脂肪生成,即脂肪细胞从干细胞诞生的过程,实际上是非常复杂且引人入胜的。这一过程可以被划分为两个关键阶段:确定以及终末分化。确定阶段是指间充质干细胞承诺转变为脂肪细胞前驱细胞,亦即脂肪母细胞或前脂肪细胞,并失去转变为其他类型细胞如软骨细胞、肌肉细胞和骨细胞的潜力。终末分化则是前脂肪细胞转变为成熟的脂肪细胞。
「脂肪细胞在动物体内扮演着能量恒定的关键角色,并致力于处理最大的能量储备。」
成熟的脂肪细胞具有能量储存的功能,能够在能量摄入超过消耗时扩张,并在能量支出超过摄入时进行动员。这一过程受到多种激素的高度调节,并且这些细胞对这些激素非常敏感。举例来说,胰岛素促进扩张,而肾上腺素、胰高血糖素和促肾上腺皮质激素(ACTH)等对应激素则促进动员。
脂肪生成是一个严谨调控的细胞分化过程。预先承诺的前脂肪细胞,例如 3T3-L1 和 3T3-F442A 细胞系,或是从白色脂肪组织的间质血管分数中分离出来的前脂肪细胞,都是进行体外研究的主要对象。在体外分化的过程中,首先,增殖中的前脂肪细胞会因接触抑制而停止增长。随后,这一增长的停止促使细胞进入早期变化阶段,表现出从成纤维细胞外观转变为圆形的形态变化,同时诱导转录因子 C/EBPβ 和 C/EBPδ 的表达。
「体外脂肪细胞的分化过程是高度有序的,不同阶段的关键转录因子表现至关重要。」
接下来,生长停止的第二阶段中,两个关键的转录因子 PPARγ 和 C/EBPα 的表达上升,这些转录因子促进表现出成熟脂肪细胞的特征基因的表达。这些基因包括脂肪细胞蛋白(aP2)、胰岛素受体、甘油磷酸脱氢酶、脂肪酸合成酶、乙酰辅酶A羧化酶及葡萄糖转运蛋白 GLUT4 等。透过这个过程,脂肪细胞内的脂质小滴逐渐积累。
PPARγ(过氧化物酶体增殖物激活受体γ)是脂肪生成的主要调控者,属于核受体超家族。此转录因子会与视黄酸X受体(RXR)异质二聚化后结合于DNA上,进而启动下游基因的表达。 PPARγ的活化影响成熟脂肪细胞的多个特征,如形态变化、脂质积累以及对胰岛素的敏感性。
「PPARγ的表达本身足以促使成纤维细胞在体外转变为脂肪细胞。」
此外,其他促进脂肪生成的因子,同样会诱导PPARγ的表达。例如,C/EBP家族及克鲁佩尔样因子(KLFs)都被发现能够激活PPARγ的启动子。然而,C/EBPγ却会抑制分化,可能是因为被C/EBPβ失活。
内分泌系统的产物例如胰岛素、IGF-1、cAMP、糖皮质激素以及三碘甲状腺原氨酸等都能有效诱导前脂肪细胞的脂肪生成。这些信号与脂肪细胞分化的进程密切相关,尤其是胰岛素通过IGF-1受体信号调控脂肪生成,促进终末分化的转录因子表达。
「Wnt/sigmoid(β-catenin)信号通路在脂肪生成过程中具有抑制作用,能够引导间充质干细胞向肌肉细胞和骨细胞分化。」
在生理解剖学中,随着年龄增长,脂肪前驱细胞的衰老会抑制脂肪生成,这表明肥胖患者的脂肪组织中,老化细胞数量的增加是导致脂肪生成减少的主要原因,而不是干细胞或前驱细胞数量的减少。
能量的存储和消耗似乎是生物体生存的永恒主题,那么,您是否想过如何能有效地管理我们的脂肪生成过程呢?