Cell：科学家揭秘人类血管类器官发育过程中的细胞状态转变和命运决定机制

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Cell：科学家揭秘人类血管类器官发育过程中的细胞状态转变和命运决定机制. l0 z- n0 `. d1 R
1.        基因编辑
6 [( i% V2 e. l  I& ]2.        类器官
+ Y; t3 n% _8 [: J! t- K% e8 I3.        血管疾病9 _9 F+ a% g& M* ^8 A
来源：生物谷原创 2025-04-29 13:29
. B. x5 U, q5 f" R, U, ^这项研究综合运用了单细胞多组学技术和基因编辑技术，为研究人类血管发育和疾病提供了一个全新的视角；通过构建详细的细胞状态图谱，他们就能精准追踪细胞分化过程中的基因表达变化和调控网络。
) ^$ z) Q* @: K0 |0 i在现代医学的浩瀚星空中，血管疾病如同一颗隐藏的暗星悄然威胁着人类的健康。从心脏病到糖尿病，血管功能障碍常常是幕后黑手；然而传统的研究方法如同在夜空中寻找北极星，困难重重。如今，随着干细胞技术和单细胞测序技术的飞速发展，科学家们仿佛拥有了“望远镜”，能够深入探索血管形成的微观世界。
* k* y8 }; z8 _( f4 r- `近日，一篇发表在国际杂志Cell上题为“Fate and state transitions during human blood vessel organoid development”的研究报告中，来自苏黎世联邦理工学院等机构的科学家们通过研究揭示了人类血管类器官（hBVOs）的神秘面纱，并探索其在疾病建模和再生医学中的巨大潜力。
4 u8 r# G. L" L3 m  [) K血管疾病是全球范围内的主要健康威胁之一，其复杂性在于血管系统在人体内扮演着至关重要的角色。从营养物质的运输到废物的排出，血管的健康直接关系到整个身体的正常运转。然而，研究血管疾病的传统方法往往受限于模型的不准确性和复杂性。为了突破这一瓶颈，这项研究中，研究人员致力于开发一种能够精准模拟人类血管发育和疾病的模型系统。人类血管类器官（hBVOs）应运而生不仅能模拟血管的自然发育过程，还能为研究血管疾病提供一个高度可控的实验平台。这项研究中，研究人员核心目标是通过单细胞多组学技术全面解析hBVOs的细胞状态转变和命运决定机制，并揭示其在疾病建模和再生医学中的应用潜力。
2 [  w! b! l2 i6 T+ `% h7 e9 j研究者表示，他们实验的核心对象是人类血管类器官（hBVOs），其是由人类多能干细胞（hPSCs）分化而来的三维结构，其能模拟血管的发育过程。首先研究人员利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术对hBVOs在不同发育阶段的细胞进行详细地转录组分析，通过这种方法，他们就能追踪细胞从多能干细胞到成熟内皮细胞和壁细胞的分化路径；此外，为了深入理解基因调控网络，研究人员还结合单细胞染色质可及性测序（scATAC-seq）揭示了基因表达调控的分子机制。实验过程中，研究人员巧妙地利用了CRISPR-Cas9基因编辑技术对多个关键基因进行了敲除实验，旨在评估这些基因在血管细胞命运决定中的作用。通过这些综合手段，他们构建了一个全面的hBVOs细胞状态图谱，并揭示了多个关键转录因子和信号通路在血管发育中的调控作用。
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单细胞多组学分析能揭示hBVOs在发育过程中细胞异质性和分化轨迹的复杂性。研究人员发现，中胚层祖细胞在体外能分化为内皮细胞和壁细胞，而移植后的BVOs则能进一步获得明确的动脉和静脉内皮细胞特征。通过基因编辑实验，研究人员鉴定了一系列在血管细胞命运决定中起关键作用的转录因子，包括MECOM在壁细胞分化中的重要作用。此外他们还通过小分子药物干预和转录因子过表达实验成功诱导了hBVOs向特定器官特异性血管状态转变，比如通过LEF1过表达来增加hBVOs的脑血管特异性，这些研究发现不仅为理解血管发育的分子机制提供了宝贵的资源，也为开发针对血管疾病的新型治疗方法奠定了一定的基础。
' ^1 F* l+ d, E研究者表示，这项研究综合运用了单细胞多组学技术和基因编辑技术，为研究人类血管发育和疾病提供了一个全新的视角；通过构建详细的细胞状态图谱，他们就能精准追踪细胞分化过程中的基因表达变化和调控网络。此外实验中对hBVOs的器官特异性诱导和疾病建模尝试也展示了其在再生医学和疾病治疗中的巨大潜力。% H; R/ L* i' ~- R7 A9 x% I
然而，本文研究也存在一些局限性，比如hBVOs的培养过程较为复杂，且在模拟体内环境方面仍存在挑战。未来研究中，研究人员还需要进一步优化培养条件并探索更多信号通路和转录因子的组合，从而实现更精准的器官特异性血管建模，同时，将hBVOs应用于临床治疗还需要克服免疫排斥和长期稳定性等难题。
3 d3 b3 O# v2 m* v. c血管类器官作为现代医学研究的前沿成果，为科学家们提供了一个独特的窗口来窥探血管发育的奥秘。从实验室的培养皿到临床应用的广阔天地，hBVOs承载着治愈血管疾病的希望，尽管前路漫漫，但科学家们的每一步探索都离目标更近了一步。（生物谷Bioon.com）4 T% g# r4 ?/ U6 P- e* k0 ^
参考文献：
0 G( M: E9 Z" QMarina T. Nikolova，Zhisong He，Makiko Seimiya, et al. Fate and state transitions during human blood vessel organoid development, Cell (2025) doi:10.1016/j.cell.2025.03.037
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