太极阴阳：北京大学王凯团队血管类器官研究登上Cell Stem Cell封面

来源：生物世界 2025-08-09 17:38

该研究开发了一种通过正交激活血管细胞命运决定转录因子 ETV2 和 NKX3.1 以快速生成功能化血管类器官的新方法。

对于几乎所有组织都至关重要，它们输送营养物质和氧气，调节止血，并调节炎症反应。在发育过程中，血管系统塑造器官形成，并支持出生后的组织生长和修复。血管微环境还维持着群。因此，重建功能性血管网络对于基础和转化血管生物学都具有基础性意义。

血管类器官（Vascular Organoid，VO）已成为研究血管发育、疾病和再生医学的宝贵工具重要模型，通过人多能干细胞（hPSC）定向分化为功能性血管所需的两种关键细胞类型 内皮细胞（EC）和血管壁细胞（MC），可以构建出具有可灌注功能的三维血管网络。此类模型不仅能够模拟内皮细胞与血管壁细胞之间的动态相互作用，还可重现器官特异的血管微环境。然而，独立控制内皮细胞和血管壁细胞仍然具有挑战性，这限制了血管类器官在血管研究以及临床转化的潜力。

2025年6 月 13日，北京大学基础医学院/血管稳态与重构全国重点实验室/细胞稳态与衰老性重大疾病北京研究中心王凯课题组与美国哈佛医学院/波士顿儿童医院Juan Melero-Martin团队合作（哈佛医学院/波士顿儿童医院博士后公丽岩为第一作者）在Cell Stem Cell期刊发表了题为：Rapid generation of functional vascular organoids via simultaneous transcription factor activation of endothelial and mural lineages的研究论文。该论文近日被选为Cell Stem Cell期刊封面论文。 该研究开发了一种通过正交激活血管细胞命运决定转录因子ETV2 和 NKX3.1 以快速生成功能化血管类器官的新方法，该方法能够在 5 天内从 iPSC 大量生成尺度大小均一的血管类器官，并建立了可调控的血管谱系差异模型，还在缺血再灌注治疗和胰岛移植中的展示了其应用潜力。

该封面图片展现了人类多能干细胞向两种不同血管谱系 内皮细胞和血管壁细胞的双重分化，以两个相互交织的半球来呈现，象征着一种平衡而又动态的系统，其灵感源自阴阳的概念。这种圆形结构反映了血管发育的和谐二元性，与太极图的形状相呼应。内部的分支结构让人联想到血管网络的形成，蓝色和红色的色调暗示着谱系的特化和功能的分化。从土壤/培养皿中长出的根状延伸部分，象征着血管细胞从多能性起源（iPSC）中分化出来。宇宙星空背景和漂浮的矩阵暗示了干细胞所蕴含的巨大且尚未充分开发的再生潜能。该封面图片旨在直观展现人类多能干细胞中可控的、谱系特异性血管类器官形成过程的本质。

在这项研究中，研究团队提出了一种通过使用多西环素诱导或 modRNA 调控系统对转录因子ETV2和NKX3.1进行正交激活，从而从诱导多能干细胞（iPSC）生成血管类器官（VO）的简化方法。

这种方法能够高效地共分化诱导内皮细胞（iEC）和诱导血管壁细胞（iMC），在 5 天内无需细胞外基质（ECM）包埋即可生成功能性的 3D 血管类器官。这些血管类器官在接触细胞外基质后进一步成熟，形成了更大且结构更完善的血管。单细胞 RNA 测序揭示了血管异质性，转录因子表达的时序调控会导致血管谱系偏倚：短时激活ETV2（1天）更易获得动脉样iEC，而长时激活（3天）则促进静脉样或具更高血管新生潜能的 iEC，在体内移植中形成更多灌注血管。

在体内，植入缺陷小鼠的血管器官（VOs）形成了有灌注的血管，并在后肢缺血和胰岛移植模型中促进了血管再生。

进一步体内实验表明，将这些血管类器官植入免疫缺陷小鼠体内后，形成了有血液灌注的血管，并在下肢缺血模型和胰岛移植模型中促进了血管重建。

该研究的核心突破：

通过正交激活转录因子，可从 iPSC 快速生成血管类器官； iEC 和 iMC 的同时分化驱动成熟且功能正常的血管形成； 转录因子激活时间调节血管细胞的身份和异质性； 血管类器官可在缺血和移植模型中植入并重建血管系统。

总的来说，这项研究确立了一个快速且多用途的血管器官（VO）平台，具有广泛的潜力，可用于血管建模、疾病研究和再生细胞治疗。

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