《心血管研究》（Cardiovascular Research）于2022年发表的综述文章《updated perspectives on vascular cell specification and pluripotent stem cell-derived vascular organoids for studying vasculopathies》由伦敦玛丽女王大学威廉·哈维研究所的Chenxin Liu、Kaiyuan Niu和Qingzhong Xiao团队合作完成。该论文系统总结了多能干细胞（pluripotent stem cells, PSCs）分化为血管细胞的最新研究进展，重点探讨了血管类器官（vascular organoids）技术在血管病变研究中的应用前景。
血管病变（vasculopathy）是血管壁发生的病理过程，可影响所有重要组织/器官的稳态和生理功能，是心血管疾病等多种人类疾病的主要潜在病因。当前针对血管病变的药物干预效果有限，因此亟需开发新型靶向治疗药物或具有完全再生潜力的血管移植物。人类多能干细胞（human pluripotent stem cells, hPSCs）特别是诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）的出现，为心血管再生医学和疾病建模开辟了新途径。结合组织工程领域的技术突破，血管类器官的体外构建在过去十年取得了巨大进展。
文章详细阐述了hPSCs分化为血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells, VSMCs）和血管内皮细胞（vascular endothelial cells, VECs）的关键信号通路： - Notch信号通路：Notch3主要调控血管壁细胞（mural cells, MCs）发育，Notch1和Notch4则主导内皮细胞发育。研究表明，Notch受体-配体（如Dll4和Jagged1）的结合模式不同会产生相反的血管生成调控效果。 - Wnt信号通路：通过GSK3抑制剂（如CHIR99021）激活β-catenin依赖性通路，可促进中胚层诱导。实验证明Wnt3a过表达能通过上调转录因子LEF1增加成熟VECs数量。 - 其他通路：包括BMP、VEGF、PDGF等生长因子通路，以及Hedgehog和Hippo等发育相关通路。斑马鱼模型显示，Sonic hedgehog（Shh）通过诱导VEGF间接激活Notch通路，促进动脉细胞成熟。
支持证据包括： - 基因敲除实验显示Notch3缺失会导致动脉VSMCs发育缺陷 - 单细胞转录组分析证实Wnt激活可促进血管网络形成 - 动态剪切力实验证明机械刺激能加速iPSCs向内皮细胞分化
作者比较了三种主流分化方案： 1. 神经嵴干细胞途径：通过FGF-2诱导iPSCs分化为神经嵴干细胞（neural crest stem cells, NCSCs），再经TGF-β1处理获得VSMCs。该方案生成的血管移植物在小鼠模型中保持4周通畅。 2. 中胚层直接分化途径：采用BMP4联合CHIR99021诱导中胚层，再通过VEGF或PDGF-BB分别获得VECs和VSMCs。该方案分化周期缩短至14天，但缺乏机械刺激。 3. 流体剪切力辅助分化：在平行板流动腔中施加生理级剪切力（10-20 dyn/cm²），可促进内皮细胞管状网络形成，并上调Notch1信号表达。
关键技术突破包括： - 使用CRISPR-Cas9构建低免疫原性iPSCs（B2M-/-/CIITA-/-/CD47+） - 3D胶原-基质胶培养系统实现微血管网络自组装 - 96孔板高通量培养体系使血管类器官生成周期缩短至11天
论文系统总结了脑、肾、心脏等器官类器官的血管化方案： - 脑类器官：将iPSCs来源的内皮细胞（ETV2过表达）与神经球共培养，可形成具有血脑屏障特性的微血管网络 - 肾脏类器官：在millifluidic芯片中进行动态培养，可产生包含PDGFRβ+周细胞的灌注性血管 - 心脏类器官：按心肌细胞:成纤维细胞:内皮细胞=5:4:1的比例构建，显示出收缩和电生理活性
关键数据包括： - 血管化脑类器官的存活时间延长至6个月以上 - 肾类器官中CD31+内皮细胞浸润深度增加3倍 - 心脏类器官对药物刺激的收缩反应灵敏度提高40%
作者重点探讨了三方面应用： - 疾病建模：通过高糖和炎症因子处理，成功模拟糖尿病血管病变的基底膜增厚特征 - 药物筛选：在96孔板平台实现抗血管生成药物的高通量测试 - 再生医学：移植实验显示血管类器官能与宿主血管实现功能整合
典型案例包括： - 鉴定出Dll4-Notch3信号轴在糖尿病血管病变中的关键作用 - 发现剪切力敏感型microRNA-92a可调控内皮功能 - 开发出具有弹性纤维组织的工程化血管移植物
文章指出当前技术的五大局限： 1. 灌注问题：缺乏血液灌注系统限制类器官长期培养 2. 异质性控制：细胞组成比例难以精确标准化（如心脏类器官需精确控制三种细胞比例） 3. 动物源成分：基质胶（Matrigel）和胎牛血清（FBS）的批次差异影响可重复性 4. 成熟度不足：hPSCs来源的血管细胞代谢和功能不及原代细胞 5. 规模化生产：现有方案难以满足临床级数量需求（>10^9细胞/批次）
该综述的价值体现在： 1. 首次系统比较不同血管分化方案的效率差异（静态培养需21天 vs 流体刺激14天） 2. 提出”信号通路交叉对话”新观点（如Wnt-Notch协同调控内皮发育） 3. 建立血管类器官质量评估标准（包括管腔形成率、周细胞覆盖率等12项参数） 4. 为器官芯片（organ-on-a-chip）技术提供优化方案
这篇论文通过整合132篇最新文献，展示了干细胞衍生的血管类器官在疾病建模、药物开发和再生医学中的广阔前景，为后续研究提供了重要的方法论参考和理论框架。