学术研究报告：利用内皮细胞和类器官模拟动静脉畸形异常血管生成以开发药物治疗策略

第一作者及研究机构
本研究由韩国庆北国立大学医学院整形外科与细胞基质研究所的Eun Jung Oh、Hyun Mi Kim、Suin Kwak及通讯作者Ho Yun Chung共同完成，发表于2025年7月的期刊《Cells》（卷14，第1081页）。研究团队来自庆北国立大学医院及BK21 Four KNU生物医学科学教育项目。

学术背景与研究目标
动静脉畸形（Arteriovenous Malformations, AVMs）是一种先天性血管异常疾病，其特征是动脉与静脉之间缺乏毛细血管网而直接连通，导致血流动力学紊乱和局部组织损伤。传统治疗方法（如手术切除和血管内栓塞）存在创伤大、复发率高等问题，因此针对AVM分子机制的药物疗法成为研究热点。本研究旨在通过患者来源的内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）和类器官模型，评估沙利度胺（thalidomide）、U0126（MEK抑制剂）和雷帕霉素（rapamycin）三种药物的抗血管生成效果，为AVM的靶向治疗提供新策略。

研究流程与方法
1. 样本收集与细胞分离
- 研究纳入30例人类组织样本，包括10例AVM患者血管组织、10例AVM患者皮肤成纤维细胞（用于诱导多能干细胞重编程）及10例健康人血管组织作为对照。
- 通过酶消化法（胶原酶I和Dispase II）分离ECs，培养于内皮专用培养基（EMB-2）。

1. 药物处理与表型分析

   • 对AVM ECs分别施加沙利度胺（10 μM）、雷帕霉素（10 nM）和U0126（10 μM）处理24小时，以DMSO作为溶剂对照。
     
   • 免疫荧光染色：检测CD31（内皮标记）、VEGF（血管内皮生长因子）和Ang2（血管生成素-2）的表达变化。
     
   • qRT-PCR：分析血管生成相关基因（VEGF、Ang2、FSTL1、MARCKS、CSPG4）的表达水平。
     
   • 微RNA检测：通过TaqMan assay定量miR-135b-5p（AVM生物标志物）。
     
   • 体外血管形成实验：评估药物对ECs管状结构形成的影响。
     

2. AVM类器官模型构建

   • 将患者皮肤成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞（iPSCs），利用StemDiff™ Blood Vessel Organoid Kit分化为血管类器官（BVOs）。
     
   • 对类器官进行药物处理，通过全组织免疫荧光检测CD31和α-SMA（血管平滑肌标记）的表达变化。
     

主要研究结果
1. 药物抑制AVM ECs的增殖与血管生成
- 沙利度胺显著降低CD31和VEGF表达（p ≤ 0.01），并破坏ECs的管状结构形成（总分支长度减少80%）。
- miR-135b-5p在AVM ECs中表达上调17.38倍，沙利度胺处理后其水平接近正常（p < 0.0001）。

1. 基因表达谱变化

   • 沙利度胺和雷帕霉素上调CSPG4（与毛细血管稳定性相关），而U0126导致ECs广泛凋亡。
     
   • 促血管生成基因（VEGF、Ang2）在药物处理后均显著下调（p ≤ 0.05）。
     

2. 类器官验证药物效果

   • 药物处理的AVM BVOs中CD31阳性区域减少50%以上（沙利度胺组最显著），α-SMA表达同步下降，提示血管网络稳定性增强。
     

结论与意义
本研究首次结合患者来源的ECs和类器官模型，系统评估了三种药物对AVM的调控作用。沙利度胺通过抑制VEGF信号通路和miR-135b-5p，展现出最强的抗血管生成效果；类器官模型成功模拟了AVM病理特征，为药物筛选提供了生理相关性更高的平台。该研究的科学价值在于揭示了AVM的分子靶点，临床应用潜力在于为无法手术的患者提供非侵入性治疗选项。

研究亮点
1. 创新模型：利用iPSCs构建AVM类器官，弥补了传统动物模型与人体病理的差异。
2. 多维度分析：整合基因表达、miRNA调控和功能实验，全面解析药物机制。
3. 转化意义：沙利度胺作为老药新用，其安全性数据可加速临床转化进程。

其他价值
研究团队提出未来可通过微流控技术进一步优化类器官模型，实现个性化治疗筛选。此外，miR-135b-5p的发现为AVM的无创诊断提供了潜在生物标志物。