脂肪细胞的基本生物学特性

脂肪组织分为白色脂肪组织和黄色脂肪组织，主要由脂肪细胞和纤维间隔组织组成，脂肪细胞中脂滴占细胞质体积的80%～90%，生理力量（如粘在玻璃或其他带表面电荷物体上）即可使脂肪细胞破裂，含有多种特异性蛋白，如α－ATP枸橼酸裂合酶、CAⅢ（carbonic anhydraseⅢ）、ALBP（adipicyte lipid binding protein）、丙酮酸羧酶。脂肪细胞容易分离，原代培养时通常是悬浮培养，细胞易去分化而呈现贴壁生长，变为成纤维型细胞的生长方式，可用细胞外基质成分（如层粘蛋白、纤维粘连蛋白、胶原、Matrigel）进行粘贴培养，表现出典型的脂肪细胞特征，并保留有对胰岛素的反应性。

白色脂肪组织的主要成分是成熟脂肪细胞，具有能量储存和平衡的作用，脂肪细胞具有内分泌、旁分泌和自分泌作用，因此，脂肪组织像一个内分泌器官，其分泌的因子作用于中枢神经系统、免疫系统及内分泌器官，如垂体、性腺、甲状腺和内分泌胰腺，参与神经、内分泌、免疫网络和组织损伤的修复。如图11－1所示。成熟脂肪细胞可产生和分泌消脂素（leptin）、补体因子D（adipsin）、酰基促进蛋白（acylation stimulation protein，ASP）、脂肪细胞补体相关蛋白（Acrp30／AdipoQ，脂联素）、肿瘤坏死因子α（TNF－α）和巨噬细胞移动抑制因子（MIF）。ASP是补体因子D、因子B和C3相互作用产生的，促进三酰甘油合成和葡萄糖转运。Acrp30／AdipoQ与C1q序列有同源性，与补体因子D一样，它在血清中含量丰富，胰岛素能促进其分泌。TNF－α不但抑制脂肪细胞的分化，而且减少脂肪细胞的基因表达，这与肥胖者的胰岛素抵抗有关。白色脂肪组织中含有所有肾素－血管紧张素系统的主要成分，如血管紧张素原、血管紧张素转换酶、血管紧张素Ⅱ和血管紧张素受体。血管紧张素原调节脂肪组织的血供和脂肪酸排出，血管紧张素Ⅱ为血管紧张素原的裂解产物，促进成熟脂肪细胞前列环素的产生，刺激脂肪组织生成，通过旁分泌和自分泌机制促进脂肪细胞的分化。TGF－β能够增加Ⅰ型纤溶解原激活因子抑制素（plasminogen activator inhibitor typeⅠ，PAI－1），网膜脂肪中PAI－1比皮下脂肪高得多，因而可能与血管疾病有关。

图11－1　脂肪细胞与神经内分泌系统的相互作用

一、脂肪细胞的功能

（一）分泌功能

人脂肪细胞能分泌100多种脂肪细胞因子（adipocytokines），包括消脂素、脂联素、抵抗素（resitin）、肿瘤坏死因子（TNF－α）、IL－1b、IL－6、IL－8、IL－10、IL－18、网膜素、PAI－1、肝磷脂结合上皮生长因子样生长因子和血管紧张素等。脂联素是其表达最丰富的激素，通过内分泌、旁分泌及自分泌作用于肝、脑、骨骼肌、血管及脂肪组织自身，调节能量代谢、抗炎及抗动脉粥样硬化。抵抗素于2001年发现，因其诱导胰岛素抵抗的效应而命名。TNF－α诱导胰岛素受体底物－1（IRS－1）丝氨酸的磷酸化，既诱导胰岛素抵抗，同时也诱导胰岛β细胞的凋亡。血液循环中的IL－6有25%由皮下脂肪组织分泌，其免疫调节功能甚为重要。2005年最新报道的网膜素有提高胰岛素处置葡萄糖的效应。内脂素则独立于胰岛素而又有类似胰岛素的作用。内脏素是近来发现的一种新的脂肪因子，序列分析表明它是前B细胞克隆增强因子（PBEF），由473个氨基酸组成，分子量约52kDa，缺乏经典的分泌性蛋白信号肽序列，其功能有：①在B细胞发育的早期，PBEF可增强干细胞因子（SCF）和IL－7的促前B细胞克隆形成的作用，在B细胞的分化与成熟中发挥重要作用；②PBEF具有抗凋亡作用；③PBEF具有烟酰胺磷酸核糖转移酶（nicotinamide phosphoribosy tran－ferase，NAmPRTase）的活性，参与烟胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）的合成；④PBEF是与细胞周期相关的蛋白；⑤与分娩有关等。这些因子分别与内分泌、神经中枢、肾上腺、胰岛、骨骼肌、肝脏、心肌及血管内皮等细胞进行脂－脑、脂－胰、脂－肌及脂－肝等对话，形成复杂的反馈网络，以维持糖脂代谢，调节血管内皮功能及机体的免疫功能等。

（二）创伤修复功能

消脂素通过刺激JNK信号转导途径促进转录蛋白活性，并将细胞外刺激信号转导入细胞核内，通过细胞外信号调节激酶磷酸化，使伤口边缘KC的增殖能力明显增强。除了消脂素外，脂肪细胞分泌的TNF－α、IL－6及IL－8等也参与创伤修复中的炎症介导反应。PAI－1、血管紧张素原、性激素类（特别是雌激素）、维生素A结合蛋白质、脂蛋白脂酶、抵抗素和游离脂肪酸等都与创伤修复有关。

（三）免疫功能

消脂素可以刺激人外周T淋巴细胞活化和增殖，促使细胞表面活化标记膜分子在T淋巴细胞上表达，受刺激后的T淋巴细胞可产生更多的Th1细胞因子IL－22、干扰素－γ，使T细胞向Th1细胞分化。消脂素在体外还可诱导单核细胞表达促炎症反应性细胞因子IL－26和TNF－α，从而活化淋巴细胞，诱导巨噬细胞表达粒细胞和巨噬细胞集落刺激因子GM－CSF、G－CSF，刺激粒细胞的功能。消脂素和脂联素还可刺激脂肪组织本身分泌IL－1β、IL－6、TNF－α和前列腺素－2释放，该作用可被抗炎因子RK1／2促分裂原活化蛋白激酶抑制因子U0126、PPAR－γ配体曲格列酮和NF－κB抑制剂BAY 11－7082所抑制。鉴于消脂素的免疫功能，有人提出将消脂素作为免疫治疗的新靶点。

二、脂肪细胞分化过程及其形态变化

在激素、生物活性因子、寒冷等因素刺激下，ADSCs逐渐分化为单能干细胞，即脂肪母细胞，它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，或称脂肪细胞前体。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－脂肪母细胞－前脂肪细胞－不成熟脂肪细胞－成熟脂肪细胞（图11－2）。

图11－2　脂肪细胞的分化过程

前脂肪细胞生长期的形态和Fb相似，当不成熟细胞向成熟细胞转变时，细胞形态由成纤维型细胞逐渐转变为类圆形或圆形，胞体增大，胞质中出现小脂滴，脂质逐渐累积，增多并融合成较大的脂滴，油红“O”染色等方法能够显色，此为成熟脂肪细胞的标志，细胞不再分裂增殖，为终末分化的脂肪细胞。

三、脂肪细胞分化的分子标志

（一）早期标志

主要有脂蛋白脂酶（LPL）和前脂肪细胞因子（pref－1）。LPL是干细胞分化为前脂肪细胞的经典标志，是脂肪细胞分化的重要因子，为60kDa的糖蛋白，在能量代谢和脂质积聚中发挥重要作用，在前脂肪细胞阶段开始表达，并随分化成熟而表达逐渐增加，到分化晚期趋于稳定。pref－1为跨膜蛋白，其胞外有6个连续的表皮生长因子样结构域，与LPL截然不同，pref－1是脂肪细胞分化早期具有抑制作用的因子，持续高表达可明显抑制脂肪细胞的分化，可能是抑制了p42／p44MARK通路，阻断了胰岛素样生长因子受体的信号传递，从而发挥抑制脂肪细胞分化的作用。

（二）晚期标志

主要包括：①三酰甘油代谢相关的酶类，如乙酰辅酶A脱羧酶、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、胰岛素受体等；③成熟脂肪细胞特异产物，如脂肪细胞脂结合蛋白、脂肪酸转运蛋白、脂联素（acrp30）和抵抗素。acrp30是30kDa的分泌性蛋白，重组acrp30可显著降低肥胖动物体内的血糖和游离脂肪酸，增强脂肪氧化，减轻体重，提高胰岛素敏感性，因此acrp30可能是肥胖及胰岛素抵抗发生中的重要保护因子。抵抗素的N端为信号肽，它是晚期分化的特异信号分子，重组抵抗素能使正常小鼠出现胰岛素抵抗症状，而其抗血清却能够改善胰岛素抵抗症状，因此，有学者认为抵抗素是联系胰岛素抵抗与肥胖之间的纽带。