發(fā)表期刊：Cell Metabolism
影響因子：27.287
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研究背景
人體脂肪組織主要分為白色脂肪組織（WAT）、米色脂肪組織、棕色脂肪組織。其中，WAT廣泛分布于體內皮下組織的內臟周圍，通過儲存和釋放脂質，分泌調節(jié)熱量攝入的因子，在能量平衡中發(fā)揮重要作用。此外，由于不同類型的駐留細胞協(xié)同作用，WAT具有可塑性。若WAT發(fā)生異常，會導致組織功能障礙、胰島素抵抗、2型糖尿病和心血管疾病等。因此，WAT的細胞組成和結構在決定組織功能方面起關鍵作用。
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研究樣本
10例腹部皮下WAT樣本。該隊列包括七名女性和三名男性，體重指數(shù)存在顯著差異（BMI，19.9-36.4 kg / m）2）、年齡（38-66 歲）和通過 HOMA-IR 測量的胰島素敏感性 （0.29-4.04）。
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科學技術
Spatial transcriptomics using visium spatial gene expression (10x genomics)
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實驗設計
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研究結果
1.? 空間轉錄組學鑒定人類WAT中的多個細胞特征
將快速冷凍的組織樣品切成 16 μm 厚的切片并放置在 Visium 載玻片上，以從總共 27，937 個spots，平均每切片檢測 17,303 個獨特基因和 3,280,607 個UMI。利用一種空間和單細胞數(shù)據(jù)的整合分析算法stereoscope，整合已發(fā)表的人類WAT基質血管單細胞轉錄組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)主要包含了內皮細胞、免疫細胞和祖細胞（圖1D）。并根據(jù)聚類分析，驗證了20種細胞類型中的18種，分別為免疫細胞（C15 單核細胞、C20 M1-like巨噬細胞、C08 M2-like巨噬細胞、C16 樹突狀細胞、C10 肥大細胞、C18 B細胞、C13 NK細胞）、血管細胞（C05 微血管細胞、C14 經(jīng)典血管內皮細胞、C17/C19 血管平滑肌細胞）、脂肪祖細胞（C07、C09和C12）、脂肪祖細胞樣細胞（C11）和成熟脂肪細胞（C03、C04和C06）。研究人員也對成熟脂肪細胞的比例進行分析，其在C03~C20 細胞類群中占比為31%~57%，這與已有報道一致。由圖1E可知，研究人員鑒定了3種具有不同特征基因的成熟脂肪細胞（C03、C04和C06）。
2.?WAT在空間上分為同型和異型細胞簇
為了系統(tǒng)地確定WAT內同類型細胞的組織結構，研究人員計算了每個細胞類別中的spots相鄰定位的傾向，即同型聚類評分結果顯示：在免疫細胞中，M1-like巨噬細胞（C20）、B細胞（C18）和肥大細胞（C10）通常呈簇狀分布；而M2-like巨噬細胞（C08）和NK細胞（C13）分布在整個組織中。脂肪祖細胞中，C09、C11較C07、C12更易成簇分布。進一步觀察蘇木精和伊紅（H&E）染色的組織切片，發(fā)現(xiàn)C09位于纖維/血管結構上，C11位于含有脂肪細胞的區(qū)域。成對的、異型的鄰域分析表明較大血管結構的細胞類型 (C14、C17和C19)彼此靠近，M2-like巨噬細胞（C08）經(jīng)常位于兩種脂肪祖細胞（C09同型簇和分散的C12）附近（圖3C）。樹突狀細胞（C16）與其他免疫細胞表現(xiàn)出較高的異型評分，而兩類成熟脂肪細胞（C03、C04）相互共定位，并與C06脂肪細胞明顯分離。
3.?人類WAT含有不同類型的成熟脂肪細胞亞群
研究人員根據(jù)特征表達譜，鑒定了3種成熟脂肪細胞(C03、C04和C06)的marker基因：LEP（編碼脂肪因子瘦素）、PLIN1/PLIN4（編碼脂滴蛋白Perilipin-1和-4）以及SAA1/SAA2（編碼血清淀粉樣蛋白A1和A2急性期相蛋白），分別是對應各亞群中獨特的基因。因此，這三類細胞分別被命名為AdipoLEP、AdipoPLIN和AdipoSAA。10例受試者的細胞類別占比分析發(fā)現(xiàn)，（C03）AdipoLEP是最豐富的細胞類群，其次是（C04）AdipoPLIN和（C06）AdipoSAA。接下來發(fā)現(xiàn)與非肥胖者相比，肥胖者的AdipoPLIN細胞數(shù)較少，而AdipoLEP和AdipoSAA細胞數(shù)相似，年齡不影響成熟脂肪細胞亞型的比例。通過圖像分析測量了10名受試者樣本中AdipoLEP、AdipoPLIN和AdipoSAA的平均脂肪細胞直徑，結果顯示，AdipoPLIN平均直徑（74 μm）小于AdipoSAA（76 μm）和AdipoLEP（77 μm）。為了進一步探究細胞大小是否是脂肪細胞亞型的決定因素，研究人員分析了小脂肪細胞（第一個四分位數(shù)）和大脂肪細胞（第四個四分位數(shù)）之間差異表達的基因（圖5F），結果顯示，AdipoLEP 和AdipoPLIN中，小脂肪細胞和大脂肪細胞間盡管表達差異基因較少、但具有差異。
4.?體內脂肪細胞亞群對胰島素的不同反應
脂肪組織可在兒茶酚胺的刺激下分解脂肪，而胰島素抑制這種分解，并促進脂肪生成。通過多元回歸分析校正BMI后，發(fā)現(xiàn)AdipoPLIN與兒茶酚胺介導的刺激作用、對胰島素抑制的敏感性呈正相關，而AdipoLEP與這兩個指標沒有或只存在微弱的負相關關系；對于胰島素刺激的脂肪生成，AdipoPLIN呈正相關，AdipoLEP呈負相關，而AdipoSAA與任何指標均無顯著相關性。可以發(fā)現(xiàn)，AdipoPLIN對胰島素具有更顯著的應答。
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參考文獻：
B?ckdahl, Jesper et al. “Spatial mapping revealshuman adipocyte subpopulations with distinct sensitivities to insulin.” Cellmetabolism vol. 33,9 (2021): 1869-1882.e6.
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