引用本文： 任思聪, 刘艺萍, 朱彦霖, 王莹莹, 刘鳗萱, 周延民. 缺氧模拟剂在骨组织工程中的应用现状. 中国修复重建外科杂志, 2020, 34(9): 1190-1194. doi: 10.7507/1002-1892.201911144 复制
利用组织工程技术修复骨缺损是近年研究热点，然而由于缺损部位早期血管化不足，种子细胞植入后常因无法获得充足营养物质而发生坏死[1]。因此，骨缺损部位的早期血管化对于骨修复至关重要[2-4]。缺氧诱导因子 1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）通路在调控血管形成和骨再生过程中起重要作用，脯氨酸羟化酶（proline hydroxylase，PHD）是 HIF-1α 降解过程中的关键调控酶。在低氧条件下，PHD 对 HIF-1α 的羟基化作用会被抑制，导致 HIF-1α 的积累，进而 HIF-1α 与 HIF-1β 结合形成二聚体，该二聚体进入细胞核内与靶基因启动子中的 HIF-响应元件结合，从而诱导一系列基因表达[5]，其中包括许多与骨组织再生和血管形成相关的基因[6-8]。因此，上调 HIF-1α 水平有利于缺损部位的早期血管化和骨修复[9-10]，这为利用骨组织工程修复骨缺损提供了新思路。
近年研究发现，缺氧模拟剂可以通过竞争性抑制内源性铁离子或氧化戊二酸来抑制 PHD 对 HIF-1α 的降解，稳定并上调 HIF-1α 水平，从而促进血管形成和骨再生[11-12]。为此，学者们在骨组织工程研究中利用各种缺氧模拟剂激活 HIF-1α 通路，并取得了一系列重要进展。目前研究常用的缺氧模拟剂包括铁螯合剂、氧化戊二酸竞争类似物、新型 PHD 抑制剂等。现对应用于组织工程中的缺氧模拟剂作一综述，为临床和基础研究中应用缺氧模拟剂促进血管形成和骨再生提供参考。
1 铁螯合剂
1.1 去铁胺（deferoxamine，DFO）
DFO 是美国食品药品监督管理局（FDA）批准应用的铁螯合剂，可以抑制 PHD 的活性，因此可以作为一种有效的缺氧模拟剂来激活 HIF-1α 通路，促进血管形成和骨再生[13-14]。但 DFO 存在细胞毒性高、半衰期短以及具有靶外效应等缺点，限制了其进一步应用[15]。
为了克服 DFO 的这些缺点，目前的一种策略是将 DFO 共价结合在聚合物支架上。明胶纳米纤维支架（nanofibrous gelatin，GF）的物理结构和化学组成与天然骨基质相似，具有促进干细胞成骨分化和加速骨形成等优点[16]。Yao 等[17]将 DFO 共价结合到仿生 GF 上形成 GF-DFO 支架，将其用于修复颅骨缺损小鼠模型，结果显示该支架能促进缺损部位骨形成。值得注意的是，与单纯 DFO 相比，GF-DFO 支架对人 MSCs 的细胞毒性明显降低，还能提高人 MSCs 中 VEGF 的表达水平。除此之外，还可通过在支架中添加其他生物活性成分来与 DFO 协同提高骨再生能力。Yao 等[18]开发了一种结合硅酸盐纳米颗粒的 3D-GF 支架，用于 BMP-2 和 DFO 的双重输送。在该支架中，大孔径硅酸盐纳米颗粒包裹 BMP-2 构成了 BMP-2 缓释系统，同时 DFO 通过与支架中的壳聚糖共价偶联降低了其细胞毒性，并延长了半衰期。实验数据表明，DFO 和 BMP-2 从支架中释放后，依然保持了促进血管形成和骨再生能力，释放的 DFO 更是显著增强了 BMP-2 诱导人 MSCs 成骨分化的能力。
DFO 给药形式以静脉输注为主，但传统的给药形式需要患者长期卧床，舒适度差，患者依从性不佳[19]。Drager 等[20]对兔长骨缺损模型每天注射 40 mg DFO，连续注射 14 d，发现兔骨组织内 HIF-1α 水平上调，新骨形成显著增加，但这种给药方式存在疼痛、感染、破坏血管等副作用。为了达到相同的治疗效果并减少副作用，Hadidi 等[21]设计并制备了聚己内酯和聚环氧乙烷组成的聚合物微球，通过熔融工艺将 DFO 包裹在微球内，形成可降解的仿生缺氧微球，该方法能优化药物释放速率，可以达到 14 d 内重复注射 DFO 的效果，因无需多次注射给药，从而避免了相关副作用。
1.2 金属离子
金属离子是生物体内细胞酶的辅助因子，在各种信号传递中起着至关重要的作用[22]。已有研究表明钴、铜、镁等金属离子可在细胞内激活 HIF-1α 通路[23-24]。
1.2.1 钴离子
长期以来，钴离子尤其是氯化钴（CoCl2）被用于稳定和上调 HIF-1α 水平，以模拟缺氧环境，从而促进血管生成与骨再生[25]。Kulanthaivel 等[26]采用氨沉淀法制备了掺杂二价钴离子的羟基磷灰石材料，这种材料可以促进 MG-63 细胞 HIF-1α、VEGF 以及 Runx2、Osterix 的表达，形成更多矿化结节，表明该材料能有效促进成骨分化。
Quinlan 等[27]将含有钴离子的生物活性玻璃与优化骨修复的胶原糖胺聚糖（collagen glycosaminoglycan，CG）支架相结合，制备了钴生物活性玻璃-CG 支架。结果表明，该支架释放的钴离子能在常氧条件下激活 HIF-1α 通路，稳定并上调 HIF-1α 水平，从而促进人脐静脉内皮细胞 VEGF 的表达，而且能使成骨前体细胞具有更高的 ALP 活性，加强了 CG 支架促血管形成和促骨再生的能力；另外含有钴离子生物活性玻璃的加入提高了 CG 支架的力学性能。
1.2.2 铜离子
铜是人体中重要的微量元素，铜离子也可以激活 HIF-1α 通路，从而促进血管形成和骨再生[28-31]。以下将介绍铜与 3 种不同支架在骨组织工程中调控 HIF-1α 的应用。
Li 等[32]将铜掺杂在聚磷酸钙（calcium polyphosphate，CPP）支架上，形成铜-CPP 支架，解决了单纯 CPP 支架的固有缺点，如机械强度低、在促血管化和诱导成骨方面效果不佳等[33-34]。而且，铜-CPP 支架具有大量微孔和中孔，有利于细胞的附着和生长。同时，该支架在体内外均能上调 HIF-1α 表达水平，促进血管生成和成骨。在成年日本大白兔骨缺损模型中，铜-CPP 支架与低氧预处理的 BMSCs 联合使用可以上调 HIF-1α、VEGF、ALP 和骨钙素的水平，更好地促进新骨形成[32]。
Zhang 等[35]制备了氧化石墨烯-铜纳米复合材料（graphene oxide-copper nanocomposites，GO-Cu），并将其涂覆在磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）支架表面，形成 CPC/GO-Cu 支架。实验数据表明，GO-Cu 涂层不仅不会影响 CPC 支架的骨传导性和力学性能，而且对大鼠 BMSCs 无明显细胞毒性，不会导致与 GO 和铜离子积累相关的副作用发生。除此之外，GO-Cu 涂层能增强大鼠 BMSCs 的黏附和成骨能力。实验证明，GO-Cu 能激活大鼠 BMSCs 的 HIF-1α 通路，还能通过 ERK1/2 信号传导途径进一步增强 VEGF 和 BMP-2 的表达。动物实验结果表明，CPC/GO-Cu 支架能显著促进大鼠颅骨缺损处的血管化与骨再生。
Wu 等[36]制备了含铜的介孔生物活性玻璃（copper-containing mesoporous bioactive glass，Cu-MBG）支架，MBG 生物活性高、孔径尺寸可控、活性位点多、比表面积大，具有良好的药物储存和缓释能力[37-38]。实验结果表明，Cu-MBG 支架及其离子提取物均可激活人 BMSCs 的 HIF-1α 通路，从而增加 VEGF 的表达，还可以通过提高人 BMSCs 成骨相关基因（如 ALP、骨桥蛋白、骨钙素等）的表达来促进人 BMSCs 的成骨分化。因此，Cu-MBG 支架可以显著促进血管生成及骨再生。
2 氧化戊二酸竞争类似物
二甲氧基烯丙基甘氨酸（dimethyloxalylglycine，DMOG）是一种具有细胞渗透性的小分子，可以通过模拟 2-氧化戊二酸辅酶因子来抑制 PHD 的活性，从而在常氧条件下稳定并上调 HIF-1α 的水平[39]。有实验进一步证明，DMOG 能显著促进 BMSCs 的成骨分化[40]。Jahangir 等[41]制备了可以递送 DMOG 小分子的海藻酸钠-明胶-磷酸三钙海绵支架，海藻酸钠-明胶-磷酸三钙海绵本身就具有良好的促进细胞黏附和增殖的能力[42]，DMOG 与其结合后进一步提高了支架的机械强度，显示出比单一支架更好的促血管形成和成骨能力。
Wu 等[43]开发了一种具有 DMOG 递送功能的 MBG 支架来模拟缺氧环境。通过调节 MBG 的介孔大小，可以有效地控制 DMOG 在 MBG 支架中的负载和释放。实验表明，在 MBG 支架中递送的 DMOG 激活了 HIF-1α 通路，稳定并提高了 HIF-1α 的水平，从而显著增加 VEGF 的表达，而且对人 BMSCs 没有细胞毒性作用。此外，在 MBG 支架中递送的 DMOG 能增强人 BMSCs 成骨相关基因（如 ALP、骨桥蛋白、骨钙素等）的表达，促进细胞成骨分化，表明具有 DMOG 递送功能的 MBG 支架在促进血管生成和干细胞成骨分化等方面均表现优异。
3 新型 PHD 抑制剂
3.1 罗沙司他（FG-4592）
FG-4592 是一种新型的小分子 PHD 抑制剂，可以选择性抑制 PHD，具有稳定 HIF-1α 的作用。与传统缺氧模拟剂相比，FG-4592 具有更高的靶向特异性，因此临床应用更安全[44-45]。Zhou 等[46]制备了负载 FG-4592 的纤维蛋白凝胶支架，并将其植入大鼠皮下组织工程室，实验表明添加在支架中的 FG-4592 能上调 HIF-1α 和 VEGF 水平，促进新生血管的成熟；划痕实验结果表明，FG-4592 能以剂量依赖方式促进内皮细胞迁移。除此之外，在生物安全性方面，该复合支架中的 FG-4592 不会触发大鼠全身缺氧反应。上述结果表明，FG-4592 在组织工程和其他需要局部血管化的领域（如伤口愈合）具有广阔应用前景。
3.2 辛伐他汀
近年研究发现，辛伐他汀可以通过抑制 PHD 的活性来保护 HIF-1α 不被降解[47]。Yu 等[48]制备了负载辛伐他汀的介孔羟基磷灰石微球（simvastatin-loaded mesoporous hydroxyapatite microspheres，S-MHMS），并将其与胶原基质结合，形成一种新型的 S-MHMS/胶原复合支架。在 MHMS 的帮助下，不溶于水的辛伐他汀得以均匀地结合到亲水性胶原基质中，达到持续释放目的。实验数据表明，S-MHMS 激活了 HIF-1α 通路，以浓度依赖方式显著促进 HIF-1α 和 VEGF 的表达，并明显上调大鼠 BMSCs 的 ALP、BMP-2、骨桥蛋白以及骨钙素水平，促进 BMSCs 成骨分化。在大鼠骨缺损模型中，S-MHMS/胶原支架有效促进了骨缺损部位的血管化和新骨形成，在修复骨缺损方面显示出了巨大潜力。
4 其他
4.1 芬戈莫德（FTY720）
FTY720 是由真菌代谢产物多球壳菌素衍生而来的鞘氨醇类化合物，可以被 SphK2 磷酸化形成 FTY720-磷酸，其可通过与多条信号通路交联，对细胞存活、增殖、分化及迁移等生物学行为发挥关键作用[49]。Li 等[50]采用超临界二氧化碳发泡技术制备了具有良好力学性能和降解性以及体外生物活性的 MBG 颗粒-聚乳酸-羟基乙酸[poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA]复合支架，并将生物活性脂质 FTY720 与该支架结合形成 FTY/MBG-PLGA 支架，该实验使用大鼠 BMSCs 和人脐静脉内皮细胞来评价 FTY/MBG-PLGA 支架的体外成骨和成血管作用。结果表明，FTY/MBG-PLGA 支架提取物通过激活 ERK1/2 途径上调大鼠 BMSCs 的 HIF-1α 水平。此外，大鼠颅骨缺损模型体内实验结果表明，来自 FTY/MBG-PLGA 支架的生物活性脂质和离子产物可以协同促进缺损区血管化骨再生[50]。
4.2 has-miR-199a-5p
研究表明，has-miR-199a-5p 可通过 HIF-1α 途径调节人 MSCs 在早期和晚期的成骨分化[51]。agomir 是化学修饰的 miRNA，可改善 miRNA 半衰期短、细胞摄取差、血液稳定性差等缺点。但是目前 agomir 的应用主要是直接注射到血液或者血清中，可能会引起疼痛、感染、破坏血管等相关副作用。为了解决这些问题，Chen 等[51]将 has-miR-199a-5p agomir 与壳聚糖纳米颗粒混合，形成纳米颗粒/has-miR-199a-5p agomir 质粒（纳米颗粒/agomir）复合物，实验表明复合物中的 has-miR-199a-5p 稳定并上调了 HIF-1α 的水平，并通过 HIF-1α-Twist1 途径促进早期成骨；随后将该复合物植入大鼠胫骨缺损处，发现该复合物可以促进缺损部位的骨修复。
5 总结及展望
治疗感染、创伤、肿瘤等导致的大型骨缺损一直是临床难题，利用传统骨组织工程技术修复骨缺损时，由于缺损部位早期血管化不佳，往往难以取得满意的骨再生效果。而缺氧模拟剂可以在骨缺损部位激活 HIF-1α 通路，促进骨再生与血管形成，有效解决了骨缺损部位早期血管化不足的问题，这为临床修复骨缺损提供了一种全新的办法。目前研究常用的缺氧模拟剂，如 DFO、DMOG 等，在促进血管形成与骨再生方面显示出了良好效果，但是应用于临床时需要考虑相关副作用。FG-4592、FTY720、has-miR-199a-5p 等新型小分子物质靶向特异性更高、安全性更好，为骨组织工程提供了新的缺氧模拟剂选择。然而以上缺氧模拟剂在骨组织工程中应用时间均较短，相关不良反应和临床潜能以及其促进骨再生的确切机制尚不明确，还需要更多高质量的研究进一步发掘探索。
作者贡献：任思聪负责综述构思及设计、观点形成、资料收集、文章撰写；周延民负责综述立题、构思建议、文章初稿的全篇修改；刘艺萍、朱彦霖负责综述构思建议及文章初稿的全篇修改；王莹莹、刘鳗萱协助观点形成及资料收集。
利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。
利用组织工程技术修复骨缺损是近年研究热点，然而由于缺损部位早期血管化不足，种子细胞植入后常因无法获得充足营养物质而发生坏死[1]。因此，骨缺损部位的早期血管化对于骨修复至关重要[2-4]。缺氧诱导因子 1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）通路在调控血管形成和骨再生过程中起重要作用，脯氨酸羟化酶（proline hydroxylase，PHD）是 HIF-1α 降解过程中的关键调控酶。在低氧条件下，PHD 对 HIF-1α 的羟基化作用会被抑制，导致 HIF-1α 的积累，进而 HIF-1α 与 HIF-1β 结合形成二聚体，该二聚体进入细胞核内与靶基因启动子中的 HIF-响应元件结合，从而诱导一系列基因表达[5]，其中包括许多与骨组织再生和血管形成相关的基因[6-8]。因此，上调 HIF-1α 水平有利于缺损部位的早期血管化和骨修复[9-10]，这为利用骨组织工程修复骨缺损提供了新思路。
近年研究发现，缺氧模拟剂可以通过竞争性抑制内源性铁离子或氧化戊二酸来抑制 PHD 对 HIF-1α 的降解，稳定并上调 HIF-1α 水平，从而促进血管形成和骨再生[11-12]。为此，学者们在骨组织工程研究中利用各种缺氧模拟剂激活 HIF-1α 通路，并取得了一系列重要进展。目前研究常用的缺氧模拟剂包括铁螯合剂、氧化戊二酸竞争类似物、新型 PHD 抑制剂等。现对应用于组织工程中的缺氧模拟剂作一综述，为临床和基础研究中应用缺氧模拟剂促进血管形成和骨再生提供参考。
1 铁螯合剂
1.1 去铁胺（deferoxamine，DFO）
DFO 是美国食品药品监督管理局（FDA）批准应用的铁螯合剂，可以抑制 PHD 的活性，因此可以作为一种有效的缺氧模拟剂来激活 HIF-1α 通路，促进血管形成和骨再生[13-14]。但 DFO 存在细胞毒性高、半衰期短以及具有靶外效应等缺点，限制了其进一步应用[15]。
为了克服 DFO 的这些缺点，目前的一种策略是将 DFO 共价结合在聚合物支架上。明胶纳米纤维支架（nanofibrous gelatin，GF）的物理结构和化学组成与天然骨基质相似，具有促进干细胞成骨分化和加速骨形成等优点[16]。Yao 等[17]将 DFO 共价结合到仿生 GF 上形成 GF-DFO 支架，将其用于修复颅骨缺损小鼠模型，结果显示该支架能促进缺损部位骨形成。值得注意的是，与单纯 DFO 相比，GF-DFO 支架对人 MSCs 的细胞毒性明显降低，还能提高人 MSCs 中 VEGF 的表达水平。除此之外，还可通过在支架中添加其他生物活性成分来与 DFO 协同提高骨再生能力。Yao 等[18]开发了一种结合硅酸盐纳米颗粒的 3D-GF 支架，用于 BMP-2 和 DFO 的双重输送。在该支架中，大孔径硅酸盐纳米颗粒包裹 BMP-2 构成了 BMP-2 缓释系统，同时 DFO 通过与支架中的壳聚糖共价偶联降低了其细胞毒性，并延长了半衰期。实验数据表明，DFO 和 BMP-2 从支架中释放后，依然保持了促进血管形成和骨再生能力，释放的 DFO 更是显著增强了 BMP-2 诱导人 MSCs 成骨分化的能力。
DFO 给药形式以静脉输注为主，但传统的给药形式需要患者长期卧床，舒适度差，患者依从性不佳[19]。Drager 等[20]对兔长骨缺损模型每天注射 40 mg DFO，连续注射 14 d，发现兔骨组织内 HIF-1α 水平上调，新骨形成显著增加，但这种给药方式存在疼痛、感染、破坏血管等副作用。为了达到相同的治疗效果并减少副作用，Hadidi 等[21]设计并制备了聚己内酯和聚环氧乙烷组成的聚合物微球，通过熔融工艺将 DFO 包裹在微球内，形成可降解的仿生缺氧微球，该方法能优化药物释放速率，可以达到 14 d 内重复注射 DFO 的效果，因无需多次注射给药，从而避免了相关副作用。
1.2 金属离子
金属离子是生物体内细胞酶的辅助因子，在各种信号传递中起着至关重要的作用[22]。已有研究表明钴、铜、镁等金属离子可在细胞内激活 HIF-1α 通路[23-24]。
1.2.1 钴离子
长期以来，钴离子尤其是氯化钴（CoCl2）被用于稳定和上调 HIF-1α 水平，以模拟缺氧环境，从而促进血管生成与骨再生[25]。Kulanthaivel 等[26]采用氨沉淀法制备了掺杂二价钴离子的羟基磷灰石材料，这种材料可以促进 MG-63 细胞 HIF-1α、VEGF 以及 Runx2、Osterix 的表达，形成更多矿化结节，表明该材料能有效促进成骨分化。
Quinlan 等[27]将含有钴离子的生物活性玻璃与优化骨修复的胶原糖胺聚糖（collagen glycosaminoglycan，CG）支架相结合，制备了钴生物活性玻璃-CG 支架。结果表明，该支架释放的钴离子能在常氧条件下激活 HIF-1α 通路，稳定并上调 HIF-1α 水平，从而促进人脐静脉内皮细胞 VEGF 的表达，而且能使成骨前体细胞具有更高的 ALP 活性，加强了 CG 支架促血管形成和促骨再生的能力；另外含有钴离子生物活性玻璃的加入提高了 CG 支架的力学性能。
1.2.2 铜离子
铜是人体中重要的微量元素，铜离子也可以激活 HIF-1α 通路，从而促进血管形成和骨再生[28-31]。以下将介绍铜与 3 种不同支架在骨组织工程中调控 HIF-1α 的应用。
Li 等[32]将铜掺杂在聚磷酸钙（calcium polyphosphate，CPP）支架上，形成铜-CPP 支架，解决了单纯 CPP 支架的固有缺点，如机械强度低、在促血管化和诱导成骨方面效果不佳等[33-34]。而且，铜-CPP 支架具有大量微孔和中孔，有利于细胞的附着和生长。同时，该支架在体内外均能上调 HIF-1α 表达水平，促进血管生成和成骨。在成年日本大白兔骨缺损模型中，铜-CPP 支架与低氧预处理的 BMSCs 联合使用可以上调 HIF-1α、VEGF、ALP 和骨钙素的水平，更好地促进新骨形成[32]。
Zhang 等[35]制备了氧化石墨烯-铜纳米复合材料（graphene oxide-copper nanocomposites，GO-Cu），并将其涂覆在磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）支架表面，形成 CPC/GO-Cu 支架。实验数据表明，GO-Cu 涂层不仅不会影响 CPC 支架的骨传导性和力学性能，而且对大鼠 BMSCs 无明显细胞毒性，不会导致与 GO 和铜离子积累相关的副作用发生。除此之外，GO-Cu 涂层能增强大鼠 BMSCs 的黏附和成骨能力。实验证明，GO-Cu 能激活大鼠 BMSCs 的 HIF-1α 通路，还能通过 ERK1/2 信号传导途径进一步增强 VEGF 和 BMP-2 的表达。动物实验结果表明，CPC/GO-Cu 支架能显著促进大鼠颅骨缺损处的血管化与骨再生。
Wu 等[36]制备了含铜的介孔生物活性玻璃（copper-containing mesoporous bioactive glass，Cu-MBG）支架，MBG 生物活性高、孔径尺寸可控、活性位点多、比表面积大，具有良好的药物储存和缓释能力[37-38]。实验结果表明，Cu-MBG 支架及其离子提取物均可激活人 BMSCs 的 HIF-1α 通路，从而增加 VEGF 的表达，还可以通过提高人 BMSCs 成骨相关基因（如 ALP、骨桥蛋白、骨钙素等）的表达来促进人 BMSCs 的成骨分化。因此，Cu-MBG 支架可以显著促进血管生成及骨再生。
2 氧化戊二酸竞争类似物
二甲氧基烯丙基甘氨酸（dimethyloxalylglycine，DMOG）是一种具有细胞渗透性的小分子，可以通过模拟 2-氧化戊二酸辅酶因子来抑制 PHD 的活性，从而在常氧条件下稳定并上调 HIF-1α 的水平[39]。有实验进一步证明，DMOG 能显著促进 BMSCs 的成骨分化[40]。Jahangir 等[41]制备了可以递送 DMOG 小分子的海藻酸钠-明胶-磷酸三钙海绵支架，海藻酸钠-明胶-磷酸三钙海绵本身就具有良好的促进细胞黏附和增殖的能力[42]，DMOG 与其结合后进一步提高了支架的机械强度，显示出比单一支架更好的促血管形成和成骨能力。
Wu 等[43]开发了一种具有 DMOG 递送功能的 MBG 支架来模拟缺氧环境。通过调节 MBG 的介孔大小，可以有效地控制 DMOG 在 MBG 支架中的负载和释放。实验表明，在 MBG 支架中递送的 DMOG 激活了 HIF-1α 通路，稳定并提高了 HIF-1α 的水平，从而显著增加 VEGF 的表达，而且对人 BMSCs 没有细胞毒性作用。此外，在 MBG 支架中递送的 DMOG 能增强人 BMSCs 成骨相关基因（如 ALP、骨桥蛋白、骨钙素等）的表达，促进细胞成骨分化，表明具有 DMOG 递送功能的 MBG 支架在促进血管生成和干细胞成骨分化等方面均表现优异。
3 新型 PHD 抑制剂
3.1 罗沙司他（FG-4592）
FG-4592 是一种新型的小分子 PHD 抑制剂，可以选择性抑制 PHD，具有稳定 HIF-1α 的作用。与传统缺氧模拟剂相比，FG-4592 具有更高的靶向特异性，因此临床应用更安全[44-45]。Zhou 等[46]制备了负载 FG-4592 的纤维蛋白凝胶支架，并将其植入大鼠皮下组织工程室，实验表明添加在支架中的 FG-4592 能上调 HIF-1α 和 VEGF 水平，促进新生血管的成熟；划痕实验结果表明，FG-4592 能以剂量依赖方式促进内皮细胞迁移。除此之外，在生物安全性方面，该复合支架中的 FG-4592 不会触发大鼠全身缺氧反应。上述结果表明，FG-4592 在组织工程和其他需要局部血管化的领域（如伤口愈合）具有广阔应用前景。
3.2 辛伐他汀
近年研究发现，辛伐他汀可以通过抑制 PHD 的活性来保护 HIF-1α 不被降解[47]。Yu 等[48]制备了负载辛伐他汀的介孔羟基磷灰石微球（simvastatin-loaded mesoporous hydroxyapatite microspheres，S-MHMS），并将其与胶原基质结合，形成一种新型的 S-MHMS/胶原复合支架。在 MHMS 的帮助下，不溶于水的辛伐他汀得以均匀地结合到亲水性胶原基质中，达到持续释放目的。实验数据表明，S-MHMS 激活了 HIF-1α 通路，以浓度依赖方式显著促进 HIF-1α 和 VEGF 的表达，并明显上调大鼠 BMSCs 的 ALP、BMP-2、骨桥蛋白以及骨钙素水平，促进 BMSCs 成骨分化。在大鼠骨缺损模型中，S-MHMS/胶原支架有效促进了骨缺损部位的血管化和新骨形成，在修复骨缺损方面显示出了巨大潜力。
4 其他
4.1 芬戈莫德（FTY720）
FTY720 是由真菌代谢产物多球壳菌素衍生而来的鞘氨醇类化合物，可以被 SphK2 磷酸化形成 FTY720-磷酸，其可通过与多条信号通路交联，对细胞存活、增殖、分化及迁移等生物学行为发挥关键作用[49]。Li 等[50]采用超临界二氧化碳发泡技术制备了具有良好力学性能和降解性以及体外生物活性的 MBG 颗粒-聚乳酸-羟基乙酸[poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA]复合支架，并将生物活性脂质 FTY720 与该支架结合形成 FTY/MBG-PLGA 支架，该实验使用大鼠 BMSCs 和人脐静脉内皮细胞来评价 FTY/MBG-PLGA 支架的体外成骨和成血管作用。结果表明，FTY/MBG-PLGA 支架提取物通过激活 ERK1/2 途径上调大鼠 BMSCs 的 HIF-1α 水平。此外，大鼠颅骨缺损模型体内实验结果表明，来自 FTY/MBG-PLGA 支架的生物活性脂质和离子产物可以协同促进缺损区血管化骨再生[50]。
4.2 has-miR-199a-5p
研究表明，has-miR-199a-5p 可通过 HIF-1α 途径调节人 MSCs 在早期和晚期的成骨分化[51]。agomir 是化学修饰的 miRNA，可改善 miRNA 半衰期短、细胞摄取差、血液稳定性差等缺点。但是目前 agomir 的应用主要是直接注射到血液或者血清中，可能会引起疼痛、感染、破坏血管等相关副作用。为了解决这些问题，Chen 等[51]将 has-miR-199a-5p agomir 与壳聚糖纳米颗粒混合，形成纳米颗粒/has-miR-199a-5p agomir 质粒（纳米颗粒/agomir）复合物，实验表明复合物中的 has-miR-199a-5p 稳定并上调了 HIF-1α 的水平，并通过 HIF-1α-Twist1 途径促进早期成骨；随后将该复合物植入大鼠胫骨缺损处，发现该复合物可以促进缺损部位的骨修复。
5 总结及展望
治疗感染、创伤、肿瘤等导致的大型骨缺损一直是临床难题，利用传统骨组织工程技术修复骨缺损时，由于缺损部位早期血管化不佳，往往难以取得满意的骨再生效果。而缺氧模拟剂可以在骨缺损部位激活 HIF-1α 通路，促进骨再生与血管形成，有效解决了骨缺损部位早期血管化不足的问题，这为临床修复骨缺损提供了一种全新的办法。目前研究常用的缺氧模拟剂，如 DFO、DMOG 等，在促进血管形成与骨再生方面显示出了良好效果，但是应用于临床时需要考虑相关副作用。FG-4592、FTY720、has-miR-199a-5p 等新型小分子物质靶向特异性更高、安全性更好，为骨组织工程提供了新的缺氧模拟剂选择。然而以上缺氧模拟剂在骨组织工程中应用时间均较短，相关不良反应和临床潜能以及其促进骨再生的确切机制尚不明确，还需要更多高质量的研究进一步发掘探索。
作者贡献：任思聪负责综述构思及设计、观点形成、资料收集、文章撰写；周延民负责综述立题、构思建议、文章初稿的全篇修改；刘艺萍、朱彦霖负责综述构思建议及文章初稿的全篇修改；王莹莹、刘鳗萱协助观点形成及资料收集。
利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。