脂肪组织再生来源

    以往关于脂肪再生的研究主要集中于体外诱导成脂，在强诱导剂如cAMP诱导剂、糖皮质激素激动剂和胰岛素或胰岛素样生长因子等的诱导下，前脂肪细胞系可实现向单个脂肪细胞的转变[1]。但体外脂肪细胞的生成过程，却无法在体内实现，体内脂肪组织再生探索依旧前路漫漫。不同器官或组织的脂肪细胞基因表达具有异质性，决定了脂肪谱系的复杂性[2]。脂肪谱系再生及转分化为近年来探索的方向，本文参考国内外文献，综述了体内脂肪再生细胞来源途径。

    一、生理状态下脂肪细胞再生来源

    目前研究证明脂肪细胞来源主要包括间充质干细胞及其下游的间质细胞，如成纤维细胞、周细胞和平滑肌细胞(smooth muscle cells, SMCs)、血管内皮细胞及骨髓造血干细胞等[3,4,5,6]。也有学者提出不同观点，Berry和Rodeheffer[7]建立了内皮细胞系标记的Cdh5-Cre及Tie2-Cre小鼠模型，在白色及棕色的成熟脂肪细胞中均未见表达Cre所携带的荧光蛋白，表明脂肪细胞在正常情况下并不来源于内皮细胞，以往很可能因为脂肪细胞被GFP+标记的内皮细胞包绕，而误认为GFP+标记在脂肪细胞上；Berry和Rodeheffer[7]同时使用Vav1-Cre标记骨髓造血系统，在白色脂肪组织中均未出现荧光标记，表明骨髓造血干细胞不是白色脂肪细胞来源。

    (一)脂肪干细胞和祖细胞(adipose stem and progenitor cells，ASPCs)来源

    成年人体内约10%的脂肪细胞会自我更新[8]。通常认为成熟脂肪细胞起源于ASPCs。以往仅能采用流式分选及免疫标记等手段，认为ASPCs存在于脂肪组织的血管基质组分(stromal vascular fraction, SVF)中，为一种异质性细胞群，而非单一细胞，在体内亦难以用特异性标志物进行追踪证实，精确分子特征尚未达成共识。现随着单细胞测序的发展，有学者认为ASPCs主要由以下3个亚群组成：脂肪干细胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)、前脂肪细胞(preadipocytes，PreAs)和脂肪生成调节因子(adipogenesis regulators，Aregs)[9]。Merrick等[10]将mTomato+荧光标记的小鼠采用荧光激活细胞分选得到皮下ADSCs(DPP4+，CD142－)，移植到小鼠脂肪垫中，7 d后见PreAs和Aregs的分子标志物(分别为ICAM1和CD142)表达，且不会随时间延长而获得DPP4+表达，CD142+和(ICAM1+、CD142－)细胞在体内存在相互转化，(DPP4+、CD142－)、CD142+和(ICAM1+、CD142－)3种细胞其后均可分化为成熟脂肪细胞，该研究证明了PreAs和Aregs均来源于ADSCs，表明了ADSCs分化轨迹的层次，为脂肪的自我更新提供了确凿证据。

    (二)筋膜来源假说

    Su等[11]发现靠近鼠骨骼肌的浅筋膜会大量表达前体脂肪细胞相关标志物，而体内此处为乏脂肪生成区，提取此处筋膜来源基质细胞(fascia-derived stromal cells, FSCs)在体外可自发诱导成脂分化，基于此研究提出"筋膜-脂肪细胞起源"模型。但该实验是通过早期分化的脂肪细胞逆向推测前体脂肪细胞定位于筋膜下脉管系统，无法准确标记筋膜前体脂肪细胞，提供其向脂肪细胞分化的充分证据。

    (三)特定亚群成纤维细胞来源

    目前谱系示踪广泛用于脂肪细胞溯源，但由于非特异性的Cre表达可能会影响脂肪前体细胞之外的细胞及组织的功能，Sun等[12]构建了Cre-LoxP、FLP-FRT联合重组系统小鼠模型，可在不影响脂肪组织整体形态与功能的前提下，追踪小范围的脂肪前体细胞中Pdgfrα或Pdgfrβ的通路变化对脂肪分化的影响，证明外膜成纤维细胞是脂肪前体细胞的主要来源，而非Pdgfrβ+的周细胞或SMCs。Jiang等[13]构造Pdgfrα-DreER、Pdgfrβ-CreER和Cre/Dre双依赖性Ai66基因报告小鼠，寻找心脏脂肪细胞来源，因Pdgfrβ在冠状血管SMCs和周细胞中表达，使用SM22a-CreER和Myh11-CreER排除了SMCs对心脏脂肪细胞的贡献，使用NG2-CreER证明了NG2+周细胞对出生后心脏内脂肪生成没有帮助。

周细胞的脂肪起源一直有所争议，目前还没有一种可以完全标记所有周细胞特异性的标志物。鉴于在体外实验中分选的周细胞被证明有成脂潜力[14]，未来需使用更多示踪工具以更全面对其变化进行追踪。

    二、创伤应激状态下的脂肪再生

    (一)局部经皮热疗刺激白色脂肪细胞米色化

    在机体不同状态下，白色脂肪、棕色脂肪、米色脂肪之间可进行转分化[15]。米色脂肪与棕色脂肪的解偶联蛋白1(uncoupling protein 1，UCP1)均呈阳性表达，前者UCP1表达量虽低，但激活后的产热能力更强。寒冷或儿茶酚胺水平、炎症应激和缺氧等因素也可以诱导白色脂肪米色化。对于米色脂肪的来源有较多不同的观点，如由脂肪前体细胞从头合成、由白色脂肪细胞转化而成或来源于平滑肌细胞[16,17,18]。

    Li等[19]以近红外光照射皮下注射的聚乙二醇交联多巴胺纳米粒子，在皮下脂肪组织将光能精确转换为稳定热效应[(41±0.5) ℃]，证实通过HSF1基因调节Hnrnpa2b1(A2B1)转录可实现脂肪的米色化转变。Zan等[20]采用近红外光照射皮下注射的硫化铜纳米颗粒水凝胶实现透皮热疗(>42 ℃)，激活另一热信号传感器瞬时受体电位香草酸通道1(transient receptor potential vanilloid 1, TRPV1)，进而促进白色脂肪的棕色化，但"HSF1-Hnrnpa2b1轴"热疗未激活TRPV1，说明温度精确稳定控制对白色脂肪褐变通路有关键影响。

    (二)寒冷刺激下脂肪细胞新生重塑的源头

    Shamsi等[21]通过单细胞测序及构建Trpv1+基因报告鼠发现，Trpv1+的血管平滑肌(vascular smooth muscle, VSM)来源细胞与Pdgfrα+亚群无重叠，且不具有Pdgfrβ、Sca-1或CD81先前已证明的脂肪前体细胞的标记，为新发现脂肪细胞发育来源，揭示了在长时间的冷暴露下棕色脂肪细胞募集的源头，Trpv1+ VSM来源的脂肪前体细胞可在冷诱导下增殖，向棕色和米色脂肪细胞分化，同时Trpv1+ VSM亦能参与白色脂肪组织的形成。而Han等[22]通过构建Cre-loxP和Dre-rox双同源重组酶系统，发现在冷刺激环境下，小鼠腹股沟脂肪中米色脂肪大量增加，其中部分显示来源细胞为Pdgfrα单阳性细胞和Pdgfrα/Pdgfrβ双阳性细胞，且Pdgfrα/Pdgfrβ双阳性细胞群具有更强的产生新脂肪细胞的能力，为新发现的成体脂肪干细胞群，但来自于该群的脂肪重塑占比较少，米色脂肪转化多来自于预先存在的Plin1-CreER标记的脂肪细胞。

    (三)肌成纤维细胞与脂肪细胞的互相转化

    Plikus等[23]首次在哺乳动物中发现了细胞系通过谱系重编程，变成另外一种细胞系的再生现象，小鼠伤口愈合期间，在新生毛囊周围，一种骨髓源性的分化成熟的肌成纤维细胞会通过激活骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)信号通路，继而活化脂肪细胞转录因子，转分化为脂肪细胞。Shook等[24]通过建立诱导型白喉毒素受体的基因报告小鼠，发现当皮肤损伤时，真皮脂肪细胞不仅出现脂解现象募集巨噬细胞等免疫过程，还会去分化后再转分化变为肌成纤维细胞促进伤口床愈合，参与损伤细胞和组织的修复。由此看来，创伤刺激能引起双向转换，成熟细胞的转分化潜能仍需进一步挖掘。

    三、病理状态下脂肪细胞来源

    病理性脂肪组织从侵袭性上可简单分为良性脂肪瘤与脂肪肉瘤。目前良性脂肪瘤病因未明，有学者认为外伤、遗传、饮食习惯、压力对脂肪瘤形成有一定影响[25]。病理切片上可见正常脂肪组织表面无包膜，脂肪小叶内部没有纤维间隔，而脂肪瘤有完整包膜，纤维组织形成的小叶间隔内有丰富的血管[26]。张新合[27]利用基因芯片筛选出脂肪瘤与正常脂肪组织的6个差异基因，即ESM-1、SOXⅡ、HOXDl0、NPY5R、ERBB4和APOB，但在肿瘤发展过程中孰因孰果仍不得而知，且仅在间质细胞和血管内皮中有阳性表达，样本来源于多发性脂肪瘤患者，其表现与普通单发性脂肪瘤应有一定差异。李一唱[28]在体外培养脂肪瘤干细胞(lipoma-derived stem cells, LSCs)并与ADSCs进行对比，发现LSCs增殖速度快，分化趋势强，但其表现出明显的异型性，转录组测序结果亦显示LSCs胞内活动更活跃，有更强的增殖、分化能力，并有类似某些恶性肿瘤的转移、侵袭、异常分化、免疫逃逸的表现。Lin等[29]提出LSCs与ADSCs同源，并且有一定相关性。故脂肪瘤的形成，是由于ADSCs促进肿瘤生长的相关机制异常上调或抑制机制异常下调暂无结论，但脂肪瘤的长期存在及增大并不会恶变为脂肪肉瘤，也有学者认为其信号通路等相关表达改变只导致相关功能代谢差异，仍不至恶变。脂肪肉瘤起源于脂肪母细胞向脂肪细胞分化的间叶细胞，故组织学上也由较成熟的脂肪组织构成，其细胞遗传学特点是有额外环状染色体和(或)巨大杆状标记染色体，可见数量不等的脂肪母细胞。MDM2和CDK4的过表达广泛存在于脂肪肉瘤，不发生在脂肪瘤，是脂肪肉瘤的典型分子标志物[30]。

    四、探索脂肪细胞起源的技术瓶颈

    以往多应用简单的谱系示踪及流式分选追寻脂肪细胞起源，选择有限的分子标志物来标记和追踪细胞，难以获得全面的信息，对脂肪细胞谱系动态、发育机制、细胞亚型的详细分子描述和具体代谢表型尚未完全阐明。谱系示踪的发展，可以更为精确筛选追踪确定亚群的分子标志物，进一步消除细胞群体之间的重叠效应。单细胞转录组测序技术(single cell RNA sequencing, scRNA-seq)通过新的聚类、可视化和建模算法，可实现在单个细胞水平上全面、无偏倚地评估细胞异质性和功能状态；鉴定并发现未知细胞亚群，在分析细胞分化轨迹推断细胞来源时，脂肪细胞来源可追溯到细胞亚群水平，具有明显优势。但成熟脂肪细胞由于脂滴较大或线粒体含量较高难以进行scRNA-seq,目前已有研究利用单细胞核RNA测序技术(single nuclei RNA-sequencing, snRNA-seq)克服这一局限，但这两种技术获得的结果仍未达到一致性[31]。

近年对于脂肪重塑及再生来源等研究结论不时出现冲突，一方面可能是研究者未能察觉的细微变化导致观察结果的改变，另一方面可能是因为多种分类后亚群之间存在一定的重叠。体内脂肪发育具有复杂性，故在各种生理背景下研究脂肪组织发育是必要的。我们将脂肪生成的过程简单地定义为由各种类型的"前体脂肪细胞"分化为"成熟脂肪细胞"可能过于武断，中间可能还存在处于不稳定状态的细胞，微环境的改变可随时改变其细胞分化命运。对于脂肪再生的进一步研究，从过去追踪"细胞类型"至今日细化追踪到"细胞亚群"，有赖于技术手段的发展，可对分子及基因变化进行更细化捕捉及追踪。

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参考文献

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