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PNAS :小鼠白色脂肪组织和骨骼肌中的祖细胞可转化为棕色脂肪细胞

来源:ScienceDaily 2010-12-23 13:44

人体的脂肪分为白色和棕色两种。白色脂肪细胞会储存摄入体内的多余热量,如在体内积聚过多,就会形成肥胖。棕色脂肪则是一种天然耗能型脂肪,对于维持体温和能量平衡起着重要的作用,其细胞中含有大量的线粒体,可通过燃烧摄入的糖来产生热量,而不是以脂肪形式将其存储起来。乔斯林糖尿病中心(Joslin Diabetes Center)的一个研究小组曾在去年的研究中证实了棕色脂肪在成人体内的活性作用,近日研究人员再度发现小鼠白色脂肪组织和骨骼肌中的祖细胞可转化为棕色脂肪细胞。研究论文在线发表在PNAS杂志上。

“新研究发现为研究人员开辟了一条全新的途径以设计出诱导内源祖细胞分化为成熟的棕色脂肪细胞的新分子,”论文的资深作者、哈佛大学医学院医学系助理教授、乔斯林糖尿病中心研究员Yu-Hua Tseng博士说。

“这是一个特别令人兴奋的发现,我们证实其中的一些细胞就位于皮下的白色脂肪组织中。这意味着获得这些细胞对于我们来说并不是很难的事情,”Tseng说。

在新研究中科学家们对来自小鼠不同脂肪组织和骨骼肌的细胞进行了体外实验检测,研究人员首先用一种称为Sca1的蛋白标记细胞,然后再用BMP-7蛋白(从前证实是棕色脂肪分化的一个关键因子)处理这些细胞。研究人员发现其中大量的细胞均表达棕色脂肪细胞的标记物。当在细胞中加入糖尿病罗格列酮时,研究人员发现皮下白色脂肪组织中祖细胞的转换率明显升高。过去的研究曾证实罗格列酮可推动棕色脂肪细胞分化。进而研究人员证实尽管来自不同小鼠脂肪组织和肌肉组织的Sca1阳性祖细胞在分子标记上存在在差异,它们却一致地发生了转变。而当研究人员将BMP-7处理的祖细胞重新注射到小鼠体内,研究人员发现这些细胞全都存活并转化形成了成熟的棕色脂肪细胞。

“目前我们仍然在寻找人体内与Sca1 蛋白相似物,”Tseng说:“我们同时还对来自不同类型人类脂肪组织的细胞进行了检测,我们发现BMP-7可以诱导来源于人类白色脂肪组织的细胞表达分化棕色脂肪细胞的标记物。”

“鉴于肥胖是2型糖尿病、心血管疾病和其他代谢性疾病的主要风险因子,找到能减轻体重的新方法是非常必要的,”Tseng说:“当然对于一般人群而言饮食和锻炼仍是减重最好的方法。但是对于那些具有肥胖遗传体质或是由于体重超标而导致代谢性疾病的人,则迫切需要找到一种高效安全的减肥方法。新研究结果朝利用棕色脂肪细胞进行疾病治疗迈出了非常重要的一步。”(生物谷Bioon.com)

生物谷推荐原文出处:

PNAS    doi: 10.1073/pnas.1010929108

Identification of inducible brown adipocyte progenitors residing in skeletal muscle and white fat

Tim J. Schulza,b, Tian Lian Huanga, Thien T. Trana, Hongbin Zhanga, Kristy L. Townsenda, Jennifer L. Shadracha,b,c,d, Massimiliano Cerlettia,b,c, Lindsay E. McDougalla, Nino Giorgadzee, Tamara Tchkoniae, Denis Schrierf, Dean Falbf, James L. Kirklande, Amy J. Wagersa,b,c,d, and Yu-Hua Tsenga,b,1

Abstract

Brown fat is specialized for energy expenditure and has therefore been proposed to function as a defense against obesity. Despite recent advances in delineating the transcriptional regulation of brown adipocyte differentiation, cellular lineage specification and developmental cues specifying brown-fat cell fate remain poorly understood. In this study, we identify and isolate a subpopulation of adipogenic progenitors (Sca-1+/CD45?/Mac1?; referred to as Sca-1+ progenitor cells, ScaPCs) residing in murine brown fat, white fat, and skeletal muscle. ScaPCs derived from different tissues possess unique molecular expression signatures and adipogenic capacities. Importantly, although the ScaPCs from interscapular brown adipose tissue (BAT) are constitutively committed brown-fat progenitors, Sca-1+ cells from skeletal muscle and subcutaneous white fat are highly inducible to differentiate into brown-like adipocytes upon stimulation with bone morphogenetic protein 7 (BMP7). Consistent with these findings, human preadipocytes isolated from subcutaneous white fat also exhibit the greatest inducible capacity to become brown adipocytes compared with cells isolated from mesenteric or omental white fat. When muscle-resident ScaPCs are re-engrafted into skeletal muscle of syngeneic mice, BMP7-treated ScaPCs efficiently develop into adipose tissue with brown fat-specific characteristics. Importantly, ScaPCs from obesity-resistant mice exhibit markedly higher thermogenic capacity compared with cells isolated from obesity-prone mice. These data establish the molecular characteristics of tissue-resident adipose progenitors and demonstrate a dynamic interplay between these progenitors and inductive signals that act in concert to specify brown adipocyte development.

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