颅骨缺损修复中硬脑膜与骨膜的 “神秘力量”：解锁骨与血管再生密码

颅骨缺损修复面临难题，研究人员开展 “Differential bone and vessel type formation at superior and dura periosteum during cranial bone defect repair” 主题研究。结果发现硬脑膜和骨膜在骨与血管形成上差异显著，为颅骨缺损修复提供新方向。

　　在人体的 “安全帽”—— 颅骨上，一旦出现缺损，可不是小事儿。颅骨缺损可能由创伤性损伤、肿瘤切除以及各种先天性和病理性骨损失导致，不仅会给患者带来功能上的障碍，还会造成沉重的经济负担。虽说小的颅骨缺损有自行愈合的可能，但大的缺损往往难以自愈，只能形成瘢痕组织，甚至导致永久性残疾。目前，颅骨修补手术是常见的神经外科手术，用于重建缺失的颅骨部分，以保护大脑结构、恢复脑脊液和血液流动。虽然自体移植常用，但同种异体移植（来自尸体的骨材料）和合成材料也因其诸多优势而受到青睐，不过它们在骨整合方面却不如自体移植，主要原因在于颅骨的成骨和血管生成能力有限，以及愈合部位的再生环境不佳。

在这样的背景下，来自美国罗切斯特大学医学与牙科学院肌肉骨骼研究中心的研究人员开展了一项重要研究，旨在探索颅骨缺损修复过程中，硬脑膜（dura periosteum）和骨膜（superior periosteum）在骨和血管形成方面的差异，相关成果发表在《Bone Research》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过构建多种转基因小鼠模型，如 Col 1a (2.3) GFP 转基因小鼠、SMA - CreERT2 小鼠模型等，对不同细胞群体进行标记和追踪。其次，利用高分辨率多光子激光扫描显微镜（MPLSM），能够在微观层面清晰观察骨和血管的形成情况。此外，还借助 MicroCT 对颅骨缺损修复过程进行纵向评估，以及组织学和组织形态计量学分析来深入研究骨愈合情况。

下面来看看具体的研究结果：

1. 硬脑膜和骨膜对骨缺损修复的不同贡献：通过纵向 MicroCT 分析发现，在未治疗的缺损中，术后第 3 周新骨形成平均增加 1.15 倍，第 5 周增加 1.23 倍；而间歇性 rhPTH（重组人甲状旁腺激素，Teriparatide）治疗使修复部位的骨体积在第 3 周平均增加 1.27 倍，第 5 周增加 1.43 倍，rhPTH 治疗还使第 5 周的缺损面积平均减少 31% ，而对照组仅减少 16%。组织学分析显示，受伤前硬脑膜和骨膜是附着在顶骨表面的薄层组织，受伤并接受 rhPTH 治疗后，在缺损边缘以及顶骨的外（骨膜）和内（硬脑膜）表面都能发现新骨。组织形态计量学分析表明，硬脑膜表面新骨形成约占 61%，骨膜表面约占 11%，缺损边缘约占 28%，且 rhPTH 显著增加了所有三个部位的新骨形成，但硬脑膜表面的新骨量大约是骨膜表面的 3.4 倍。
2. PTH1R 基因敲除对骨形成的影响：通过 SMA - CreER 和 Col 1a (2.3) - CreER 小鼠模型，研究人员对 PTH 受体 PTH1R 进行条件性敲除。结果发现，SMA - CreER;PTH1R 小鼠在第 5 周时，缺损面积略有减少，但差异无统计学意义，不过组织学分析显示，通过 SMA - CreER 敲除 PTH1R 选择性地减少了骨膜表面和缺损边缘的新骨形成；而通过 Col 1a (2.3) - CreER 敲除 PTH1R，则在 rhPTH 治疗后的第 3 周和第 5 周，显著减少了所有部位的新骨形成，同时也减弱了 rhPTH 治疗后缺损面积的减少。
3. 硬脑膜和骨膜中血管类型和活跃成骨细胞簇的差异分布：利用 Col 1a (2.3) GFP 小鼠模型，结合免疫荧光染色和 MPLSM 分析发现，受伤前，硬脑膜的血管网络比骨膜更密集、组织更有序，且硬脑膜中活跃的成骨细胞簇数量是骨膜的 10 倍。受伤后，rhPTH 治疗使所有部位的血管密度增加，且硬脑膜的成骨细胞数量比骨膜多 2.8 倍。rhPTH 还显著诱导了动脉血管的形成，提高了硬脑膜动脉血管与总血管的体积比，同时增加了骨髓空间中 CD31⁺EMCN⁺的 H 型血管数量。
4. 内皮细胞中 VHL 基因缺失对骨愈合的影响：研究人员利用 Cdh5CreER 小鼠模型，在愈合开始时条件性删除内皮细胞（ECs）中的 Von Hippel - Lindau（VHL）基因，该基因控制缺氧诱导因子 1（HIF1）的泛素化和降解。结果发现，虽然删除 VHL 基因增加了所有血管类型的血管密度，但对骨形成和缺损愈合没有明显影响。

综合以上研究结果，研究人员得出结论：颅骨缺损修复过程中，硬脑膜和骨膜在骨和血管形成方面存在显著差异，这种差异依赖于有序的血管生成与成骨细胞的耦合。硬脑膜具有更强的成骨和血管生成能力，这可能与其独特的胚胎起源和不同的祖细胞池有关。此外，rhPTH 能够促进骨缺损修复，增强动脉血管形成和 H 型血管生成，但促进血管形成本身可能不足以诱导骨形成，有效的骨组织修复需要成骨细胞、破骨细胞、内皮细胞等多种细胞的协同作用。

这项研究为颅骨缺损修复机制提供了新的见解，为指导颅骨缺损部位的骨组织修复和组织工程策略提供了重要依据，有望推动相关领域的进一步发展，帮助更多颅骨缺损患者。