综述：硫酸乙酰肝素在骨修复与再生中的作用

这篇综述系统阐述了硫酸乙酰肝素(HS)及其蛋白聚糖(HSPG)在骨修复与再生中的多重调控机制，揭示了HS通过结合生长因子(VEGF、FGF、BMP等)和炎症因子，在血肿形成、软骨痂矿化、硬骨痂重塑等阶段发挥时空特异性作用，为骨缺损治疗和组织工程提供了新靶点。

　　

引言

骨骼系统具有惊人的自我修复能力，其修复过程主要涉及直接重塑和间接重塑两种机制。在这一复杂生理过程中，硫酸乙酰肝素(HS)作为普遍存在于细胞表面和细胞外基质(ECM)的糖胺聚糖，通过与蛋白核心共价结合形成硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG)，成为调控骨修复的关键分子。

HS根据定位可分为三类：跨膜型（如多配体聚糖syndecans）、糖基磷脂酰肌醇锚定型（如磷脂酰肌醇聚糖glypicans）以及分泌型ECM蛋白聚糖（如聚集蛋白agrin、基底膜蛋白perlecan等）。这些分子通过其高度硫酸化的结构域，与40多种蛋白质相互作用，形成动态调控网络。

HS在骨愈合各阶段的作用

血肿形成与炎症期

骨折后24-72小时内，内皮细胞表面的HS通过结合肝素结合表皮生长因子(Hb-EGF)促进成纤维细胞迁移，同时与抗凝血酶III和组织因子途径抑制物(TFPI)相互作用防止血栓过度形成。值得注意的是，HS在炎症调控中表现出双重性：一方面通过L-选择素减缓中性粒细胞滚动，另一方面又通过Mac-1-CD44v3复合物促进中性粒细胞跨内皮迁移。

ECM中的HS片段可作为损伤信号激活Toll样受体4(TLR4)，显著增强树突状细胞(DC)的MHC-II和CD86表达。但巨噬细胞中HS硫酸化缺失会增强干扰素β(IFN-β)信号传导，说明HS能通过隔离细胞因子维持免疫稳态。

软骨痂形成期

血管生成是软骨痂形成的核心事件。ECM中的perlecan通过其HS侧链捕获VEGF₁₆₅，形成生长因子梯度调控血管分支模式。实验证明，去除HS链的磷脂酰肌醇聚糖1(GPC1)完全丧失促血管生成能力。

在软骨分化方面，perlecan-HS/FGF2轴发挥"机械传感器"作用：完整的perlecan-HS复合物抑制软骨细胞增殖，而HS降解酶乙酰肝素酶(heparanase)的过度表达会加速外生骨疣的形成。转基因小鼠研究显示，TGF-β3/HS复合物可使软骨特异性ECM分泌量提升3倍。

硬骨痂形成期

ECM与细胞表面HS展现出截然相反的作用：

• perlecan-HS通过结合BMP2和FGF18促进软骨内骨化，其降解产物能刺激成骨细胞活性
• 细胞表面syndecan-3过表达会抑制BMP2信号传导，而glypican-1/3可通过竞争性结合BMP2/4/7抑制成骨分化

这种空间特异性调控可能与HS链的硫酸化模式有关。骨髓间充质干细胞(MSC)实验表明，syndecan-1敲低会使成骨标志物RUNX2表达下降60%，同时脂肪生成增加。

骨重塑期

成骨细胞分泌的HS通过两种途径调控骨代谢平衡：

1. 作为骨保护素(OPG)的辅助受体，增强其对核因子κB受体活化因子配体(RANKL)的中和作用
2. 通过PDGF-BB/syndecan-1信号促进缺损区骨再生，动物实验显示该组合可使骨体积增加2.5倍

ECM中的perlecan还通过调控骨细胞突触周围基质纤维的力学特性，影响骨骼对机械负荷的敏感性。HS缺陷小鼠表现为骨小管密度降低30%，并伴随明显的骨质疏松表型。

骨再生与工程支架

针对临界尺寸骨缺损（超过骨直径2.5倍），基于HS的组织工程策略展现出独特优势：

• 纤维蛋白支架负载胚胎源HS可在大鼠颅骨缺损实现3个月内完全愈合
• HS模拟物RGTA通过保护内源性FGF2，使兔颅骨缺损的胶原沉积速度提升2倍
• 亲和筛选的HS/BMP2复合物在修复效果上等同于直接使用BMP2，但成本降低70%

值得注意的是，工程化HS更接近ECM-HS的功能特性，这解释了为何其在应用中主要表现为促修复作用，而非细胞表面HS的抑制效应。

结论与展望

现有研究存在三个关键空白：

1. ECM-HS在炎症期的具体作用机制尚未阐明
2. 不同定位HS产生相反效应的分子基础仍不清楚
3. glypican家族多数成员的骨调控功能未被探索

未来研究应着重开发HS结构域特异性药物，并探索其在骨关节炎、骨质疏松等疾病中的应用。组织工程领域需重点优化HS与支架材料的结合方式，以实现生长因子的时空控释。