文章詳情：科研貓
糖尿病影響着全球數億人的健康，其可引發多種嚴重并發症，如失明、腎衰竭、心髒病發作、中風和截肢，究其原因是血管病變所緻，如血管基底膜的擴張和血管細胞的丢失。糖尿病還會損害内皮細胞的功能，擾亂内皮細胞與周皮細胞的通訊。
該研究報道了通過誘導多能幹細胞自發形成的三維人血管類似物。該類血管模型包含内皮細胞和周細胞，它們可以自發組裝成毛細血管網絡，并由基底膜包裹。移植到小鼠體内的類血管可在動脈、小動脈和靜脈形成穩定的灌注血管樹。
體外實驗證明，該類血管暴露于高血糖和發炎細胞因子時，其血管基底膜會增厚。在小鼠體内實驗中，暴露于糖尿病環境中的類血管，也可模拟糖尿病患者的微血管變化。該研究證明NOTCH3及其配體DLL4是糖尿病人血管病變的關鍵驅動因子。是以，來自人類幹細胞的類血管模型成功地再現了人類血管的結構和功能，是可以真實模拟糖尿病血管病變的系統。
* 周細胞嵌入毛細血管内皮細胞的基膜中，通過實體接觸和旁分泌信号與内皮細胞進行細胞通訊，監視和穩定内皮細胞的成熟過程。
傳統模組化：共培養技術-- iPS（誘導型多能幹細胞）來源的内皮細胞+周細胞/早期血管細胞--建立血管網絡
該模型：多步驟自發形成的三維類血管模型
| 該模型 | 内皮網絡關系密切（共聚焦顯微鏡觀察CD31+）、周細胞數目多且與位置類似正常血管（分子标志物PDGFRβ, calponin 1 and SMA）、有基底膜包裹（免疫染色觀察IV型膠原） |
|---|---|
| 傳統模型 | 内皮網絡關系脆弱（僅含有少量周細胞），也沒有膠原覆寫 |
類血管模型的體外驗證
1）電鏡證明了管腔、基底膜和内皮細胞之間存在典型的緊密連接配接
2）血管内皮尖端細胞的CD31+絲狀僞足提示新生血管的形成（共聚焦技術）
3）基因表達譜分析證明内皮細胞、周細胞功能的成熟。
類血管模型的體内驗證
1）體外模組化，移植入NSG小鼠（免疫缺陷）腎被膜下（存活期6個月以上）
2）熒光抗體（抗CD31）灌注顯示：人血管與小鼠血管功能連接配接正常
3）組織學切片分析顯示移植物細胞在體内分化為動脈、小動脈、毛細血管和靜脈
4）血管模型的經基因編輯用熒光蛋白基因标記（BFP&RFP），分析顯示在小鼠體内成功建立了人源性的血管樹
類血管（高糖誘導）vs糖尿病人血管 體外實驗
1）T2D患者：真皮微血管增厚、洋蔥皮樣分層，基底膜分裂；發炎狀态，TNF和IL-6水準升高
2）高糖誘導類血管模型後：IV型膠原增厚、TNF和IL-6升高、周細胞細胞外基質合成增加、血管增厚和基底膜分層（電鏡）
3）傳統共培養模型未發現IV型膠原的合成增加
4）糖尿病血管模型的内皮細胞與周細胞比例降低，内皮細胞和周細胞的絕對數量減少
5）糖尿病病人内皮細胞（vs正常人）改變主要表現在膠原合成和胞外基質合成
鍊黴素誘導移植鼠産生糖尿病
體内實驗
1）體内試驗發現，糖尿病小鼠體内，人源血管的基底膜明顯增厚，而鼠源血管的基底膜無明顯變化。
2）此外，人源血管還顯示出其他糖尿病性血病變，如血管退化和内皮細胞丢失
糖尿病治療藥物對血管病變的療效
體外實驗
1）該研究的所有藥物對該類血管模型的基底膜增厚均無改善作用
2）阻斷與糖尿病血管并發症有關的信号通路後，γ-分泌酶抑制劑DAPT可以明顯消除IV膠原的增厚、恢複内皮細胞的增殖
體内試驗
1) DAPT在體内對糖尿病小鼠血管基底膜的增厚有明顯的改善作用
2)DAPT可以補救血管滲漏
3)還可以挽救糖尿病小鼠CD31+内皮細胞的丢失
探究判斷DAPT作用靶點
1）糖尿病并發症與Notch通路密切相關
2）阻斷Notch配體發現，阻斷DLL4和NOTCH3可阻止血管基底膜增厚
3）使用CRISPR-Cas9生成DLL4和NOTCH3突變血管基底膜的擴張明顯減少
4）在移植小鼠類血管模型中，NOTCH3及其下遊靶點HES5和HEY1主要在SMA+周細胞中表達，且糖尿病小鼠中HES5表達增加。
5）與移植的血管模型類似，在來自T2D患者和健康個體的真皮血管中，NOTCH3和HES5也主要表達于周細胞;在T2D患者的真皮毛細血管中，周細胞中HES5表達也是增加的。
結論：在體内阻斷NOTCH3通路可以緩解糖尿病小鼠血管基底膜的病變
綜上：
該研究報道了來自iPS細胞和胚胎幹細胞的自發形成的三維類人血管模型，它們具有人體微血管的形态、功能和分子特征。動物活體灌注後形成的人血管模型中，類血管分化成小動脈、毛細血管和小靜脈，這一系統可用于模拟糖尿病微血管病變的結構和功能。
γ-分泌酶的作用靶點NOTCH3及其配體DLL4被确定為基底膜的增厚的關鍵媒介。體内試驗證明γ-分泌酶抑制劑以及NOTCH3抑制劑均可明顯減輕微血管疾病。内皮細胞和周細胞之間複雜的互相作用，是引發糖尿病血管基底膜增厚的重要原因。
該研究很重要的一點是，在移植物糖尿病小鼠和T2D患者中，在人血管的周細胞中均發現了Notch作用靶點HES5的表達增加，為糖尿病相關血管病變研究指明了方向。
該類血管的體内模型可用于識别糖尿病血管變化的相關通路，并開發減輕糖尿病微血管變化的藥物。