揭示PDGFRα和PDGFβ在不同脂肪前体细胞中对脂肪分化的调节作用

来源：BioArt

原标题：CSC ：孙成宜等进一步阐明脂肪细胞的来源，揭示PDGFRα和PDGFβ在不同脂肪前体细胞中对脂肪分化的调节作用

哺乳动物体内存在三种不同类型的脂肪细胞，分别为白色、棕色和米色脂肪细胞。它们分别在不同的代谢调节过程中起到重要作用。近些年来，科研人员一直致力于研究这三种不同脂肪细胞的分化过程，即如何从脂肪前体细胞(Adipocyte progenitor)分化为富含脂滴的脂肪细胞(Adipocyte)。

脂肪前体细胞作为间充质干细胞(Mesenchymal stem cell)的一种，广泛分布于身体各处的结缔组织中，它们可以在不同的诱导条件下分化为脂肪细胞或是肌成纤维细胞(Myofibroblast)。PDGFRα和PDGFβ是当前两个常用的脂肪前体细胞的标记物，但它们在除脂肪前体细胞外的表达有明显不同。PDGFα常见于胚胎时期的神经脊(Neural crest)和中胚层(Mesoderm)中，同时也在成年体的成纤维细胞(Fibroblastic cell)和间充质前体细胞(Mesenchymal progenitor)中表达。PDGFβ的表达在胚胎和成年期与PDGFα有部分重叠，但是更普遍表达于壁细胞(Mural cell)中，这其中包含了血管周细胞(Pericyte)和平滑肌细胞(Smooth muscle cell)。介于这两种蛋白表达的明显不同，人们对PDGFα和PDGFβ在不同发育时期和不同脂肪类型前体细胞中的表达也一直存在争议。

2020年3月30日，美国Oklahoma Medical Research Foundation的Lorin E. Olson团队（共同一作为孙成宜和Hiromi Sakashita）在Cell Stem Cell杂志上发表文章Mosaic Mutant Analysis Identifies PDGFRα/PDGFRβ as Negative Regulators of Adipogenesis，共新建立了5种小鼠基因模型以进行：1)对PDGFα,PDGFβ在细胞前体中表达的系统比较；2)了解PDGFRα和PDGFβ在不同脂肪前体细胞中对脂肪分化的调节作用。

Cre-LoxP重组系统之前被广泛应用于小鼠特异位点的基因插入和基因敲除。然而这项重组技术在脂肪分化研究中的应用一直存在瓶颈，这是因为当前的各项研究并未发现一种特异性的脂肪前体细胞的标记物。因此，无论是进行基因插入或是基因敲除，非特异性的Cre表达都有可能影响脂肪前体细胞之外的细胞或是组织的功能，进而影响研究结论。此次研究的小鼠模型构建中则使用了Cre-LoxP, Flp-FRT联合重组系统，Cre-LoxP用于激活或敲除细胞中PDGFR或PDGFR 通路，同时表达Flp，进而诱导FRT重组以激活Tomato信号来标记细胞。这项重组技术可以在不影响脂肪组织整体形态与功能的前提下，追踪小范围的脂肪前体细胞中PDGFα或PDGFβ的通路变化对脂肪分化的影响。

科研人员首先使用全身型Sox2-Cre 对PDGFα及PDGFβ在早期脂肪发育中的分布进行比较。研究发现，Sox2-Cre;PDGFα-Flp诱导的Tomato可以标记94.4%的脂肪前体细胞和近乎100%的脂肪细胞，而Sox2-Cre;PDGFβ-Flp诱导的Tomato则标记了83.9%的脂肪前体细胞和大约50%的脂肪细胞。在成年脂肪细胞分化过程的研究则使用了诱导型UBC-CreER配合低剂量Tamoxifen 标记，结果表明UBC-CreER;PDGFα-Flp诱导的Tomato阳性脂肪细胞比例可占到在不同脂肪组织中总标记细胞数量的5-70%。与之相反的是，Tomato标记的脂肪细胞在UBC-CreER;PDGFβ-Flp小鼠中几乎无法被检测到，Tomato标记细胞主体组成依然是周细胞和平滑肌细胞。接下来，科研人员增加了在成年细胞分化追踪过程中的Tamoxifen的剂量，发现在高剂量Tamoxifen的作用下，UBC-CreER;PDGFβ-Flp中Tomato标记的外膜成纤维细胞(Adventitial fibroblast)开始出现，并与高剂量Tamoxifen组UBC-CreER;PDGFα-Flp中的Tomato标记有趋同趋势。同时，科研人员发现高脂食物饲喂的高剂量Tamoxifen组UBC-CreER;PDGFβ-Flp小鼠会明显增加Tomato阳性脂肪细胞的标记量，这一点与低剂量Tamoxifen组中的标记量明显不同。这些结果表明，相较于PDGFβ阳性的周细胞或平滑肌细胞，间充质细胞或外膜成纤维细胞才是脂肪前体细胞的主要组成部分。

此次研究同样利用了Cre-LoxP, Flp-FRT联合重组系统来检测PDGFR/激活或是敲除在脂肪前体细胞中的影响。研究人员给予UBC-CreER;PDGFα-Flp和UBC-CreER;PDGFβ-Flp小鼠低剂量Tamoxifen, 以达到在不影响脂肪整体组织水平代谢的前提下调节小部分前体细胞中PDGFα或是PDGFβ的激活水平。相似原理的Tomato标记结果表明，在前体细胞中敲除PDGFα或是PDGFβ均可促进其分化成为脂肪细胞，这个过程包括了白色，棕色及米色脂肪前体细胞。而激活PDGFα则可以使前体细胞趋向分化成为肌成纤维细胞，且此过程是可逆的。

这篇文章首次在脂肪分化的研究中使用了小范围细胞突变追踪(Mosaic mutant analysis)的方法，进一步阐明了脂肪细胞的来源，以及两种常用标记因子PDGFα和PDGFβ在脂肪分化中的调节作用。同时，文章结果也支持了小范围细胞突变追踪在脂肪分化研究中的可行性，希望以此能支持更多细胞突变追踪的研究应用思路。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.03.004