脂肪細胞的基礎(chǔ)知識

1、脂肪細胞的根底知識脂肪細胞的生長全過程及其形態(tài)變化脂肪母細胞,就是指能向脂肪細胞分化的ADSCs在激素、生物活性因子、嚴寒等因素刺激下均能逐漸分化成為單能干細胞.它可保持著干細胞增殖活潑的特性,脂肪母細胞 再進一步分化為前脂肪細胞,即通常人們所說的脂肪細胞前體.前脂肪細胞再經(jīng)歷細胞融 合、接觸抑制與克隆擴增等步驟啟動向成熟脂肪細胞分化,并在胰島素、地塞米松等誘導(dǎo)劑作用下完成向成熟脂肪細胞的分化.全過程可以表示為：多能干細胞一一脂肪母細胞前脂肪細胞一一不成熟脂肪細胞 一一成熟脂肪細胞.生長期前脂肪細胞的形態(tài)與成 纖維細胞相似,經(jīng)誘導(dǎo)分化,其細胞骨架與細胞外基質(zhì)發(fā)生變化,開始進入不成熟細胞向成 熟

2、細胞轉(zhuǎn)變.細胞形態(tài)由成纖維細胞樣逐漸趨于類圓或圓形,胞體逐漸增大,胞質(zhì)中開始出現(xiàn)小脂滴,脂質(zhì)開女&累積,以后小脂滴增多并融合為較大的脂滴,可經(jīng)油紅“.染色等方 法于顯微鏡下顯色,從而獲得成熟脂肪細胞的形態(tài)特征.此時的細胞無分裂增殖水平,為脂肪細胞分化的終末階段.張高娜,梁正翠、動物脂肪細胞的研究進展 J、飼料工業(yè),2021,30(2):42-44、脂肪細胞由起源于中胚層的間充質(zhì)干細胞逐步分化形成,按間充質(zhì)干細胞一脂肪母細胞一前脂肪細胞一不成熟脂肪細胞一成熟脂肪細胞的過程開展.前脂肪細胞在多種轉(zhuǎn) 錄因子調(diào)控下,激活脂肪組織相關(guān)基因,并在這些基因的順序性調(diào)控下,經(jīng)一系列復(fù)雜的步 驟分化為成

3、熟脂肪細胞.張艷、脂肪細胞分化過程中的分子事件 J、兒科藥學(xué)雜志,2021,14(1):56-57、間充質(zhì)干細胞概念：不同文獻中,分別命名為抽脂處理細胞(processed lipoaspirate cells, PLA),脂肪基質(zhì)微管 碎片細胞(stromal vascularfraction cells, SVF ),脂肪組織源基質(zhì)細胞(adipose-tissue derived stromal cells, ATSCs),脂肪源中胚層干細胞(adipose-derived mesodermal stem cells, ADMSCs) 等.這些不一致的名稱均指從脂肪組織中別離的、可在體外

4、大量擴增并具有多向分化潛能的細胞.李惠俠,屈長青、脂肪組織源性干細胞研究進展J、生理科學(xué)進展,2007,38(2)脂肪細胞就是由起源于中胚層的間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cell, MSC)逐步分化、發(fā)育而來,MSC主要分布于脂肪組織與骨髓中.脂肪細胞不同發(fā)育階段的兩類細胞系 為多能干細胞系與前體脂肪細胞系,前者為不定向的細胞系,能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的脂肪細胞、肌 細胞與軟骨細胞,后者為定向的細胞系,就是目前體外研究脂肪細胞分化應(yīng)用最為廣泛的細 胞系.龐衛(wèi)軍,李影、脂肪細胞分化過程中的分子事件 J、細胞生物學(xué)雜志,2005,27:497-500、脂肪來源的間充質(zhì)干細胞 (adipo

5、se tissue derived mesenchymal stem cells, ADMSCs) 間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)具有自我更新及多向分化潛能,就是一種具有潛力的組織工程種子細胞.目前研究得比擬多的就是骨髓來源的MSCs,但骨髓中的間充質(zhì)干細胞數(shù)量很少(約占細胞總數(shù)的1/105),且存在取材困難等問題.MSCs廣泛分 布于其她組織中,包括肌肉、血管、肝臟、胰腺與脂肪等.ADMSCs 外表有 CD29、CD44、CD71、CD90、CD105/SH-2、SH-3、STRO-1 等多 種抗原標志.李冬艷,宇麗、脂肪來源的間充質(zhì)干細胞別離方法的

6、改良 J、暨南大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2007,28(6)、脂肪源性干細胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)Zuk等從脂肪組織中別離出了一種成纖維細胞樣細胞,它與骨髓間充質(zhì)干細胞(MSCs)形態(tài)相似,稱之為脂肪干細胞(ADSCs),平均每300 ml脂肪組織可獲得2X108 6X108個這樣白細胞.ADSCs與MSCs具有相同的表現(xiàn)型,對CD29、CD44、CD71、CD70、 CD105/SH2與SH3為陽性反響,對CD31、CD34與CD45為陰性反響.止匕外,它們還具有 各自特征性的表達分化抗原:ADSCs具有特征性表達分化抗原 CD49d,而MSCs具有特

7、征 性表達分化抗原 CD106.張高娜,梁正翠、動物脂肪細胞的研究進展J、飼料工業(yè),2021,30(2)間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)就是一類具備干細胞特點的細胞系,具有自我更新水平、長期的活性與多系分化潛能.脂肪來源的間充質(zhì)干細胞 (adipose tissue-derived mesenchymal stem cells,ADSCs),以其 取材方便、來源豐富等多種優(yōu)勢逐漸取代骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow-derivedmesenchymal stem cells,BMSCs).免疫表型：研究發(fā)現(xiàn) ADSCs 主要表達 CD13、CD44

8、、CD73、CD90、CD105、CD106、 CD166、CD29、CD49e 與 HLA-ABC,而不表達 CD34、CD3、CD19、CD45、CD14、CD117、 CD31、CD62L、CD95L與HLA-DR.這個結(jié)果與其她的 MSCs幾乎一致.但 ADSCs與 BMSCs也有差異：大局部BMSCs表達CD10,而表達CD10的ADSCs僅占5%20%;幾乎 所有的ADSCs表達CD49f與CD54,而BMSCs極少表達.周蘇娜,張明鑫、脂肪來源的間充質(zhì)干細胞的生物學(xué)特征及臨床應(yīng)用J、中國現(xiàn)代普通外科進展,2021,12(1)、不同細胞的外表標志就是不同的,脂肪干細胞的外表標記為：

9、CD9、CD10、CD13、CD29、CD10、CD44、CD49e、CD49d、CD54、CD55、CD59、CD90、CD105、CD107、CD146、CD166等陽性,能夠向骨、軟骨與脂肪的等多方向分化.ADSCs表達4種通用多向分化潛能干細胞標記 CD105、STRO21、CD166及CD117.其中CD117就是一種干細胞因子受 體,在全能或多能干細胞中表達.王?？?趙德萍、不同類型血清對大鼠脂肪干細胞別離培養(yǎng)的影響 J、昆明醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2021,(3):4-10、脂肪細胞的分化過程脂肪組織幾乎遍布于全身,在整個生命過程中有極強的可塑性 ,主要由成熟并充脂的脂 肪細胞、無脂的前體脂

10、肪細胞與內(nèi)皮細胞組成.現(xiàn)已查明,神經(jīng)纖維與單核細胞/巨噬細胞也就是其組成成分.大約2/3的這些細胞可以充分發(fā)育為脂肪細胞,在顯微鏡下呈特有的指 環(huán)形細胞形態(tài).脂肪細胞的細胞結(jié)構(gòu)依個體年齡、性別、體重以及來源部位有很大變化. 形態(tài)學(xué)研究發(fā)現(xiàn),皮下與腹部脂肪有明顯不同.網(wǎng)膜脂肪組織比皮下脂肪組織含更多的血管 與交感神經(jīng)神經(jīng)纖維,說明前者具有更強的代謝活性.另外 ,與皮下脂肪組織比擬,網(wǎng)膜脂肪 組織的單核細胞/巨噬細胞更多.人類網(wǎng)膜比皮下脂肪組織脂肪細胞要小.1脂肪細胞分化歷程1、1脂肪組織源性干細胞脂肪細胞的來源及發(fā)生時間至今尚不完全清楚.Kats等別離得到一種成纖維樣脂肪組織源性干細胞(adip

11、ose-derived stem cells,ADsCs),發(fā)現(xiàn)ADsCs與骨髓間充質(zhì)干細胞一樣就 是一種多能間充質(zhì)干細胞,能夠分化為脂肪細胞、造骨細胞、軟骨細胞與成肌細胞.Pittenger 等證實,在培養(yǎng)基中參加異丁基甲基黃喋吟、地塞米松、胰島素與呵深美辛誘導(dǎo)分化,局部ADSCs可分化為脂肪細胞,但就是分化過程中的形態(tài)變化如脂滴聚集等比前體脂肪細胞系表現(xiàn)較晚.Nakamura等最近也發(fā)現(xiàn),在同樣的成脂培養(yǎng)條件下,盡管ADSCs與3T3-L1等脂 肪細胞系在分化后期的差異表達基因相同,主要就是一些脂肪細胞特異基因但在ADSCs 分化早期,其差異表達基因與前體脂肪細胞并不相同,主要包括細胞周期

12、相關(guān)蛋白GAS1(growth arrest-specific 1),轉(zhuǎn)錄因子鋅指蛋白家族 (zincfinger protein slug)與 MYC(V-myc avian myelocytomatosis viral oncogene homolog), 信號調(diào)節(jié)因子 CDC42(GTPase-activating protein) > PEE4D(phosphodiesterase4D,camp-specific)及細胞分泌 物DKK1等.Hunga等利用基因芯片技術(shù)研究了間充質(zhì)干細胞分化過程中基因表達變化,發(fā)現(xiàn)上述GAS1蛋白等因子在分化早期細胞表達.這些研究均說明,ADSCs

13、就是一種能分泌瘦素與脂聯(lián)素的多能干細胞.但就是ADSCs與前體脂肪細胞的關(guān)系,以及調(diào)控ADSCs分化的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)錄因子等尚不清楚,同時對已發(fā)現(xiàn)的差異表達基因的結(jié)構(gòu)與功能也有待進 一步研究與探索.1、2脂肪母細胞此階段實際就是多能干細胞在接受成脂相關(guān)刺激,如嚴寒、激素、生物活性因子、體外實驗性誘導(dǎo)劑刺激后,由多能變?yōu)閱文芏ㄏ虺芍只钠鹗茧A段,就是單潛能干細胞 (unipotential stem cell).此階段細胞仍具有干細胞增殖活潑的特性.對此階段就是否有特 異基因表達,尚未見報道.1、3前體脂肪細胞生長期前脂肪細胞的形態(tài)與成纖維細胞相似,經(jīng)適當?shù)姆只T導(dǎo),其細胞骨架與細胞外基質(zhì)逐漸發(fā)生變

14、化,細胞開始進入由不成熟脂肪細胞向成熟脂肪細胞類型轉(zhuǎn)變的過程.止匕時,細胞形態(tài)由橢圓形逐漸趨于類圓或圓形,胞體逐漸增大,胞質(zhì)中開始出現(xiàn)小脂滴,標志著脂質(zhì) 開始積累.小脂滴不斷增多并融合為較大的脂滴,經(jīng)油紅0染色,在顯微鏡下呈現(xiàn)紅色,獲得成熟脂肪細胞的形態(tài)特征.一般認為此階段細胞已無分裂增殖水平,為脂肪細胞分化的終末 階段.前脂肪細胞階段作為脂肪細胞確實定前體細胞,人們對它的研究很多.包括各種實驗動物與人皮下白色脂肪組織及血管間充質(zhì)等部位棕色脂肪組織中的前脂肪細胞、鼠胚胎前脂肪細胞系3T3,以及骨髓來源的前脂肪細胞.體外實驗證實,單能干細胞向此階段分化的啟動,首先就是細胞生長必須停止在細胞周期的

15、G1/S期,而不就是細胞的接觸.該階段早期特異性表達A2COL6/P0b24mRNA,其序列與人類編碼IV型膠原A2鏈(A2COL6)的基因序列 很相似.但A2COL6/P0b324的表達并不只限于脂肪組織,也可在卵巢、腎上腺、肺、骨骼 肌中表達.A2COL6/P0b324在成脂分化早期表達,以后隨晚期特異性分子如 GPDH、adipsin 表達的出現(xiàn)而下降,因此它可作為前脂細胞的特異性標志物.Cousin等以A2COL6/P0b324表達量的差異估計前脂細胞在不同解剖部位棕色脂肪組織(表達解偶聯(lián)蛋白,UCP)的比例,結(jié)果說明卵巢周圍脂肪組織 A2COL6/P0b324的表達量高于肩胛區(qū)、腹肌

16、間及腹膜后的脂 肪組織,且其表達與嚴寒與腎上腺素能受體沖動劑刺激呈正效關(guān)系.前脂肪細胞具有一般體細胞的有絲分裂水平.脂肪組織增生有兩條途徑,一就是脂肪細 胞通過獲取脂肪而使體積增加,另一條就是通過前脂肪細胞數(shù)量增加,進而分化成脂肪細胞 來實現(xiàn)脂肪組織的增生.1、4不成熟脂肪細胞不成熟脂肪細胞(immature adipose cell),此期細胞形態(tài)己趨于類圓或圓形 ,胞體變大,且 胞質(zhì)中開始出現(xiàn)小脂滴,標志著分化已開始接近終末階段.細胞己無分裂增殖水平,該階段細胞除表達早期標志性(early marker)分子(A2COL6/P01324)外,還開始表達晚期分化標志性 分子,如胰島素敏感性葡

17、萄糖轉(zhuǎn)運蛋白等.1、5成熟脂肪細胞細胞達成熟脂肪細胞(mature adipose cell/adipocyte)階段時,成脂分化過程已告結(jié)束,胞 體更大,更圓,胞內(nèi)脂滴數(shù)量增多,且小脂滴融化成大小不等的脂泡.細胞亦失去增殖、分裂 水平,標志著終末分化(terminal differentiation) 0此期細胞除表達前脂、不成熟脂肪細胞的標 志性分子(A2COL6/P01324)外,還表達乙配輔酶 A結(jié)合蛋白(ACBP)、磷酸烯醇型丙酮酸激 酶(PEPCK)、脂素(adipsin)、A2-腎上腺素受體(A2-adrenoreceptor),這些標志性分子又被稱 為很晚標志(very lat

18、er marker).2脂肪細胞分化的標志2、1脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶(LPL)就是一個60kD的糖蛋白,在脂肪細胞分化早期(前脂肪細胞)即有表 達,并隨分化進程表達逐漸增加,至分化晚期表達漸趨穩(wěn)定.成熟脂肪細胞分泌的LPL經(jīng)載脂蛋白Apo-CII激活后,能夠水解乳糜微粒與極低密度脂蛋白中的甘油三醋,產(chǎn)生可直接作為能源的游離脂肪酸,并在能量代謝與脂質(zhì)積聚過程中發(fā)揮重要作用.脂肪細胞分化早期 LPL就是否具有上述功能意義尚不清楚,但由于ADSCs在分化為前脂肪細胞階段缺乏LPL的表達,因此LPL作為促進脂肪細胞分化的重要因子之一,已成為干細胞分化為前脂肪細胞 的經(jīng)典標志.2、2前脂肪細胞因子與LP

19、L不同,前脂肪細胞因子(Pref-1)那么就是脂肪細胞分化早期具有分化抑制作用的分 子標志.Pref-1標志出現(xiàn)于前脂肪細胞階段,其mRNA在前脂肪細胞階段具有較高的表達 水平,隨分化進程其表達那么迅速下調(diào).Pref-1的持續(xù)高表達可明顯抑制脂肪細胞分化,而其表 達抑制那么明顯增強脂肪細胞的分化,提示Pref-1在前脂肪細胞向成熟脂肪細胞分化過程中 就是一個重要的抑制性分子標志.研究說明Pref-1為跨膜蛋白,其胞外區(qū)有6個連續(xù)的表皮 生長因子樣結(jié)構(gòu)域,可形成可溶性的活性因子,通過抑制P42/P44MAPK通路,阻斷胰島素樣 生長因子受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制脂肪細胞分化.2、3脂肪細胞分化的晚期標志

20、脂肪細胞分化進入終末分化階段,各種晚期分子標志也開始出現(xiàn),主要包括:(l)甘油三酯 代謝相關(guān)的酶類,如乙配輔酶A脫竣酶、甘油三磷酸脫氫酶、脂肪酸合成酶等 ；(2)激素相關(guān) 蛋白,如胰島素敏感性葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白、胰島素受體、B腎上腺素能受體等；(3)成熟脂肪細胞特異產(chǎn)物,如脂肪細胞脂結(jié)合蛋白、激素敏感酯酶、脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白、脂周素、瘦素、脂 素、脂聯(lián)素(acrp30)與反抗素等,其中尤以脂聯(lián)素、反抗素(resitin)近來備受關(guān)注.2、4 acrp30作為成熟脂肪細胞特異表達的蛋白,acrp30在脂肪細胞分化中的作用及其意義近來受 到廣泛關(guān)注.acrp30又稱adiponectin,基因序列與補體因

21、子 C1q有較高同源性,就是一個 30kD的分泌性蛋白.acrp30由信號序列、可變區(qū)、N端膠原結(jié)構(gòu)域與 C端球形域組成,可 通過膠原結(jié)構(gòu)域形成同源三聚體等活性形式,并通過球形結(jié)構(gòu)域發(fā)揮生物學(xué)功能.重組acrp30可顯著降低肥胖動物體內(nèi)的血糖與游離脂肪酸、增強脂肪酸氧化、減輕體重與改善 胰島素敏感性.肥胖與胰島素反抗患者血漿acrp30水平顯著降低,但經(jīng)胰島素增敏劑治療后,血漿acrp30濃度明顯上升,胰島素反抗病癥顯著改善提示acrp30可能就是肥胖及胰島素反抗發(fā) 生機制中的重要保護因子.2、5反抗素反抗素就是脂肪細胞分化晚期釋放到胞外的一種特異性信號分子,與肥胖患者胰島素反抗病癥的出現(xiàn)關(guān)系

22、密切.反抗素的N端為信號,其余94個氨基酸多膚含有11個高度保守的半胱氨酸殘基序列,并通過二硫鍵形成同源多聚體后才具生物活性.研究發(fā)現(xiàn),高脂飲食性或遺傳性肥胖小鼠血清反抗素濃度明顯升高,禁食或應(yīng)用抗糖尿病藥物后其血清濃度及體外培養(yǎng)脂肪細胞中反抗素表達顯著下降；重組反抗素能使正常小鼠出現(xiàn)胰島素反抗癥 狀,而反抗素抗血清的使用能夠顯著改善胰島素反抗病癥,因此反抗素作為胰島素反抗與肥胖的紐帶一直倍受重視.但也有研究持不同觀點,有關(guān)反抗素與脂肪細胞分化調(diào)控及胰島素 反抗之間的關(guān)系尚需進一步研究.3前體脂肪細胞分化前脂肪細胞系與原代前脂肪細胞具有分化為成熟脂肪細胞的水平.待分化的細胞具有一切正常細胞所具

23、有的包括生長與有絲分裂在內(nèi)的細胞周期,而開始進入分化的前提就就是退出此細胞周期.一般將待分化的細胞退出細胞周期的現(xiàn)象稱為生長抑制(growth arrest),脂肪細胞分化也以生長抑制作為前提條件.生長抑制之前,前脂肪細胞經(jīng)歷一個細胞集合(confluence)的階段,但這種細胞間接觸并不就是脂肪細胞分化的先決條件,比方在無血清培養(yǎng)基中培養(yǎng)的密度較低的鼠原代前脂肪細胞在缺少細胞間接觸的條件下也能分化.一般認為脂肪細胞分化前的生長抑制發(fā)生于細胞周期的G1期,這時的細胞不但停止生長而且失去了對促有絲分裂介質(zhì)的反響,稱為Gd期.另外,還存在由于缺少生長因子而引起的生長抑制 (Gs)與由于缺少營養(yǎng)而引

24、起的生長抑制(Gn),這兩種生長抑制也都發(fā)生于G1期,但只有抑制于Gd期的細胞能在缺少 DNA合成的情況下獲得分化表型與能在甲基異丁基黃嗯吟 (M舊X)的誘導(dǎo)下增殖,而這兩個特征就是處于 Gs與Gn期的細胞所不具備的.生長抑制之后,前脂肪細胞在適宜的促有絲分裂與促脂肪生成信號(主要就是激素類)的作用下,經(jīng)過至少一輪的DNA復(fù)制與細胞加倍(cell doubling),進入一種無T增殖階段,此 過程稱為無性擴增(clonal expansion) o無性擴增就是3T3-Ll前脂肪細胞向成熟脂肪細胞分 化的必要前提.無性擴增的意義在于細胞通過增殖而為快速分化打下根底.對 3T3-F442A 小鼠前

25、脂肪細胞系進行體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),在培養(yǎng)基中原來都相互分散的細胞,培養(yǎng)一段時間以 后有一些通過增殖而形成了細胞簇,每個細胞簇一般有4-12個細胞,而另外一些那么仍然以單 個細胞存在.細胞簇中的細胞大多數(shù)都積累了脂肪,而單個存在的細胞一般都沒有脂肪生成.但來源于人脂肪組織的原代前脂肪細胞的表現(xiàn)有所不同,比方對此細胞的有絲分裂進行抑制并不能影響其向脂肪細胞的分化.這種現(xiàn)象說明無性擴增可能并不就是脂肪細胞分化 的必不可少的步驟,或者可以說此步驟對細胞分化的重要性對所有來源的脂肪細胞并不都 就是一樣的.經(jīng)歷(或不經(jīng)歷)無性擴增的前脂肪細胞開始表現(xiàn)出脂肪細胞的某些特征,這個階段可瞧成就是分化的早期階段.此時都

26、發(fā)生了哪些事件以及這些事件確實切順序,現(xiàn)在還不很清楚;此外對脂肪細胞分化的研究都就是在體外進行的,因此細胞分化的模式也受到材料來源、培養(yǎng)基、培養(yǎng)條件等的影響.Ailhaud等認為脂蛋白脂酶(LPL)的表達就是脂肪細胞分化的早期標記,LPL的表達預(yù)示著脂肪積累的開始.但 LPL的表達就是在細胞集合時自然發(fā)生的,不受脂肪細胞分化所必需的各種介質(zhì)就是否存在的影響；LPL的表達也不就是脂肪細胞所特有的,其它類型的間質(zhì)細胞如心肌細胞與巨噬細胞也能合成與分泌LPL.以上現(xiàn)象說明LPL只能作為脂肪細胞分化的一個早期參考性標一記,而不能作為特異性標記.目前比擬普遍接受的就是過氧化物酶體增殖物激活受體PPARs與CCAAT增強子結(jié)合蛋白CCAAT,C/EBP可以作為脂肪細胞分化的早期標記.二者中的主要異構(gòu)體就是脂肪細胞與脂肪組織所特有的,它們在前