Cell Stem Cell | Josef Penninger/王经强等构建“自带胰岛特异性血管”的类器官，显著提升干细胞来源胰岛移植疗效|内皮|特异性血管|王经强|细胞|胰岛移植|血管化

1型糖尿病（T1D）是一种由自身免疫介导的胰岛β细胞破坏引发的慢性代谢疾病，尽管外源性胰岛素治疗已被广泛应用，患者仍需承受频繁注射的负担和长期并发症的风险。胰岛移植能够稳定血糖，但供体胰腺来源极为有限。因此，由人胚胎干细胞（hESC）或诱导多能干细胞（hiPSC）分化而来的胰岛类器官（pancreatic islet organoids，PIOs）被视为极具前景的替代来源。然而，移植后48小时内即有大量β细胞死亡，其重要原因之一是移植物血管化不足造成的缺氧微环境。此前的类器官血管化策略多依赖人脐静脉内皮细胞（HUVEC），但HUVEC属于大血管内皮，难以重现器官特异性的微血管特征。如何在体外构建带有胰岛特异性血管的类器官，一直是领域内的重要难题。

近日，加拿大英属哥伦比亚大学Josef M. Penninger团队在Cell Stem Cell上发表题为Organotypic vascularization improves maturation of human stem cell-derived islets and restores normoglycemia in diabetic mice的研究论文。该研究将人血管类器官（blood vessel organoids，BVOs）与干细胞来源胰岛共培养，构建出带有器官特异性（organotypic）毛细血管网络的血管化胰岛类器官（vascularized PIOs，VPIOs），并在糖尿病小鼠中实现了长期血糖正常化。

研究人员首先利用AggreWell微孔板从iPSC制备大小均一的血管类器官，其中包含内皮细胞、周细胞及血管基底膜。将干细胞来源的胰岛细胞与预先制备的血管类器官共培养后，二者自组织形成VPIOs。VPIOs内部形成致密的毛细血管网络，可见紧邻β细胞的血管管腔和周细胞，血管密度与原代人胰岛相当。

更重要的是，这些血管获得了胰岛特异性特征。透射电镜显示，VPIO内皮细胞与原代胰岛一样具有“窗孔”（fenestration）结构，而单独培养的血管类器官中几乎看不到。单细胞测序也显示，VPIO内皮细胞高表达窗孔和血管通透性相关基因，转录特征最接近胰腺内分泌相关内皮。机制上，β细胞分泌的VEGFA是驱动这一特化的关键：抑制VEGFR2会减少窗孔，而高剂量VEGFA则可在血管类器官中诱导窗孔形成。

在体外，血管化部分促进了β细胞成熟：成熟胰岛素颗粒比例升高，线粒体功能增强，MAFA、UCN3等成熟标志物表达增加，葡萄糖刺激的胰岛素分泌也优于未血管化的类器官，但仍未达到成人原代胰岛的水平。同时，VPIO β细胞对缺氧和内质网应激的抵抗力显著增强：在1%低氧条件下培养40小时后，未血管化类器官中近70%的β细胞死亡，而VPIOs中的β细胞死亡明显减少。进一步研究发现，血管细胞分泌的BMP4是介导这一保护作用的关键因子之一。

随后，研究人员将类器官移植到临床可及但血供相对匮乏的皮下部位。移植后早期，VPIOs中的β细胞死亡明显减少；移植2周和8周后，移植物内形成以人源血管为主的致密血管网络，并与小鼠血管直接相连，约40%的人源血管可被血流灌注。在糖尿病小鼠中，接受VPIOs移植的13只小鼠中有11只在2个月内恢复正常血糖，疗效与原代人胰岛相当；而未血管化的类器官组14只中仅2只恢复。葡萄糖耐量和人C肽水平同样与原代人胰岛组相当。此外，将两种类器官简单混合移植效果不佳，说明体外预血管化是关键。

总的来说，该研究利用血管类器官构建了带有胰岛特异性窗孔血管的人干细胞来源胰岛类器官，并揭示了胰岛细胞与血管之间的双向“对话”：β细胞通过VEGFA指导内皮获得胰岛特异性身份，而血管则通过ECM信号和BMP4等旁分泌因子促进β细胞成熟与存活。VPIOs在体内能与宿主循环快速整合，并在临床可及的皮下部位逆转糖尿病，为干细胞来源胰岛移植治疗1型糖尿病提供了新策略，也为研究人类内分泌–血管互作提供了新模型。

作者同时指出，VPIOs中仍含少量外分泌/导管样细胞和成纤维样细胞，其长期安全性有待评估；移植前使用的Matrigel不适合临床，需要开发成分明确的替代基质；β细胞体外成熟仍不完全，相关血管信号有待进一步解析。