脂肪細胞的基礎知識

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上脂肪細胞的基礎知識脂肪細胞的生長全過程及其形態(tài)變化脂肪母細胞，是指能向脂肪細胞分化的ADSCs在激素、生物活性因子、寒冷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躍的特性，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、接觸抑制和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：多能干細胞脂肪母細胞前脂肪細胞不成熟脂肪細胞成熟脂肪細胞。生長期前脂肪細胞的形態(tài)與成纖維細胞相似，經(jīng)誘導分化，其細胞骨架和細胞外基質(zhì)發(fā)生變化，開始進入不成熟細胞向成

2、熟細胞轉(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)開始累積，以后小脂滴增多并融合為較大的脂滴，可經(jīng)油紅“O”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能力，為脂肪細胞分化的終末階段。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)干細胞脂肪母細胞前脂肪細胞不成熟脂肪細胞成熟脂肪細胞的過程發(fā)展。前脂肪細胞在多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控下,激活脂肪組織相關基因,并在這些基因的順序性調(diào)控下,經(jīng)一系列復雜的步驟分化為成熟脂肪細胞。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 lipoaspirat

3、e 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分離的、可在體外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. 生理科學進展,2007,38(2)脂肪細胞是由起源于中胚層的間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cell,

4、 MSC)逐步分化、發(fā)育而來，MSC主要分布于脂肪組織和骨髓中。脂肪細胞不同發(fā)育階段的兩類細胞系為多能干細胞系和前體脂肪細胞系，前者為不定向的細胞系，能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的脂肪細胞、肌細胞和軟骨細胞，后者為定向的細胞系，是目前體外研究脂肪細胞分化應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. 細胞生物學雜志,2005,27: 497-500.脂肪來源的間充質(zhì)干細胞(adipose 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,是一種具

5、有潛力的組織工程種子細胞。目前研究得比較多的是骨髓來源的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廣泛分布于其他組織中,包括肌肉、血管、肝臟、胰腺和脂肪等。ADMSCs表面有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)干細胞分離方法的改進J. 暨南大學學報(醫(yī)學版),2007,28(6).脂肪源性干細胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）Zuk等從脂肪組織中分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)

6、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2×1086×108個這樣的細胞。ADSCs和MSCs具有相同的表現(xiàn)型，對CD29、CD44、CD71、CD70、CD105/SH2和SH3為陽性反應，對CD31、CD34和CD45為陰性反應。此外，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),2009,30(2)間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一類具備干細胞特點的細胞系，具有

7、自我更新能力、長期的活性和多系分化潛能。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-derived mesenchymal stem cells，BMSCs）。免疫表型：研究發(fā)現(xiàn)ADSCs主要表達CD13、CD44、CD73、CD90、CD105、CD106、CD166、CD29、CD49e和HLA-ABC，而不表達CD34、CD3、CD19、CD45、CD14、CD117、CD31、CD62L、CD95L和HLA-DR。這個結(jié)

8、果和其他的MSCs幾乎一致。但ADSCs與BMSCs也有差別：大部分BMSCs表達CD10，而表達CD10的ADSCs僅占5%20%；幾乎所有的ADSCs表達CD49f和CD54，而BMSCs極少表達。周蘇娜,張明鑫. 脂肪來源的間充質(zhì)干細胞的生物學特征及臨床應用J. 中國現(xiàn)代普通外科進展,2009,12(1).不同細胞的表面標志是不同的，脂肪干細胞的表面標記為：CD9、CD10、CD13、CD29、CD10、CD44、CD49e、CD49d、CD54、CD55、CD59、CD90、CD105、CD107、CD146、CD166等陽性，能夠向骨、軟骨和脂肪的等多方向分化。ADSCs表達4種通用

9、多向分化潛能干細胞標記CD105、STRO21、CD166及CD117。其中CD117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分離培養(yǎng)的影響J. 昆明醫(yī)學院學報,2010,(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、無脂的前體脂肪細胞和內(nèi)皮細胞組成?，F(xiàn)已查明，神經(jīng)纖維和單核細胞/巨噬細胞也是其組成成分。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)學研究發(fā)現(xiàn)，皮下和腹

10、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和交感神經(jīng)神經(jīng)纖維，說明前者具有更強的代謝活性。另外，和皮下脂肪組織比較，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等分離得到一種成纖維樣脂肪組織源性干細胞(adipose-derived stem cells，ADsCs)，發(fā)現(xiàn)ADsCs和骨髓間充質(zhì)干細胞一樣是一種多能間充質(zhì)干細胞，能夠分化為脂肪細胞、造骨細胞、軟骨細胞和成肌細胞。Pittenger等證實，在培養(yǎng)基中加入異丁基甲基黃嘌呤、地塞米松、胰島素和吲哚美

11、辛誘導分化，部分ADSCs可分化為脂肪細胞，但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，其差異表達基因和前體脂肪細胞并不相同，主要包括細胞周期相關蛋白GAS1(growth arrest-specific 1)，轉(zhuǎn)錄因子鋅指蛋白家族(zincfinger protein slug)和MYC(V-myc avian myelocytomatosis viral oncogene homolog)，信號

12、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。這些研究均表明，ADSCs是一種能分泌瘦素和脂聯(lián)素的多能干細胞。但是ADSCs與前體脂肪細胞的關系，以及調(diào)控ADSCs分化的關鍵性轉(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)和功能也有待進一步研究和探索。1.2 脂肪母細胞此階段實際是多能干細胞在接受成脂相關刺激，如寒冷、激素、生物活性因子、體外實

13、驗性誘導劑刺激后，由多能變?yōu)閱文芏ㄏ虺芍只钠鹗茧A段，是單潛能干細胞(unipotential stem cell)。此階段細胞仍具有干細胞增殖活躍的特性。對此階段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，其細胞骨架和細胞外基質(zhì)逐漸發(fā)生變化，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。此時，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能力，

14、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的確定前體細胞，人們對它的研究很多。包括各種實驗動物和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。體外實驗證明，單能干細胞向此階段分化的啟動，首先是細胞生長必須停止在細胞周期的G1/S期，而不是細胞的接觸。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

15、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)果表明卵巢周圍脂肪組織A2COL6/P0b324的表達量高于肩胛區(qū)、腹肌間及腹膜后的脂肪組織，且其表達與寒冷和腎上腺素能受體激動劑刺激呈正效關系。前脂肪細胞具有一般體細胞的有絲分裂能力。脂肪組織增生有兩條途徑，一是脂肪細胞通過獲取脂肪而使體積增加，另一條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 adip

16、ose 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。細胞己無分裂增殖能力，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、分裂能力，標志著終末分化(terminal differentiation)。此期細胞除表達前脂、不

17、成熟脂肪細胞的標志性分子(A2COL6/P01324)外，還表達乙酞輔酶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 later marker)。2脂肪細胞分化的標志2.1 脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶(LPL)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，能夠水解乳糜微粒和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

18、代謝和脂質(zhì)積聚過程中發(fā)揮重要作用。脂肪細胞分化早期LPL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LPL不同，前脂肪細胞因子(Pref-1)則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，隨分化進程其表達則迅速下調(diào)。Pref-1的持續(xù)高表達可明顯抑制脂肪細胞分化，而其表達抑制則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是一個重

19、要的抑制性分子標志。研究表明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，抑制脂肪細胞分化。2.3 脂肪細胞分化的晚期標志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)甘油三酯代謝相關的酶類，如乙酞輔酶A脫羧酶、甘油三磷酸脫氫酶、脂肪酸合成酶等;(2)激素相關蛋白，如胰島素敏感性葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白、胰島素受體、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)和抵抗素

20、等，其中尤以脂聯(lián)素、抵抗素(resitin)近來備受關注。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注。acrp30又稱adiponectin，基因序列與補體因子C1q有較高同源性，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)域和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)揮生物學功能。重組acrp30可顯著降低肥胖動物體內(nèi)的血糖和游離脂肪酸、增強脂肪酸氧化、減輕體重和改善胰島素敏感性。肥胖和胰島素抵抗患者血漿acrp30水平顯著降低，但經(jīng)胰島素增敏劑治療后，血漿acr

21、p30濃度明顯上升，胰島素抵抗癥狀顯著改善，提示acrp30可能是肥胖及胰島素抵抗發(fā)生機制中的重要保護因子。2.5 抵抗素抵抗素是脂肪細胞分化晚期釋放到胞外的一種特異性信號分子，與肥胖患者胰島素抵抗癥狀的出現(xiàn)關系密切。抵抗素的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抵抗素濃度明顯升高，禁食或應用抗糖尿病藥物后其血清濃度及體外培養(yǎng)脂肪細胞中抵抗素表達顯著下降;重組抵抗素能使正常小鼠出現(xiàn)胰島素抵抗癥狀，而抵抗素抗血清的使用能夠顯著改善胰島素抵抗癥狀，因此抵抗素作為胰島素抵抗與肥胖的紐帶一

22、直倍受重視。但也有研究持不同觀點，有關抵抗素與脂肪細胞分化調(diào)控及胰島素抵抗之間的關系尚需進一步研究。3前體脂肪細胞分化前脂肪細胞系和原代前脂肪細胞具有分化為成熟脂肪細胞的能力。待分化的細胞具有一切正常細胞所具有的包括生長和有絲分裂在內(nèi)的細胞周期，而開始進入分化的前提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)歷一個細胞匯合(confluence)的階段，但這種細胞間接觸并不是脂肪細胞分化的先決條件，比如在無血清培養(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

23、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)的反應，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)和由于缺少營養(yǎng)而引起的生長抑制(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和能在甲基異丁基黃嘌呤(MIBX)的誘導下增殖，而這兩個特征是處于Gs和Gn期的細胞所不具備的。生長抑制之后，前脂肪細胞在合適的促有絲分裂和促脂肪生成信號(主要是激素類)的作用下，經(jīng)過至少一輪的DNA復制和細胞加倍(cell doubling)，進入一種無性增殖階段，此過程稱為無性

24、擴增(clonal expansion)。無性擴增是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基礎。對3T3-F442A小鼠前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，而另外一些則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，比如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是脂肪細胞分化的必不可少的步驟，或者可以

25、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，這個階段可看成是分化的早期階段。此時都發(fā)生了哪些事件以及這些事件的確切順序，現(xiàn)在還不很清楚;此外對脂肪細胞分化的研究都是在體外進行的，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)的表達是脂肪細胞分化的早期標記，LPL的表達預示著脂肪積累的開始。但LPL的表達是在細胞匯合時自然發(fā)生的，不受脂肪細胞分化所必需的各種介質(zhì)是否存在的影響;LPL的表達也不是脂肪細胞所特有的，其它類型的間質(zhì)細胞如心肌細胞和巨噬細胞也能合成和分泌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。目前比較普遍接受的是過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)和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)體是脂肪細胞和脂肪組織所特有的，它們在前脂肪