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撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
静脉畸形（Venous malformation，VM）是最常见的血管畸形，其表现为静脉扩张和不规则的平滑肌细胞（SMC）覆盖，导致明显的不适、解剖结构变形和器官功能障碍。目前的治疗方法（包括硬化治疗和手术切除）都是侵入性的，难以根治，且复发率很高。还没有经美国食品药品监督管理局(FDA)批准的药物可以用于治疗VMs，尽管在临床试验中，口服西罗莫司/雷帕霉素显示出了希望，但目前还没有获得美国FDA批准的药物可用于静脉畸形的治疗。该疾病的药物发现面临的主要障碍是缺乏成本效益高且高保真度的疾病模型。传统的通过转基因动物育种的方法不适合用于研究静脉畸形，这是因为导致静脉畸形的体细胞突变通常具有非遗传性，这使得产生足够的疾病模型变得不切实际。2024年11月22日，北京大学王凯、王茜、孔炜、谢正伟等人在 Cell Stem Cell 期刊发表了题为：Generation of iPSC-derived human venous endothelial cells for the modeling of vascular malformations and drug discovery 的研究论文。该研究利用干细胞技术和基因组编辑技术，生成了iPSC来源的人静脉内皮细胞，进而成功构建了静脉畸形（VM）模型，在该模型中利用深度学习和DRUG-seq技术，识别出博苏替尼（bosutinib）是一种潜在的静脉畸形治疗药物，在体外和体内有效地挽救了疾病表型。静脉畸形（VM）是一种常见的血管畸形，通常是由静脉内皮细胞（VEC）中的非遗传性体细胞突变引起。缺乏可靠的静脉畸形疾病模型阻碍了对该疾病的药物发现。体细胞的TIE2 L914F（2740 C>T）突变是静脉畸形（VM）最常见的致病突变。TIE2是受体酪氨酸激酶亚家族成员，主要表达于内皮细胞（EC），在血管生成、血管重塑、成熟和完整性方面发挥重要作用。携带这种体细胞突变的VM来源的内皮细胞 （VM-EC）被认为是创建患者特异性疾病模型的金标准，因为它们携带了患者独特的遗传背景。尽管如此，与正常的内皮细胞相比，突变的内皮细胞非常罕见，由于病变样本有限和费力的细胞纯化过程，获取足够的细胞用于下游应用非常困难。作为一种替代方案，工程化改造人脐静脉内皮细胞（HUVEC）使其过表达TIE2-L914F突变的多个拷贝，已成功用于构建静脉畸形模型。然而，这种方法仍有局限性。首先，患者来源VM-EC通常只携带一个拷贝的TIE2-L914F突变，并且疾病严重程度可能与基因剂量相关，因此，HUVEC的多拷贝突变无法复现这一点。此外，HUVEC缺乏患者VM的特定遗传背景，在大量体外培养和操作后可能会失去静脉表型。另一个问题是HUVEC的增殖能力有限，这阻碍了大规模药物筛选的可行性。为了克服这些挑战，对人诱导多能干细胞（iPSC）进行基因组编辑提供了一个有希望的解决方案，可以产生大量具有特定突变的内皮细胞，从而构建VM-EC，为研究VM和开发治疗药物提供了更准确和可扩展的模型。在这项最新研究中，研究团队在iPSC细胞的TIE2基因位点引入了一个杂合的L914F突变，准确地捕获了VM的体细胞突变。考虑到该突变的表型可能是内皮细胞谱系特异性的，研究团队进一步开发了一个强大的方案，通过操纵关键信号通路将iPSC分化为静脉内皮细胞（iVEC）和动脉内皮细胞（iAEC）。值得注意的是，在体外和体内实验中，携带TIE2突变的静脉内皮细胞（iVEC）均能复制出静脉畸形（VM）表型。最后，研究团队将灵素系统（DLEPS，基于深度学习的药效预测系统）和DRUG-seq（一种高通量药物筛选RNA测序技术）相结合，在上述VM疾病模型中进行了药物筛选，确定了博苏替尼（bosutinib，一种Src/Abl酪氨酸激酶双重抑制剂，已于2012年获得FDA批准用于治疗白血病）是一种潜在的静脉畸形治疗药物，在体外和体内有效地挽救了疾病表型。
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值得一提的是，这项工作是王凯课题组近年来在“干细胞与血管类器官”方向上一系列工作的延续：1）基于转录因子的无偏差筛选，发明了一种利用转录因子ETV2的瞬时激活定向诱导干细胞高效分化成血管内皮细胞的方案（Science Advances 2020）和利用转录因子NKX3.1的瞬时激活定向诱导干细胞分化成血管壁细胞的方案（Nature Communications 2024）。进一步利用动态生物反应器诱导干细胞自组装和分化形成动脉和静脉血管类器官，可以用于主动脉疾病、血管畸形和脑血管病的模拟 （Advanced Science 2024，Cell Stem Cell 2025）；2）构筑基于三维仿生图形化多孔支架的血管化人工胰腺用于糖尿病的治疗（ACS Appl. Mater. Interfaces 2024；Advanced Materials 2017；Biomaterials 2016, 2017）。
课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/kai_wang_pku，诚邀志趣相投的本科生、研究生和博士后的加盟。
论文链接：
https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(24)00377-1![]()
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