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为探究 H 型血管内皮细胞（H_ECs）在股骨头坏死（ONFH）和髋关节骨关节炎（HOA）中的变化，研究人员基于单细胞 RNA 测序重新分析股骨头样本数据。结果发现 H_ECs 与其他内皮细胞存在分子差异，铁死亡和 parthanatos 参与 ONFH 中 H_ECs 死亡，该研究为 ONFH 治疗提供新方向。
股骨头坏死（Osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是一种常见且棘手的骨科疾病，主要 “盯上” 20 到 50 岁的人群。像激素失衡、过量饮酒、镰状细胞贫血等都是诱发它的危险因素。目前普遍认为，多种因素相互作用，干扰了股骨头的血管供应，使其再生能力受损，最终导致股骨头塌陷。
在骨头里，有 H、L、E 这几种主要的毛细血管亚型。其中，H 型血管系统在 2014 年被提出，它主要分布在骨骺端和骨膜下，对内皮细胞蛋白 CD31 和 EMCN 呈强阳性染色。围绕在 H 型血管周围的是密密麻麻的骨祖细胞，这些细胞能分化成成骨细胞，这就意味着 H 型血管很可能在促进骨骼再生方面发挥着关键作用。也正因如此，研究 H 型血管在股骨头坏死中的作用变得尤为重要。
此前，虽然有不少研究在探索 ONFH 的发病机制，但利用单细胞测序技术深入研究的并不多。一方面，单细胞测序成本较高；另一方面，从骨组织中获取符合要求的样本难度很大，而且公开的 ONFH 测序数据也非常有限。在这样的背景下，天津医科大学总医院骨科以及天津中医药大学中西医结合学院的研究人员开展了一项研究，相关成果发表在《BMC Musculoskeletal Disorders》上。
研究人员为了深入了解 H 型血管内皮细胞（H_ECs）在 ONFH 中的变化，开展了一系列研究。他们从 FIGSHARE 网站下载了股骨头的单细胞数据，由于缺少正常股骨头样本，就把 HOA 样本当作对照组。研究选取了 3 个 HOA 样本、3 个酒精性坏死 3A 期样本和 3 个 4 期样本。通过严格的数据筛选，以及归一化、缩放等处理后，对细胞进行注释和分析。
在细胞维度的研究中，研究人员利用 SingleR 和手动注释的方法，把细胞分为 B 细胞、间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）、成骨细胞等 14 种类型。他们发现，随着坏死程度加重，内皮细胞、周细胞和骨细胞数量减少，而纤维母细胞和软骨细胞增多。
对于 H_ECs 的识别和功能分析，研究人员把同时表达 CD31 和 EMCN 的内皮细胞定义为 H_ECs。研究发现，H_ECs 在 UMAP 图上呈分散分布，说明其基因表达存在异质性。而且，随着坏死程度增加，内皮细胞和 H_ECs 数量都有所下降。与其他未定义的内皮细胞（Undefined endothelial cells，Und_ECs）相比，H_ECs 的血管生成能力更强，但抗氧化应激能力较弱。
在探究 H_ECs 在坏死环境中的作用时，研究人员对比了不同组 H_ECs 的基因表达差异。KEGG 通路分析显示，坏死组中 TNF 信号通路、IL-17 信号通路等被激活，而 TGF 信号通路和 Hippo 通路被抑制。生物过程分析表明，ONFH3 期的氧化应激反应增强，ONFH4 期的细胞凋亡相关过程增强，同时两个坏死阶段的血管生成和 NOTCH 信号通路都减弱。
考虑到 ONFH 与股骨头血供减少有关，研究人员评估了不同细胞的缺氧指数，以及 H_ECs 的铁死亡、焦亡和 parthanatos 指数。结果发现，随着坏死程度加重，H_ECs 的缺氧指数升高，铁死亡指数在 3 期显著增加，4 期又明显下降，焦亡没有明显变化趋势，parthanatos 指数在坏死组显著上调。
在细胞通讯方面，研究人员发现 HOA 组中涉及 END、IL2 和 IFN-II 的通讯更强，坏死组中涉及 IL1 和 IL16 的通讯增强。H_ECs 与成骨细胞 / 破骨细胞的通讯比 Und_ECs 更强，但在坏死组中，一些通讯如 SPP1-(ITGA5 + ITGB1) 和 MDK-NCL 减弱。
综合以上研究结果，研究人员得出结论：H_ECs 与其他内皮细胞相比，具有更强的血管生成能力，且转录因子存在显著差异。随着坏死进展，H_ECs 数量减少，血管生成能力减弱，缺氧指数升高，铁死亡和 parthanatos 在 H_ECs 死亡中起到一定作用，SPP1-(ITGA5 + ITGB1) 和 SLIT3-ROBO4 等通路参与 ONFH 的发病过程。
在讨论部分，研究人员指出，本研究存在一定局限性。比如，H_ECs 的鉴定方法可能受到单细胞分析和测序深度的限制，而且使用 HOA 样本作为对照组可能存在偏差。不过，该研究也为 ONFH 的治疗提供了潜在的靶点。像针对铁死亡和 parthanatos 通路的抑制剂，以及增强 SLIT3-ROBO4 信号通路的干预措施，都有可能成为治疗 ONFH 的新方向。
这项研究通过深入分析 H 型血管内皮细胞在股骨头坏死中的变化，为理解 ONFH 的发病机制提供了新视角，也为后续的治疗研究奠定了基础，具有重要的理论和实践意义。
研究人员主要用到了以下关键技术方法：首先是单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，用于获取股骨头样本的单细胞数据；接着对数据进行处理，包括质量过滤、归一化、缩放等；利用 “SingleR” 包和手动注释对细胞进行分类；通过 “FindMarker” 函数进行差异基因表达分析；运用 “ClusterProfiler” 包开展 KEGG 和基因本体（Gene Ontology，GO）富集分析；使用 “AddModuleScore” 包计算缺氧评分，利用 “GSVA” 计算铁死亡、焦亡和 parthanatos 指数；借助 “SCENIC” 包分析转录因子，通过 “CellChat” 推断细胞通讯网络。
