最新《科学》:脂肪细胞请加油长,让脂肪扩增还有益

2019-04-28
摘要:

脂肪对健康的新陈代谢至关重要,让脂肪扩增还有益?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。宾夕法尼亚大学医学院的教授及其同事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。

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。