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明确脂肪祖细胞多样性-脂肪祖细胞的包罗性蛋白质组学分析的成果- 来自理化学研究所(理研)生命医科学研究中心融合领域领导者培养计划的伊沃高级研究员(研究当时，现粘膜免疫研究小组客座研究员)等国际联合研究小组，利用蛋白质组学[3]的方法对存在于脂肪组织中分化为脂肪细胞[1]的脂肪祖细胞( APCs ) [2]进行了穷举性分析，发现脂肪祖细胞的性质会因性别差异和体内组织部位的不同而发生多样的变化，从而控制脂肪细胞的分化增殖。
可以期待本研究成果从脂肪细胞中理解近年来社会上增加的肥胖，为将来的预防作出贡献。
此次，国际联合研究小组在展示脂肪祖细胞功能多样性的同时，还表明肥胖状态下的雌性脂肪细胞的分化增殖被激活，雄性也可以通过药剂激活向脂肪细胞的分化增殖。
本研究发表在美国科学杂志《Cell Metabolism》在线版( 4月20日)上。 背景
近年来，肥胖患者的数量持续增加，预计到2030年将达到世界成人人口的一半。 肥胖与糖尿病、心脏病、癌症等慢性炎症疾病有关，因此据估计其经济影响每年将达到世界GDP的2%。
脂肪组织包括白色脂肪细胞和褐色脂肪细胞，其中白色脂肪细胞分布在皮下和内脏，起着将多馀能量作为中性脂肪储存的作用。 但是，研究表明，如果肥胖发展，白色脂肪细胞就会坏死，在周边组织引起慢性炎症。 褐色脂肪细胞主要分布在锁骨上部和脊椎附近，负责燃烧脂肪产生热量。
迄今为止，国际联合研究小组教授拉纳普塔等人发现，存在分化为脂肪细胞的脂肪祖细胞，该祖细胞根据脂肪组织的位置而具有不同的特征，在肥胖状态下，脂肪祖细胞活化而分化增殖为新的脂肪细胞，并填补新的脂肪细胞，从而维持身体的代谢功能。本研究使用高级蛋白质质谱技术，全面解析了脂肪祖细胞根据体内的部位和性别有怎样的不同性质。 研究方法和成果
国际联合研究小组首先从雄性和雌性小鼠身上采集性腺周围内脏脂肪中的白色脂肪组织和腹股沟皮下脂肪中的白色脂肪组织，然后使用细胞分选器，将脂肪祖细胞(白色脂肪祖细胞)分为4个子集进行多方面的分析。 这些子集为来自内脏脂肪脂肪前体细胞( APCs )、纤维炎症前体细胞( FIPs ) [4]、来自皮下脂肪的脂肪祖细胞中二肽基肽酶-4(DPP-4 ) [5]较低组( DPP-4- APCs )和DPP-4较高组( DPP-4+ APCs )，DPP-4被认为与血糖升高和肥胖有关。在每四个子集中，我们使用高级质谱仪[6]对4,870种蛋白质进行了蛋白质组分析[7]，并使用新一代可编程控制器[8]对15,477种RNA进行了转录因子分析[9]。 结果，我们对4,540个分子的所有子集进行了蛋白质水平和RNA水平的分析比较。 于是，在蛋白质水平的分析中，发现了每个细胞子集的功能上的相似性。 另一方面，在RNA水平的分析中，根据内脏脂肪或皮下脂肪等细胞的来源组织，发现了表达水平的相似性(图1 )。  图1脂肪祖细胞的多方面分析(按细胞子集、性别、定位部位分类)
分别从雄性和雌性小鼠身上采集性腺周围内脏脂肪和腹股沟皮下脂肪中存在的白色脂肪组织，利用细胞分选器分别分为四个细胞子集。 对于每个这些细胞子集，使用高级质谱分析分析4，870种蛋白质，使用新一代可编程控制器分析15，477种RNA。 结果，4，540个分子在蛋白质水平和RNA水平上都进行了分析。 蛋白质水平聚类分析表明细胞子集的功能相似和差异，而RNA水平聚类分析表明，不同细胞来源组织，如内脏脂肪或皮下脂肪，RNA的表达发生变化。 另外，在蛋白质水平上比较了来自皮下脂肪的DPP-4-APC细胞在雌雄间的差异，结果表明，只有雌性激素反应的37个蛋白质增加，具有与雄性脂肪祖细胞不同的特征。 由此认为，通过蛋白质水平的蛋白质组学分析，可以对细胞子集进行更为功能性的推测。
另外，为了比较肥胖状态下脂肪祖细胞的雌雄差异，从给予高脂肪食物的雄性和雌性小鼠身上采集腹股沟皮下脂肪的白色脂肪细胞，调查了其增殖。 于是，雄性老鼠即使喂高脂肪食物，脂肪细胞数也不会增加，而雌性老鼠喂高脂肪食物，脂肪祖细胞就会活化，新的脂肪细胞分化增殖。 由于产生了新的脂肪细胞，认为雌性很难发生因肥胖引起的代谢异常。
因此，我想，能否用药剂模仿在雌性脂肪祖细胞中看到的脂肪细胞的增殖效果。 为了激活调控脂肪细胞分化的过氧化物酶增殖剂活化受体伽马( PPARg ) [10]，给高脂肪饮食诱导肥胖的雄性和雌性小鼠施用糖尿病治疗药罗格列酮，为了解除对PPARg活性的抑制，给与癌症的治疗药特拉格列酮 结果表明，通过这些给药，PPARg的活性会影响皮下脂肪细胞的增殖，雄性小鼠也能激活脂肪祖细胞，诱导脂肪细胞的分化增殖(图2 )。图2给药对皮下脂肪细胞增殖亢进
用能追踪新脂肪细胞分化增殖的基因修饰模型小鼠( Mural Chaser小鼠)测定皮下脂肪细胞的增殖。 用喂高脂肪食物诱导肥胖状态的雄性和雌性小鼠进行比较，发现只有雌性脂肪细胞增殖(红色)。 给予糖尿病治疗药物(罗格列酮)后，雄性有2%的脂肪细胞新增殖，而雌性有30%的脂肪细胞增殖(左图蓝色)。 给予治疗癌症的药物( MEK抑制剂特拉美替尼)显示，无论雌雄，新脂肪细胞分化增殖均明显亢进(右图蓝色)。今后的期待
利用本研究发现的脂肪细胞祖细胞的包罗性蛋白质信息，对分化增殖和脂肪组织炎症重要的蛋白质有了新的探索。 脂肪细胞祖细胞的全面分析信息已在PreadProfiler数据库新选项卡上打开。
另外，根据性别和身体部位等不同，脂肪细胞祖细胞具有多种性质，将来有望与以脂肪祖细胞为目标的新的肥胖治疗有关联。补充说明
1 .脂肪细胞
包括白色脂肪细胞和褐色脂肪细胞，其中白色脂肪细胞分布在皮下和内脏，具有将多馀能量储存为中性脂肪的作用。 肥胖的发展导致白色脂肪细胞坏死，在周边组织引起慢性炎症。 另一方面，褐色脂肪细胞主要分布在锁骨上部和脊椎附近，负责燃烧脂肪产生热量。
2 .脂肪祖细胞( APCs )
存在于脂肪组织间质血管细胞群( stromal-vascular fraction(SVF ) )中的祖细胞，通过分裂，分化为新的脂肪细胞。 APCs是Adipocyte precursor cells的缩写。
3 .蛋白质组学
针对生命体和生物系统中存在的蛋白质，通过大规模解析功能、定位部位、动态、结构和修饰、代谢、相互作用等，对生命现象的理解和医学、制药等做出广泛贡献的研究领域。
4 .纤维炎症祖细胞( FIPs )
与纤维形成和炎症相关的祖细胞，不生成脂肪而产生胶原蛋白。 FIPs是光纤基础设施规划器的缩写。
5 .二肽基肽酶-4(DPP-4 )
从肽链末端起第二个氨基酸在脯氨酸、羟基脯氨酸、丙氨酸的位置切断结合并失活的酶。 分解GLP-1这种抑制餐后高血糖的激素，与血糖升高、糖尿病、肥胖的病情有关。 在这次实验中，我们进一步将脂肪祖细胞( APCs )分为DPP-4表达高的组和DPP-4表达低的组进行了分析。
6 .质谱仪
一种分析仪，将构成物质的原子和分子离子化，高灵敏度地测定其质量和数量。 用于物质的鉴定和定量。
7 .蛋白质组分析
一种分析通过分离、鉴定、定量细胞和组织中表达的蛋白质所获得的信息，分析构成生命系统的蛋白质功能和功能联系的方法。
8 .新一代可编程控制器
超高速解读碱基序列的装置。
9 .转录体分析
这是一种全面调查来自基因组DNA的转录产物( RNA )，测量基因表达状态的方法。
10 .过氧化物酶体增殖剂激活受体伽马( PPARg )
是与肥胖和2型糖尿病相关的转录因子，在脂肪细胞的分化控制中起着中心作用。国际联合研究小组
理化研究所生命医科研中心融合领域带头人培养方案
高级研究员(研究当时)伊沃(Yibo Wu)(现粘膜免疫研究小组客座研究员)
技术人员ⅰ(研究当时)克莱伯克尔( Clive Barker )
(现整合基因组学研究小组技术人员ⅰ)
德克萨斯大学西南医学中心
拉纳古普塔教授( Rana Gupta )
博士后研究员(研究当时)博尚(Bo Shan)
博士后研究员(研究当时)莫恩雷·肖(Mengle Shao)Bo Shan, Clive S. Barker, Mengle Shao, Qianbin Zhang, Rana K. Gupta, Yibo Wu, "Multilayered omics Reveal Sex- and Depot-Dependent Adipose Progenitor Cell Heterogeneity", Cell Metabolism, 10.1016/j.cmet.2022.03.012主讲人
理化研究所
生命医生科研中心融合领域带头人培养方案
高级研究员(研究当时)伊沃(Yibo Wu)
(现粘膜免疫研究小组客座研究员)
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