心血管疾病因其高发病率和死亡率成为威胁人类健康的“头号杀手”。血管搭桥是临床上治疗严重狭窄性血管疾病(冠心病和外周血管疾病)的有效手段。目前用于搭桥的血管主要来源于患者自体，包括动脉和静脉血管，其常受到供体来源的限制。很多病人由于疾病或年龄等原因，往往很难取到合适的血管用于搭桥手术。由合成材料制备的人工血管虽然在大血管(主动脉置换)上取得了成功，但对于口径小于6mm的人工血管，由于再狭窄发生率高，目前还没有产品真正应用到临床。自上世纪以来，很多国家批准使用同种异体血管(allograft)作为替代物用于无法从自体获取“桥血管”的病人，但其远期通畅率仍然较低。脱细胞技术(decellularization)可以有效除去异体血管的细胞成分，减少免疫原性，同时保留细胞外基质(ECM)良好的生物活性和三维结构，有利于血管植入后宿主细胞的浸润和组织再生。但去细胞血管长期植入也面临内膜增生和血管钙化等问题。
2024年12月10日，南开大学/北京大学赵强课题组与合作者在Advanced Science发表了题为“Localized COUP-TFII pDNA Delivery Modulates Stem/Progenitor Cell Differentiation to Enhance Endothelialization and inhibit Calcification of Decellularized Allografts”的研究论文，发现静脉特异性转录因子—鸡卵清蛋白上游启动子转录因子2 (COUP-TFII; NR2F2)能够促进内源性血管干/祖细胞向内皮细胞分化并调控血管稳态。在此基础上，作者结合材料科学和基因技术发展了具有局部递送COUP-TFII质粒DNA功能的新型去细胞同种异体血管，有效改善血管植入后组织再生与重构，为同种异体血管的临床应用提供了新思路。
作者首先在体外利用Lipo2000介导小干扰RNA和质粒DNA的转染，实现在Sca-1+血管干/祖细胞中敲低和过表达COUP-TFII，发现COUP-TFII可以通过激活Ang1/Tie2/PI3K/AKT信号通路促进Sca-1+血管干/祖细胞向内皮细胞分化。
作者利用谱系示踪小鼠构建了骨髓移植模型(Sca-1 2A Cre ER; Rosa RFP (BM: CAG-EGFP))，其中RFP和GFP分别标记组织来源的Sca-1+细胞和骨髓来源的细胞，并在小鼠颈动脉移植模型中考察了不同来源的细胞在血管再生过程的作用以及COUP-TFII的影响。结果发现，骨髓来源和驻留的血管干/祖细胞都参与了血管组织再生，但再生的血管内皮细胞和平滑肌细胞主要来源于驻留的Sca-1+干/祖细胞，而骨髓来源的细胞主要转变为免疫细胞。COUP-TFII质粒DNA能够促进Sca-1+血管干/祖细胞向内皮细胞分化。
研究团队进一步构建了能够长期稳定递送质粒DNA的纳米粒子COUP-TFII@HPEI并将其负载到去细胞大鼠血管上，系统考察了负载COUP-TFII@HPEI纳米粒子的去细胞血管的结构和性能。
在此基础上，作者将负载COUP-TFII@HPEI纳米粒子的去细胞血管(长度1cm)移植到大鼠腹主动脉，系统考察了血管植入后(1、3月)的通畅性和组织再生。结果显示，血管负载的COUP-TFII@HPEI具有较好的体内稳定性，可持续发挥细胞转染功能。去细胞血管植入体内后能够实现再细胞化和组织再生，并且局部递送COUP-TFII能够有效抑制内膜增生，减少血管再狭窄。
进一步研究结果显示：局部递送COUP-TFII@HPEI纳米粒子可以有效促进去细胞同种异体血管的内皮化进程，新生内皮细胞数量以及内皮覆盖率均显著提高。SEM与En face染色显示管腔表面覆盖规则排列的鹅卵石状细胞，COUP-TFII@HPEI纳米粒子有助于血管内皮形成更加紧密的细胞间连接。
此外，作者利用Micro-CT考察了血管钙化情况，组织学分析(Von Kossa染色和OC免疫荧光染色)也显示局部递送COUP-TFII@HPEI纳米粒子可以显著减少成骨细胞数量、抑制血管钙化形成。
综上所述，本研究发现COUP-TFII可通过激活Ang1/Tie2/PI3K/AKT信号通路促进Sca-1+干/祖细胞向内皮分化，并利用小鼠骨髓移植模型并结合谱系示踪技术考察了内源性血管干/祖细胞在内皮形成及组织再生中发挥的关键作用。在此基础上，作者制备了负载COUP-TFII@HPEI纳米粒子的去细胞同种异体血管，实现了质粒DNA局部持续释放，并在大鼠腹主动脉移植模型中系统考察了COUP-TFII改善血管通畅性、促进组织再生的重要作用，为发展具有良好临床应用前景的小口径人工血管提供了新思路。
南开大学生命科学学院药物化学生物学全国重点实验室/北京大学基础医学院血管稳态与重构全国重点实验室赵强教授、美国波士顿东北大学生物工程系戴国豪教授与南开大学生命科学学院Adam C. Midgley副教授为论文的共同通讯作者。南开大学生命科学学院博士研究生邢梦梦和毕业博士生王飞是论文的共同第一作者。该研究受到了国家自然科学基金(81925021, 82330066, 82250610231)的资助。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202409744