脂肪细胞的基础知识

1、脂肪细胞的基础知识脂肪细胞的生长全过程及其形态变化脂肪母细胞，是指能向脂肪细胞分化的ADSCs在激素、生物活性因子、寒冷等因素刺激下均能逐渐分化成为单能干细胞。它可保持着干细胞增殖活跃的特性，脂肪母细 胞再进一步分化为前脂肪细胞，即通常人们所说的脂肪细胞前体。前脂肪细胞再经历细 胞融合、接触抑制和克隆扩增等步骤启动向成熟脂肪细胞分化，并在胰岛素、地塞米松 等诱导剂作用下完成向成熟脂肪细胞的分化。全过程可以表示为：多能干细胞 一一脂肪母细胞一一前脂肪细胞一一不成熟脂肪细胞一一成熟脂肪细胞。生长期前脂肪细胞的形 态与成纤维细胞相似，经诱导分化，其细胞骨架和细胞外基质发生变化，开始进入不成 熟细胞向

2、成熟细胞转变。细胞形态由成纤维细胞样逐渐趋于类圆或圆形，胞体逐渐增大，胞质中开始出现小脂滴，脂质开始累积，以后小脂滴增多并融合为较大的脂滴，可经油 红“。染色等方法于显微镜下显色，从而获得成熟脂肪细胞的形态特征。此时的细胞无 分裂增殖能力，为脂肪细胞分化的终末阶段。张高娜，梁正翠.动物脂肪细胞的研究进展J.饲料工业,2009,30:42-44.脂肪细胞由起源于中胚层的间充质干细胞逐步分化形成，按间充质干细胞一脂肪母细胞一前脂肪细胞一不成熟脂肪细胞一成熟脂肪细胞的过程发展。前脂肪细胞在多种转 录因子调控下，激活脂肪组织相关基因，并在这些基因的顺序性调控下，经一系列复杂的步 骤分化为成熟脂肪细胞。

3、张艳.脂肪细胞分化过程中的分子事件J.儿科药学杂志,2008,14(1):56-57.间充质干细胞概念：不同文献中，分别命名为抽脂处理细胞(processed lipoaspirate cells, PLA)，脂肪基质微管碎片细胞(stromal vascularfraction cells, SVF )，脂肪组织源基质细胞 (adipose-tissue derived stromal cells, ATSCs),脂肪源中胚层干细胞 (adipose-derived mesodermal stem cells, ADMSCs )等。这些不一致的名称均指从脂肪组织中分离的、可在体外大量扩增并具

4、有多 向分化潜能的细胞。李惠侠，屈长青.脂肪组织源性干细胞研究进展J.生理科学进展，2007,38(2)脂肪细胞是由起源于中胚层的间充质干细胞(mesenchymal stem cell, MSC)逐步分化、发育而来，MSC主要分布于脂肪组织和骨髓中。脂肪细胞不同发育阶段的两类细胞系为 多能干细胞系和前体脂肪细胞系，前者为不定向的细胞系，能转变为稳定的脂肪细胞、肌 细胞和软骨细胞，后者为定向的细胞系，是目前体外研究脂肪细胞分化应用最为广泛的细 胞系。庞卫军，李影.脂肪细胞分化过程中的分子事件J.细胞生物学杂志,2005,27: 497-500.脂肪来源的间充质干细胞 (adipose tiss

5、ue derived mesenchymal stem cells, ADMSCs) 间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)具有自我更新及多向分化潜能 ，是一种 具有潜力的组织工程种子细胞。目前研究得比较多的是骨髓来源的MSCs,但骨髓中的间充质干细胞数量很少(约占细胞总数的1/105)，且存在取材困难等问题。MSCs广泛分布于 其他组织中,包括肌肉、血管、肝脏、胰腺和脂肪等。ADMSCs 表面有 CD29、CD44、CD71、CD90、CD105/SH-2、SH-3、STRO-1 等多 种抗原标志。李冬艳，宇丽.脂肪来源的间充质干细胞分离方法的改进 J.暨南

6、大学学报(医学版),2007,28(6).脂肪源性干细胞(adipose-derived stem cells, ADSCs)Zuk等从脂肪组织中分离出了一种成纤维细胞样细胞，它与骨髓间充质干细胞(MSCs)形态相似，称之为脂肪干细胞(ADSCs)，平均每300 ml脂肪组织可获得2X108 6X108个这样的细胞。ADSCs和MSCs具有相同的表现型，对 CD29、CD44、CD71、 CD70、CD105/SH2和SH3为阳性反应，对 CD31、CD34和CD45为阴性反应。此夕卜， 它们还具有各自特征性的表达分化抗原：ADSCs具有特征性表达分化抗原CD49d,而MSCs具有特征性表达分

7、化抗原 CD106。张高娜，梁正翠.动物脂肪细胞的研究进展J.饲料工业,2009,30(2)间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一类具备干细胞特点的细胞系，具 有自我更新能力、长期的活性和多系分化潜能。脂肪来源的间充质干细胞(adipose tissue-derived mesenchymal stem cells ADSCs), 以其取材方便、来源丰富等多种优势逐渐取代骨髓间充质干细胞(bone marrow-derivedmesenchymal stem cells, BMSCs)。免疫表型：研究发现 ADSCs 主要表达 CD13、CD44、CD73

8、、CD90、CD105、CD106、 CD166、CD29、CD49e 和 HLA-ABC ,而不表达 CD34、CD3、CD19、CD45、CD14、CD117、 CD31、CD62L、CD95L和HLA-DR。这个结果和其他的 MSCs几乎一致。但 ADSCs与 BMSCs也有差别：大部分 BMSCs表达CD10,而表达 CD10的ADSCs仅占5%20%; 几乎所有的 ADSCs表达CD49f和CD54,而BMSCs极少表达。周苏娜，张明鑫.脂肪来源的间充质干细胞的生物学特征及临床应用 J.中国现代普通外科进展,2009,12(1).不同细胞的表面标志是不同的，脂肪干细胞的表面标记为：C

9、D9、CD10、CD13、CD29、CD10、CD44、CD49e、CD49d、CD54、CD55、CD59、CD90、CD105、CD107、CD146、CD166等阳性，能够向骨、软骨和脂肪的等多方向分化。ADSCs表达4种通用多向分化潜能干细胞标记 CD105、STRO21、CD166及CD117。其中CD117是一种干细胞因子受 体，在全能或多能干细胞中表达。 王福科，赵德萍.不同类型血清对大鼠脂肪干细胞分离培养的影响 J.昆明医学院学报,2010,(3):4-10.脂肪细胞的分化过程脂肪组织几乎遍布于全身，在整个生命过程中有极强的可塑性，主要由成熟并充脂的脂肪细胞、无脂的前体脂肪细胞

10、和内皮细胞组成。现已查明，神经纤维和单核细胞/巨噬细胞也是其组成成分。大约2/3的这些细胞可以充分发育为脂肪细胞，在显微镜下呈特有的指环形细胞形态。脂肪细胞的细胞结构依个体年龄、性别、体重以及来源部位有很大变 化。形态学研究发现，皮下和腹部脂肪有明显不同。网膜脂肪组织比皮下脂肪组织含更多 的血管和交感神经神经纤维，说明前者具有更强的代谢活性。另外，和皮下脂肪组织比较，网膜脂肪组织的单核细胞/巨噬细胞更多。人类网膜比皮下脂肪组织脂肪细胞要小。1脂肪细胞分化历程1.1脂肪组织源性干细胞脂肪细胞的来源及发生时间至今尚不完全清楚。Kats等分离得到一种成纤维样脂肪组织源性干细胞(adipose-der

11、ived stem cells, ADsCs),发现ADsCs和骨髓间充质干细胞一样 是一种多能间充质干细胞，能够分化为脂肪细胞、造骨细胞、软骨细胞和成肌细胞。Pittenger 等证实，在培养基中加入异丁基甲基黄喋吟、地塞米松、胰岛素和呵噪美辛诱导分化，部 分ADSCs可分化为脂肪细胞，但是分化过程中的形态变化如脂滴聚集等比前体脂肪细胞 系表现较晚。Nakamura等最近也发现，在同样的成脂培养条件下，尽管ADSCs与3T3-L1等脂肪细胞系在分化后期的差异表达基因相同，主要是一些脂肪细胞特异基因”，但在ADSCs分化早期，其差异表达基因和前体脂肪细胞并不相同，主要包括细胞周期相关蛋 白 G

12、AS1(growth arrest-specific 1),转录因子锌指蛋白家族 (zincfinger protein slug)和 MYC(V-myc avian myelocytomatosis viral oncogene homolog), 信号调节因子 CDC42(GTPase-activating protein)、PEE4D(phosphodiesterase4D, camp-specific)及细胞分泌 物DKK1等。Hunga等利用基因芯片技术研究了间充质干细胞分化过程中基因表达变化， 发现上述GAS1蛋白等因子在分化早期细胞表达。这些研究均表明，ADSCs是一种能分泌瘦素

13、和脂联素的多能干细胞。但是ADSCs与前体脂肪细胞的关系，以及调控ADSCs分化的关键性转录因子等尚不清楚，同时对已发现的差异表达基因的结构和功能也有待进 一步研究和探索。1.2脂肪母细胞此阶段实际是多能干细胞在接受成脂相关刺激，如寒冷、激素、生物活性因子、体外 实验性诱导剂刺激后，由多能变为单能定向成脂分化的起始阶段，是单潜能干细胞 (unipotential stem cell)。此阶段细胞仍具有干细胞增殖活跃的特性。对此阶段是否有特异 基因表达，尚未见报道。1.3前体脂肪细胞生长期前脂肪细胞的形态与成纤维细胞相似，经适当的分化诱导，其细胞骨架和细胞 外基质逐渐发生变化，细胞开始进入由不成

14、熟脂肪细胞向成熟脂肪细胞类型转变的过程。此时，细胞形态由椭圆形逐渐趋于类圆或圆形，胞体逐渐增大，胞质中开始出现小脂滴， 标志着脂质开始积累。小脂滴不断增多并融合为较大的脂滴，经油红0染色，在显微镜下呈现红色，获得成熟脂肪细胞的形态特征。一般认为此阶段细胞已无分裂增殖能力，为脂肪细胞分化的终末阶段。前脂肪细胞阶段作为脂肪细胞的确定前体细胞，人们对它的研究很多。包括各种实验 动物和人皮下白色脂肪组织及血管间充质等部位棕色脂肪组织中的前脂肪细胞、鼠胚胎前脂肪细胞系3T3,以及骨髓来源的前脂肪细胞。体外实验证明，单能干细胞向此阶段分化 的启动，首先是细胞生长必须停止在细胞周期的G1/S期，而不是细胞的

15、接触。该阶段早期特异性表达 A2COL6/P0b24mRNA，其序列与人类编码IV型胶原A2链(A2COL6)的基 因序列很相似。但 A2COL6/P0b324的表达并不只限于脂肪组织，也可在卵巢、肾上腺、 肺、骨骼肌中表达。A2COL6/P0b324在成脂分化早期表达，以后随晚期特异性分子如 GPDH、adipsin表达的出现而下降，因此它可作为前脂细胞的特异性标志物。Cousin等以A2COL6/P0b324表达量的差异估计前脂细胞在不同解剖部位棕色脂肪组织(表达解偶联蛋白，UCP)的比例，结果表明卵巢周围脂肪组织A2COL6/P0b324的表达量高于肩胛区、腹肌间及腹膜后的脂肪组织，且其

16、表达与寒冷和肾上腺素能受体激动剂刺激呈正效关系。前脂肪细胞具有一般体细胞的有丝分裂能力。脂肪组织增生有两条途径，一是脂肪细 胞通过获取脂肪而使体积增加，另一条是通过前脂肪细胞数量增加，进而分化成脂肪细胞来实现脂肪组织的增生。1.4不成熟脂肪细胞不成熟脂肪细胞(immature adipose cell)，此期细胞形态己趋于类圆或圆形，胞体变大，且胞质中开始出现小脂滴，标志着分化已开始接近终末阶段。细胞己无分裂增殖能力，该 阶段细胞除表达早期标志性(early marker)分子(A2COL6/P01324)夕卜，还开始表达晚期分化 标志性分子，如胰岛素敏感性葡萄糖转运蛋白等。1.5成熟脂肪细胞

17、细胞达成熟脂肪细胞(mature adipose cell/adipocyte)阶段时，成脂分化过程已告结束， 胞体更大，更圆，胞内脂滴数量增多，且小脂滴融化成大小不等的脂泡。细胞亦失去增殖、分裂能力，标志着终末分化(terminal differentiation)。此期细胞除表达前脂、不成熟脂肪细 胞的标志性分子(A2COL6/P01324)夕卜，还表达乙猷辅酶 A结合蛋白(ACBP)、磷酸烯醇型丙 酮酸激酶(PEPCK)、脂素(adipsin)、A2-肾上腺素受体(A2-adrenoreceptor),这些标志性分子 又被称为很晚标志(very later marker)。2脂肪细胞分化

18、的标志2.1脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶(LPL)是一个60kD的糖蛋白，在脂肪细胞分化早期(前脂肪细胞)即有表达， 并随分化进程表达逐渐增加，至分化晚期表达渐趋稳定。成熟脂肪细胞分泌的LPL经载脂蛋白Apo-CII激活后，能够水解乳糜微粒和极低密度脂蛋白中的甘油三醋，产生可直接 作为能源的游离脂肪酸，并在能量代谢和脂质积聚 过程中发挥重要作用。脂肪细胞分化早期LPL是否具有上述功能意义尚不清楚， 但由于ADSCs在分化为前脂肪细胞阶段缺乏LPL的表达，因此LPL作为促进脂肪细胞分化的重要因子之一，已成为干细胞分化为前脂肪 细胞的经典标志。2.2前脂肪细胞因子与LPL不同，前脂肪细胞因子(Pref-1

19、)则是脂肪细胞分化早期具有分化抑制作用的分 子标志。Pref-1标志出现于前脂肪细胞阶段，其mRNA在前脂肪细胞阶段具有较高的表达水平，随分化进程其表达则迅速下调。Pref-1的持续高表达可明显抑制脂肪细胞分化，而其表达抑制则明显增强脂肪细胞的分化，提示Pref-1在前脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化过程中是一个重要的抑制性分子标志。研究表明Pref-1为跨膜蛋白，其胞外区有 6个连续的表皮生长因子样结构域，可形成可溶性的活性因子，通过抑制P42/P44MAPK通路，阻断胰岛素样生长因子受体的信号转导，抑制脂肪细胞分化。2.3脂肪细胞分化的晚期标志脂肪细胞分化进入终末分化阶段，各种晚期分子标志也开始

20、出现，主要包括:(l)甘油三 酯代谢相关的酶类，如乙猷辅酶A脱宸酶、甘油三磷酸脱氢酶、脂肪酸合成酶等;(2)激素相关蛋白，如胰岛素敏感性葡萄糖转运蛋白、胰岛素受体、。肾上腺素能受体等;(3)成熟脂肪细胞特异产物，如脂肪细胞脂结合蛋白、激素敏感酯酶、脂肪酸转运蛋白、脂周素、瘦 素、脂素、脂联素(acrp30)和抵抗素等，其中尤以脂联素、抵抗素(resitin)近来备受关注。2.4 acrp30作为成熟脂肪细胞特异表达的蛋白，acrp30在脂肪细胞分化中的作用及其意义近来受到广泛关注。acrp30又称adiponectin,基因序列与补体因子 C1q有较高同源性，是一个 30kD的分泌性蛋白。ac

21、rp30由信号序列、可变区、N端胶原结构域和 C端球形域组成， 可通过胶原结构域形成同源三聚体等活性形式，并通过球形结构域发挥生物学功能。重组 acrp30可显著降低肥胖动物体内的血糖和游离脂肪酸、增强脂肪酸氧化、减轻体重和改善 胰岛素敏感性。肥胖和胰岛素抵抗患者血浆 acrp30水平显著降低，但经胰岛素增敏剂治疗后，血浆 acrp30浓度明显上升，胰岛素抵抗症状显著改善，提示acrp30可能是肥胖及胰岛素抵抗发生机制中的重要保护因子。2.5抵抗素抵抗素是脂肪细胞分化晚期释放到胞外的一种特异性信号分子，与肥胖患者胰岛素抵抗症状的出现关系密切。抵抗素的N端为信号，其余94个氨基酸多肤含有11个高

22、度保守 的半胱氨酸残基序列，并通过二硫键形成同源多聚体后才具生物活性。研究发现，高脂饮 食性或遗传性肥胖小鼠血清抵抗素浓度明显升高，禁食或应用抗糖尿病药物后其血清浓度及体外培养脂肪细胞中抵抗素表达显著下降；重组抵抗素能使正常小鼠出现胰岛素抵抗症 状，而抵抗素抗血清的使用能够显著改善胰岛素抵抗症状，因此抵抗素作为胰岛素抵抗与 肥胖的纽带一直倍受重视。但也有研究持不同观点，有关抵抗素与脂肪细胞分化调控及胰 岛素抵抗之间的关系尚需进一步研究。3前体脂肪细胞分化前脂肪细胞系和原代前脂肪细胞具有分化为成熟脂肪细胞的能力。待分化的细胞具有一切正常细胞所具有的包括生长和有丝分裂在内的细胞周期，而开始进入分化

23、的前提就是退出此细胞周期。一般将待分化的细胞退出细胞周期的现象称为生长抑制(growth arrest),脂肪细胞分化也以生长抑制作为前提条件。生长抑制之前，前脂肪细胞经历一个细胞汇合(confluence)的阶段，但这种细胞间接触并不是脂肪细胞分化的先决条件，比如在无血清培养基中培养的密度较低的鼠原代前脂肪细胞在缺少细胞间接触的条件下也能分化。一般认为脂肪细胞分化前的生长抑制发生于细胞周期的G1期，这时的细胞不但停止生长而且失去了对促有丝分裂介质的反应，称为Gd期。另外，还存在由于缺少生长因子而引起的生长抑制(Gs)和由于缺少营养而引起的生长抑制 (Gn)，这两种生长抑制也都发生于 G1期，

24、 但只有抑制于Gd期的细胞能在缺少DNA合成的情况下获得分化表型和能在甲基异丁基 黄啤吟(MIBX)的诱导下增殖，而这两个特征是处于Gs和Gn期的细胞所不具备的。生长抑制之后，前脂肪细胞在合适的促有丝分裂和促脂肪生成信号(主要是激素类)的作用下，经过至少一轮的 DNA复制和细胞加倍(cell doubling),进入一种无性增殖阶段， 此过程称为无性扩增(clonal expansion)。无性扩增是3T3-Ll前脂肪细胞向成熟脂肪细胞分 化的必要前提。无性扩增的意义在于细胞通过增殖而为快速分化打下基础。对 3T3-F442A 小鼠前脂肪细胞系进行体外培养发现，在培养基中原来都相互分散的细胞，

25、培养一段时间以后有一些通过增殖而形成了细胞簇，每个细胞簇一般有4-12个细胞，而另外一些则仍然以单个细胞存在。细胞簇中的细胞大多数都积累了脂肪，而单个存在的细胞一般都没有 脂肪生成。但来源于人脂肪组织的原代前脂肪细胞的表现有所不同，比如对此细胞的有丝分裂进行抑制并不能影响其向脂肪细胞的分化。这种现象说明无性扩增可能并不是脂肪细胞分化的必不可少的步骤，或者可以说此步骤对细胞分化的重要性对所有来源的脂肪细胞 并不都是一样的。经历(或不经历)无性扩增的前脂肪细胞开始表现出脂肪细胞的某些特征，这个阶段可 看成是分化的早期阶段。 此时都发生了哪些事件以及这些事件的确切顺序，现在还不很清楚;此外对脂肪细胞

26、分化的研究都是在体外进行的，因此细胞分化的模式也受到材料来源、 培养基、培养条件等的影响。Ailhaud等认为脂蛋白脂酶(LPL)的表达是脂肪细胞分化的早 期标记，LPL的表达预示着脂肪积累的开始。但LPL的表达是在细胞汇合时自然发生的，不受脂肪细胞分化所必需的各种介质是否存在的影响；LPL的表达也不是脂肪细胞所特有的，其它类型的间质细胞如心肌细胞和巨噬细胞也能合成和分泌LPL。以上现象说明LPL只能作为脂肪细胞分化的一个早期参考性标一记，而不能作为特异性标记。目前比较普遍接受的是过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)和CCAAT增强子结合蛋白(CCAAT ,C/EBP)可以作为脂肪细胞分化的早期标记。二者中的主要异构体是脂肪细胞和脂肪组