最新《科学》:脂肪细胞请加油长,让脂肪扩增还有益

2019-04-28
 

来源:学术经纬

脂肪对健康的新陈代谢至关重要,但是过犹不及。白色脂肪组织过多是肥胖的一个重要特性,而肥胖症是糖尿病、心血管疾病和癌症等多种疾病的风险因子。与肥胖斗争的人们向灵魂发出拷问:脂肪,哪儿来的?

在本周《科学》最新上线的论文中,宾夕法尼亚大学医学院的Patrick Seale教授及其同事回答了这个问题,他们从小鼠和人类体内找出了脂肪组织的细胞来源。这一结果可以帮助科学家们想办法促进脂肪的有益扩增,从而为肥胖症和相关代谢疾病开发潜在的预防和治疗方法。

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等一下,让脂肪扩增还有益?

没错,脂肪细胞的扩增其实有两种方式。一是脂肪细胞数量变多(增生),一是脂肪细胞个头变大(肥大)。如果是后者,成熟的脂肪细胞为了储存油脂越胀越大,会引起纤维化和炎症,促发代谢疾病。但相反的,如果能有更多的新脂肪细胞产生,可以有效禁锢脂肪,避免代谢问题。

新脂肪细胞来自“祖细胞”的分化,但要追溯清楚祖细胞的类型和特性就难了。原因是脂肪组织中的细胞种类十分庞杂,不同解剖位置的脂肪组织又可能来源于不同的早期胚胎前体细胞,脂肪祖细胞的“身世”便成为多年的谜团。

试图解开谜团的科学家们从正在长身体的年轻小鼠(12天)体内分离出处于快速成长阶段的白色脂肪组织,然后基于特异的细胞表面蛋白,采用荧光标记的方法,对不同类型的细胞进行分选。

接着,借助于单细胞RNA测序方法,研究人员根据基因表达的相似性给获得的细胞分组,最后在十组不同基因表达特征的细胞中鉴定出三类祖细胞,以及不同类型祖细胞的分化轨迹。

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▲对10000多个脂肪组织细胞做单细胞RNA测序的结果鉴定出三类祖细胞(图片来源:参考资料[1]) 

利用同样的方法,科学家们还用人类皮下脂肪组织做了实验,比对得到的结果发现,小鼠中鉴定出的三类祖细胞中有两类同样存在于人类脂肪组织。“这说明,在小鼠和人类体内,脂肪发生过程可能有通用的模式。”论文作者David Merrick博士说。

找到脂肪组织的细胞源头后,科学家们进一步观察到,在高脂饮食的肥胖小鼠中,那些增殖特性强的祖细胞会受到损害,分化产生脂肪细胞的能力被削弱。脂肪细胞们不能正常地增多,也就难怪在肥胖的情况下它们会变得肥大,引起不良的代谢后果。

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▲脂肪祖细胞按两条不同的轨迹分化为脂肪细胞(图片来源:参考资料[1])

这个结果也反过来给科学家们提示,如果可以靶向一种或多种祖细胞来促进它们的分化,让它们有益地增生,或许可以帮助改善代谢疾病。

正因为如此,脂肪祖细胞的位置引起了科学家的特别关注。他们注意到,增殖能力强的祖细胞位于一种叫作网状间质(reticular interstitium)结构的微环境中。这种结构由胶原蛋白和弹性蛋白纤维(elastin fiber)交织而成,包裹着许多器官组织,但是其作用还没有得到很好的研究。

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▲未成熟的脂肪细胞(绿色)夹杂在成熟脂肪细胞中,而表达DPP4蛋白的祖细胞(红色)存在于网状间质中(图片来源:参考资料[1])

鉴于人体多种组织中都存在网状间质,研究人员猜测,这可能是一种新的干细胞微环境,表达DPP4的祖细胞除了具有产生脂肪细胞的潜力,还有可能对其他组织的发育和再生发挥重要作用。