缺血大鼠的心肌内注射HIF-1α的DNA后发现，缺血心肌及周围区域新生血管的生成数量明显增加。Blanco等也发现，HIF-1α对心肌缺血早期的改善作用增强。Huang等建立了大鼠心肌梗死模型并腹腔注射DFO后，HIF-1α表达明显高于对照组，心肌微血管密度（MVD）亦明显高于对照组，表明DFO可促进缺血心肌组织新生血管形成。在另一项研究中，Huang等证实，DFO可以减少急性心肌缺血大鼠心梗面积，促进缺血区域血管新生，其作用机制与上调VEGF的表达有关。在脑缺血损伤研究中， Huang等建立了新生大鼠缺氧缺血性脑病模型，表明HIF-1α介导的VEGF表达上调促使脑组织内有新生血管形成。Prass等给局灶性脑缺血大鼠使用DFO后，HIF-1α的表达增加，大鼠对脑缺血的耐受性增强，从而改善脑出血预后。Wang等在大鼠肾急性缺血损伤模型中使用新型铁螯合剂（CHGN2957），结果显示，新型铁螯合剂能够有效减轻肾脏的病理变化，改善血供，对肾脏具有保护作用。

（何罕亮、王亮）