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血管类器官（VascularOrganoid, VOs）已成为心血管研究领域的重要模型，通过人多能干细胞 (hPSC) 定向分化为内皮细胞、周细胞和平滑肌细胞等，可以构建出具有可灌注功能的三维血管网络。该模型不仅能够模拟内皮细胞与周围细胞（如平滑肌细胞）之间的动态相互作用，还可复现器官特异的血管微环境。VOs在模拟血管发育、血管疾病、药物筛选和再生医学等多个方向均展现出巨大的潜力。然而，当前已有的分化方案还存在诸多问题，包括分化异质性大，分化时间长，基质胶和生长因子依赖，成本高昂、血管细胞不成熟，体内成血管能力低等问题限制了VOs在血管研究和临床转化的潜力。

2025年6月13日，来自51直播-51直播网 /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的王凯课题组联合美国哈佛医51直播 /波士顿儿童医院的Juan Melero-Martin团队合作在Cell Stem Cell发表题为Rapid generation of functional vascular organoids via simultaneous transcription factor activation of endothelial and mural lineages的文章，报道了正交激活血管细胞命运决定转录因子ETV2和NKX3.1快速生成VOs的新方法。该方法能在5天内大量生成尺度大小均一的VOs，具有基底-顶层极化的管腔化血管结构以及成熟多样的内皮细胞和平滑肌细胞群体。体内实验表明，正向编程生成的VOs在局部注射后具有治疗缺血疾病（eg.下肢缺血）的潜力。如果实行VOs联合胰岛的共移植，也能促进胰岛移植后的快速血管化和功能正常化，从而治疗糖尿病。总之，正向编程驱动干细胞快速生成血管类器官的新方法，摆脱了传统类器官制备所需的基质胶和生长因子，极大改善血管类器官的异质性，降低分化成本，为缺血疾病和糖尿病等疾病的细胞治疗提供了均一可靠稳定的功能性血管类器官（VOs）。

在干细胞分化产生血管内皮细胞的过程中，转录因子ETV2起到了决定性的作用，该团队曾报道引入外源的化学改性ETV2mRNA，瞬时产生ETV2蛋白，进而定向控制干细胞朝向内皮细胞分化。最短仅需2天时间即能够将13株不同来源的iPSC高效分化为有功能的内皮细胞，分化效率均超过95%（SciAdv2020）。紧接着，王凯课题组与Juan Melero-Martin合作研究发现在干细胞中激活转录因子NKX3.1，能够生成血管壁细胞(mural cells)，具有收缩和分泌表型，并能调节内皮细胞功能（NatCommun2024）。至此，血管类器官中最主要的两种细胞类型都可以通过激活转录因子进行正向编程的方式获得，为接下来血管类器官分化新方案的研究打下了坚实基础。

基于前期工作，研究团队建立了dox-ETV2-iPSC 和dox-NKX3.1-iPSC细胞系，通过激活Wnt通路分别分化为中胚层祖细胞，混合3D培养并加dox激活转录因子表达，在第5天得到大小均一的血管类器官团，平均直径约250µm。其中iEC（EndothelialCells）表达标志物CDH5和PECAM1，并形成CD31阳性的管腔结构；iMC（Mural Cells）表达标志物ACTA2和MYH11，部分细胞包绕在内皮管腔周围。将VOs移植到免疫缺陷小鼠的肾包膜下，第14天可观察到可灌注的人血管网络。测序结果表明，VOs中iEC和iMC相较于2D培养的细胞更成熟。将分化5天的VOs包裹在基质胶和胶原组成的细胞外基质中可促进VOs进一步成熟，在血管结构和标志物表达水平上优于无ECM成熟组。其中，iEC动脉内皮标志物水平上调，iMC中周细胞标志物下调，收缩表型平滑肌细胞的标志物上调。

为消除转座子系统插入转录因子表达序列对基因组的影响，研究团队利用电转mRNA激活ETV2和NKX3.1表达，实现基因组无痕分化。通过比较dox诱导组与mRNA激活组分化出VOs的特征，研究团队发现持续激活转录因子表达导致iEC分群更明显，包含动脉样、静脉样和其他内皮细胞，增殖活性更强，移植后形成的血管密度更高；而短期激活得到的iEC主要为动脉样内皮，体内成血管网络能力弱于前者。单细胞测序结果进一步揭示了转录因子激活时长不同导致的VOs细胞分群差异。

公丽岩博士后为文章的第一作者，北京大学第三医院临床干细胞研究中心/女性生育力促进全国重点实验室/临床高等研究院的王茜研究员对于细胞移植和疾病模型等方面提供了重要帮助。上述研究受到国家自然科学基金委员会“面上”和“培育”项目，国家卫健委“四大慢病“重大专项课题，北京市杰青，北京市科技新星，北京大学“临床医学+X”专项和“医学+X领航计划”等项目的资助。

论文链接：//authors.elsevier.com/c/1lG3f6tu0CtjNg

通讯作者简介：王凯博士，51直播-51直播网 生理学与病理生理学系，研究员，血管稳态与重构全国重点实验室PI。王凯在北京大学获得博士学位（2016），在哈佛医51直播 /波士顿儿童医院、康奈尔大学（2016-2021）接受博士后训练。他的实验室长期致力于干细胞、类器官和组织工程的学科交叉研究,试图从疾病模型、基因和细胞治疗的角度为包括心血管病和糖尿病等疾病的治疗提供解决方案。相关研究成果以通讯作者（含共同）发表在Cell Stem Cell (2025a, 2025b), Nat Commun (2024),Adv Sci (2024)等国际期刊。先后承担国自然（面上、培育）、北京市（杰青、科技新星）和四大慢病重大项目课题等。担任Microvascular Research副主编, Cell Organoid主编，Cell Transplantation编委以及Military Medical Research和Life Medicine等杂志的青年编委。担任生理学会青年工作委员会委员、解剖学会血管分会委员，血管与脉管畸形分会常委等。