从肾脏发育到类器官血管化：一篇读懂最新研究进展与挑战！

肾脏类器官无论是作为器官研究模型，还是再生医学的细胞来源，都有望极大推动肾脏病学领域的发展。尽管目前在重现肾脏器官特异性细胞谱系方面已取得重大进展，但血管化仍是该领域亟待突破的核心瓶颈。尤其是肾小球血管化——这一肾脏生理功能不可或缺的关键环节，在体外培养体系中极少能成功实现。综述Kidney organoid vascularization: current advancements in the field系统总结了肾脏类器官血管化领域的现有研究成果。

1.三阶段肾发生

哺乳动物肾脏依次经历前肾→中肾→后肾，最终后肾发育为永久肾。

人：妊娠第5周启动后肾发生；小鼠：E10.5

肾发生在人约36周停止，小鼠出生后3–5天停止。

2.两大起源结构

①输尿管芽（UB）：发育为集合管、肾盂、输尿管。

②后肾间充质（MM）：发育为全部肾单位（足细胞、近端小管、亨利袢、远端小管）。

①脉管系统的起源；②肾小球血管化的发生机制

3.关键调控轴

①GDNF/RET：引导输尿管芽出芽与分支。

②Wnt9b/β-catenin：启动肾单位分化。

③Six2：维持肾单位祖细胞干性。

④Foxd1+间质：分化为周细胞、系膜细胞，调控血管排布。

血管发育两条核心路径

内皮来源：中间中胚层原位分化+主动脉血管芽生共同参与。

肾小球血管化关键信号：

VEGF（足细胞分泌）：招募内皮、维持窗孔。

BMP4、Ang1、Sema3A/3C：精细调控血管形态与稳定。

PDGFβ：招募系膜细胞，支撑肾小球血管。

肾小球血管化是肾脏功能的前提，依赖足细胞—内皮—系膜的时空精确对话，这是体外最难复刻的环节。

1.体内移植介导的血管化（当前最成熟、最有效）

①方法：肾被膜下移植、鸡胚CAM移植、淋巴结移植。

②优势：宿主血管侵入，稳定实现肾小球血管化。足突、内皮窗孔、基底膜成熟。可作为体外策略的“阳性对照”。

③局限：通量低、异种嵌合、伦理与临床转化限制。内皮来源存在争议：宿主为主/供体为主/混合。

2.增强内源性血管生成：细胞内在策略

①ETV2诱导内皮龛（最成功的基因工程手段）

多能干细胞可诱导ETV2→强力分化为内皮。

与野生型细胞共聚集→形成动脉/静脉/肾小球内皮。

实现体外肾小球血管化，内皮出现窗孔结构。

机制：提升VEGFR表达，而非直接升高VEGF。

 ②生化因子调控

VEGF直接添加：扩增内皮，但不实现肾小球血管化。

缩短CHIR暴露：提高肾小球/小管比例→足细胞增多→VEGF总量上升→血管密度增加。

专家结论：VEGF是必要非充分条件，肾小球血管化需要内皮表型与微环境协同。

3.增强内源性血管生成：微环境策略

①流体剪切力与机械感知（体外唯一实现肾小球血管化）

微流控灌注/悬浮搅拌→机械力驱动血管化。

机制：Integrinα2β1机械感受器激活；系膜细胞、内皮共同参与；上调VEGF与VEGFR，促进肾小球血管侵入。

关键：流动≠营养输送，机械信号本身是核心驱动。

②细胞外基质（ECM）硬度与成分

硬度1000–5000Pa最优（模拟肾/CAM）。

肾脏脱细胞ECM：生化信号+结构支持，显著促血管化。

结论：ECM同时提供力学信号与生物配体，缺一不可。

③生理性低氧（7%O₂）

通过HIF通路提升VEGF亚型，增加微血管密度。

不损害肾单位发生。

关键：氧分压时序比浓度更重要。

4.与外部脉管系统连接的相关研究探索

外部血管网络（HUVEC）+类器官共培养，实现内外血管连通与灌注。

问题：额外VEGF可能干扰肾小球内源性梯度！！培养基不兼容导致纤维化。

未来：共灌注、共培养基、共机械刺激三同步。

1.其他类器官血管化经验

①独立分化器官特异性内皮，再共组装。

②组装类器官（Assembloid）：肾脏类器官+血管类器官融合。

③借鉴肝、脑类器官的器官特异性内皮特化方案。

2.引入非实质细胞

①周细胞：稳定血管、调控管径、抑制异常出芽。

②巨噬细胞：促血管生成、支持发育性血管连接。

目前肾脏类器官普遍缺失，是成熟度低的重要原因。

3.规模化与高通量

①悬浮培养、3D生物打印、蜂窝状膜培养→尺寸均一、可放大。

②自动化分化与分析→降低批次差异，利于药物筛选。

1.转化壁垒

①功能不完整：无尿液引流通道、无成熟滤过、无球管反馈。

②成熟度停留在胎儿阶段：血管仅部分开窗、肾小球结构简化。

③异质性与可重复性差：批次间血管化程度差异大。

④体外无法长期维持灌注：静态培养中心坏死，流动系统复杂昂贵。

2.安全性问题

①脱靶细胞风险：神经细胞、软骨细胞等非肾细胞混杂，移植有致畸/肿瘤风险。

②免疫排斥：异体内皮/基质引发排斥；自体iPSC-EC是方向。

③血管失控增生：高VEGF、ETV2持续表达可能导致血管畸形。

④嵌合与伦理：体内移植产生人—动物嵌合血管，监管严格。

肾脏类器官血管化的核心是复刻发育：以内皮龛 / ETV2 提供细胞来源，以流体 / ECM / 低氧提供微环境，以足细胞 — 内皮 — 系膜对话实现肾小球特异性血管化；最终要走向体外可灌注、可成熟、可放大、可安全移植的一体化工程化体系。