研究背景:骨内血管参与调控骨的生长与代谢,骨骼发育过程离不开血管的发生,血管对骨量和骨稳态维持具有重要作用,多种骨伤、病(骨折、骨质疏松、股骨头坏死等)与骨血管异常有关。骨血管内皮细胞作为骨内血管最重要的组成和功能细胞,通过旁分泌多种细胞因子调控骨形成过程。VEGF、BMPs、Endothelin、Noggin等均可促进骨形成,但现有报道的细胞因子数量有限,作用机理也未完全探明,不足以充分阐释复杂的血管-骨形成交联作用(Coupling)。近年发现骨组织内一种特殊的血管亚型(H型血管)对骨形成影响尤为显著,其特征为内皮细胞显著高表达CD31和EMCN,集中分布于长骨远端及骨内膜等骨重塑活跃的区域。H型血管对骨形成发挥重要的调控作用,与骨量、骨稳态的维持密切相关,促进H型血管的形成可能有利于各类骨相关伤、病的治疗,但其形成机理未明,其促进骨生长代谢的作用机理也还有很多未解之谜。mTORC1信号作为调控细胞代谢、生长、增殖和存活的中心调节子,可能是调控H型血管形成的关键因素。因此,探索内皮细胞mTORC1信号对H型血管的影响,以及进一步研究H型血管功能及其对骨形成和骨代谢的影响,发现并探索新的关键因子有着十分重要的意义。研究方法:通过比对老年性及绝经期后骨质疏松小鼠骨内皮细胞mTORC1活性,分析其对H型血管形成和维持的影响;构建内皮细胞特异基因敲除(Conditional knock out,CKO)小鼠、模式骨髓内皮细胞与对应的成骨、破骨和软骨细胞模型;通过比较CKO小鼠与同窝对照小鼠长骨内H型血管的数量及形态,分析小鼠形态学、骨量及骨密度差异,骨组织切片免疫组织化学染色标记成骨、破骨及软骨标志物比较内皮细胞mTORC1特异性失活小鼠骨结构、功能上的变化;通过siRNA干扰改变骨髓内皮细胞mTORC1活性,并将细胞上清分别作用于成骨细胞、破骨细胞及软骨细胞,比较上述细胞在增殖、分化、凋亡等细胞功能与状态上的差异变化;通过细胞因子芯片筛选到MFG-E8等新的关键细胞因子并探索其对骨形成的作用;在分子、细胞和动物水平整体研究H型血管及其分泌的细胞因子MFG-E8,探讨他们在骨生长、代谢中的作用和分子机理。研究结果:老年性及绝经期后骨质疏松小鼠骨内皮细胞mTORC1活性降低;内皮细胞mTORC1的活化促进H型血管形成和维持;内皮细胞mTORC1特异性失活小鼠出现骨量丢失的表型,成骨细胞数量减少,破骨细胞增多及发生软骨细胞堆积;H型骨血管内皮细胞mTORC1活化促进其分泌细胞因子MFG-E8;MFG-E8可促进成骨细胞介导的骨形成,还可促进内皮细胞吞噬清除凋亡软骨细胞和破骨细胞骨吸收。结论:mTORC1是调控骨H型血管形成和维持的关键信号,可介导内皮细胞分泌MFG-E8调控骨形成过程,MFG-E8或能成为骨伤、病临床治疗的新靶标。