动物前脂肪细胞研究进展(引用)

调控机制的研究是目前研究的一大热点，对这一调控机制的阐明有助于动物品种的改良，甚至引发人类医学的革命。 本文着重总
结了动物前脂肪细胞在分化、增殖过程的基因调控作用，并概述了其潜在的应用前景。
关键词：前脂肪细胞； 原代培养； 分化； 基因调控
中 图 分 类 号 ：Q25;Q291
文 献 标 识 码 ：A
脂 肪 组 织 的 增 长 是 脂 肪 细 胞 数 量 增 加 （hyperplasia） 和体积增大（hypertrophy）的结果。 脂肪组织中的多能干细 胞（MSC）向前脂肪细胞定向分化及前脂肪细胞的增 殖会 导致脂肪细胞的数量增加， 而脂肪细胞内脂滴的不断汇 聚融合会引起脂肪细胞的体积增大[1]。 前脂肪细胞作为脂 肪组织的基本生物学单位，其增殖、分化能力持续存在并 作用于动物的一生。 Spalding 等[2]研究表明成人阶段脂肪 细胞数量保持恒定，但这并非是最初的细胞保持一生，而 是一种细胞死亡与补充更新的动态平衡过程， 并认为成 人的胖瘦是由脂肪细胞体积决定的。 脂肪组织的过多堆 积与肥胖的形成、糖及脂肪代谢、机体能量平衡、肥胖症、 Ⅱ型糖尿病等有着非常密切的联系。 猪与其他动物相比 有较强的脂肪沉积能力， 在遗传方面更接近人类， Brambilla 等[3]提 出 猪 是 研 究 人 类 肥 胖 及 其 相 关 代 谢 疾 病 的理想动物模型。
广东农业科学 2011 年第 6 期
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动物前脂肪细胞研究进展
张平平1， 毋文静1， 李 勇1， 刘 铀2， 刘艳芬1 （1.广东海洋大学农学院；2.广东海洋大学生化中心,广东 湛江 524088）
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摘 要: 前脂肪细胞是动物脂肪组织的重要组成部分，在动物脂肪组织发育、形成过程中有着重要的作用。 其增殖、分化过程
2 影响脂肪细胞增殖与分化的因素
脂肪细胞的分化是指由前脂肪细胞转变为成熟脂肪 细胞的过程，该过程受一些中枢调控因子的调控。 脂肪细 胞 的 分 化 过 程 伴 随 着 脂 肪 细 胞 的 增 殖 ， 卢 慧 玲 等 [17]研 究 表 明，来源于 3T3-L1 的成熟脂肪细胞仍具有分裂增殖的能 力；赵洪 波等[18]发现当脂肪细胞体积增大 到 一 定 程 度 时 ， 会出现细胞数量的增多，但这种由细胞增大引起的细胞增 殖机理尚不清楚。 目前，对脂肪细胞的分化的研究都基本 上基于对前脂肪细胞系和原代培养的前脂肪细胞的体外 研究。 成熟的脂肪细胞可由间充质干细胞（MSC）诱导分化 获得，经过脂肪胚细胞、前体脂肪细胞、未成熟的脂肪细 胞，最后分化为成熟的脂肪细胞。
研 究 表 明 ，PPAR-γ 在 PPARs 家 族 中 最 具 脂 肪 专 一 性，在脂肪组织和脂肪细胞系中表达水平最高，是哺乳动 物体内对脂肪细胞分化的主要调节因子之一。 Wang 等[21] 利用 RNA 干扰技术将鸡的 PPAR-γ 基因沉默后， 通过实 时 RT-PCR 等 手 段 对 siPPAR-γ 的 抑 制 作 用 进 行 监 测 发 现，siPPAR-γ 能抑制脂肪细胞的分化，但促进了脂肪细胞 的增殖，并与脂肪形成相关的脂肪酸结合蛋白的表达水平 显著下降。 3.3 螺旋-环-螺旋转录因子家族
维细胞的前体脂肪细胞在合适条件诱导下分化而来的。 1961 年 Hauner 首 先 进 行 小 鼠 脂 肪 细 胞 离 体 培 养 的 实 验 工作。 Rodbel 等[7]使用胶原酶将脂肪细胞从脂肪组织中分 离， 得到的脂肪细胞在消化后仍保持有新陈代谢的活性。 Poznanski[8]和 Van 等[9]对 基 质 血 管 成 分 （SVF）的 系 统 研 究 形成了完整的前脂肪细胞理论。 目前，研究脂肪细胞的培 养体系主要分为两大类：一类为特殊前脂肪细胞系，如来 源 于 鼠 前 脂 肪 细 胞 的 细 胞 株 3T3 -F442A 和 3T3 -L1 和 Ob17 等；另一类是前脂肪细胞-脂肪组织的基质血管细胞 (S-V cell)的原代培养。 还有一些细胞在适当诱导条件下 也可分化成脂肪细胞，如全潜能胚胎干细胞（ES 细胞）、多 潜能干细胞系（主要以 C3H10T1/2、NIH3T3 为代表）。 在哺 乳物方面，自 20 世纪 60 年代起至今，国内外已成功构建 了大鼠、人、牛、猪、绵羊[8]的前体脂肪细胞体外培养模型 。 从脂肪瘤获得 LS14 细胞株的建立开辟了研究人类脂肪细 胞 生 物 化 学 的 新 道 路 [9]。 鱼 类 方 面 的 工 作 则 开 始 不 久 ，国 外 已 开 展 了 虹 鳟[10]、大 西 鲑[11]、真 鲷[12-13]、鲤 鱼 脂 [14-15] 肪 细 胞 培 养的研究，淡水温水性鱼类脂肪细胞培养体系的建立报道 较少，国内相关工作刚刚起步 ，曹艳姿 等[16]成 功 分 离 培 养 了草鱼前脂肪细胞。对脂肪细胞分化调控机制的研究主要 以脂肪细胞系为对象，脂肪细胞系在细胞特性上与来自活 体组织的原代细胞存在较大的差别，能否真实地反映组织 细胞的分化调控特点目前还未确定。 因此，有必要开展原 代脂肪前体细胞分化调控的研究。
文 章 编 号 ：1004-874X （2011 ）06-0137-03
脂肪细胞由起源于中胚层的多能干细胞逐步分化、 发育而来。 根据脂肪细胞分化过程中脂滴的变化可将脂 肪细胞大致分为脂肪前体细胞(尚未出现脂滴之前的梭形 细 胞 ，adipocyte precursor)、前 脂 肪 细 胞(刚 出 现 脂 滴 后 的 细胞，preadipocyte)和成熟的脂 肪 细 胞(1 个 或 多 个 大 脂 滴 以饱和状态充满了细胞的大部分， 稍微扁平的核位于周 围胞浆 的 狭 带 中 ，GPDH 酶 活 性 显 著 升 高 ，adipocyte)。 通 常，将前两种细胞合称为前脂肪细胞，无严格区分。
1959 年，Trowell 等[6]发现脂肪细胞是由形态类似成纤
收 稿 日 期 ：2010-11-20 作 者 简 介 ：张 平 平 （1984- ），男 ，在 读 硕 士 生 ，E-mail ：zhangweiping 0313@yahoo.com.cn 通 讯 作 者 ：刘 艳 芬 （1967- ），女 ，教 授 ，E-mail ：liuyf1314@163.com
C/EBP 转录因子家族成员虽非脂肪细胞系所特异，但 在 脂 肪 生 成 过 程 中 的 不 同 时 间 、 空 间 均 有 表 达 。 Elberg 等 [22] 发 现 C/EBP 家 族 与 PPARs 家 族 间 存 在 相 互 影 响 ， C/EBP-β 和 C/EBP-δ 可 诱 导 PPAR-γ 和 C/EBP-α 的 表 达，两者相互协同，激活与分化有关的基因表达。在成肌细 胞和 NIH3T3 成纤维细胞中 C/EBPs 或 PPAR-γ 任何一种 的异位表达都能促进部分分化， 而二者的共同表达则能 引 起 完 全 分 化 。 PPAR-γ 和 C/EBP-α 能 相 互 激 活 转 录 ， PPAR-γ 的激活能引发 C/EBP-α 基因表达， 而 C/EBP-α 对 PPAR-γ 具有正反馈调节作用，当缺乏 C/EBP-α 时，细 胞仅表达低水平的 PPAR-γ，而不能形成脂肪细胞。 3.2 PPARs 家族
3 前脂肪细胞分化过程的基因调控
脂肪细胞分化过程中有大量的基因表达， 主要有 C/EBPs 家族、PPARs 家族及螺旋-环-螺旋 转 录 因 子 家 族 等其他转录因子，其中以前两者研究居多。 张罕星等[20]试 验结果表明，PPAR-γ、C/EBP-β 和 SREBP-1 可能是调控 猪脂肪前体细胞分化的关键转录因子。 猪皮下脂肪组织 在聚脂过程中，在分化早期可能以脂肪细胞自身合成脂肪 酸为主，后期主要依赖细胞外脂肪酸的跨膜转运。 3.1 C/EBPs 家族
PPARs 家族（过氧化物酶体增殖激活受体）为Ⅱ型核 受体超家族，主要有 α、β、γ、δ 4 个亚型。 它们与配体结合 后与视黄酸类受体形成异二聚体，结合于靶基因启动子上 游的过氧化物酶增殖体反应元件而发挥转录调控作用。
其中 PPAR-γ 的作用较为突出，研究发现 PPAR-γ 在脂肪 肉瘤、乳腺癌、结肠癌、肺癌等肿瘤组织和细胞系中有较高 水平的表达，PPAR-γ 激动剂能诱导胃癌细胞、 结肠癌细 胞株分化， 抑制肿瘤细胞增殖， 促进肿瘤细胞凋亡 。 [23-25] PPAR-γ 可通过调节转录因子 CAAT/增强子结合蛋白 α、 脂代谢关键酶或转运蛋白脂肪细胞分泌蛋白的表达来影 响脂肪细胞分化进程。 因此 PPAR-γ 被誉为脂肪细胞分 化的内在调定点。
在脂肪细胞分化中，还存在其他转录因子，它们多通 过 PPAR-γ 或 C/EBPs 起作用。 脂肪细胞决定与分化因子 1（ADD1）又 称 甾 醇 调 节 元 件 结 合 蛋 白 1（SREBP1），活 化 的 ADD1/SREBP1 可 诱 导 与 脂 质 和 胆 固 醇 代 谢 相 关 基 因 的进一步表达。 诱导前脂肪细胞系向脂肪细胞分化时，编 码此蛋白的 mRNA 水平急剧升高； 在诱导分化的激素存 在时，3T3-L1 细胞中 ADD1/SREBP1 的过表达可导致脂肪 细胞标志物表达量的提高和脂肪的大量积累 [26]。 ADD1/ REBP1 和 PPAR-γ 共 表 达 可 显 著 提 高 系 统 的 转 录 活 性 ， 而 ADD1/SREBP1 的 单 独 表 达 则 效 果 很 小 ， 优 势 表 达 的 ADD1/SREBP1 负性基因可抑制脂肪细胞分化， 且这种抑 制作用能被 TZDs（噻唑烷二酮）逆转。 说明 ADD1/SREBP1 是通过影响内源性 PPAR-γ 配体的生产而对脂肪细胞 分 化产生作用的，反之，PPAR-γ 也能调控 ADD1/SREBP1。
C/EBPs 家 族 因 其 具 有 激 活 特 定 基 因 DNA 增 强 子 、 CAAT 重 复 序 列 的 功 能 而 被 称 为 CAAT/增 强 子 结 合 蛋 白 家族， 是脂肪细胞的生成和分化过程中起正向调节的转 录因子。其家族成员是第 1 个被证明在脂肪细胞分化过程 中起重要作用的转录因子 ，Wang 等[21]在 小 鼠 体 内 干 扰 了 C/EBP-α 基因，小鼠表现出白色脂肪组织发育停滞 现象。 C/EBPs 家 族 包 括 C/EBP -α、C/EBP -β、C/EBP -γ 3 个 成 员，均在脂肪等组织的发育、分化以及新陈代谢过程中起 着重要作用， 分别在细胞分化过程中按一定时序规律地 表达。 C/EBP-β、C/EBP-δ 最先表达于前脂肪细胞，受诱导 剂作用在分化早期短暂表达增高，并协同促进 PPAR-γ 和 C/EBP-α 的 表 达 。 而 C/EBP-α 的 表 达 则 相 对 较 晚 ， 受 C/EBP-β、C/EBP-δ 和 PPAR-γ 的调节后通过脂肪细胞特 异基因的表达来促进脂肪细胞进入终末分化阶段。
田 志 华 等[19]对 猪 脂 肪 细 胞 分 化 的 过 程 进 行 了 总 结 ：(1) 前脂肪细胞 S-V 细胞发生克隆性增生， 细胞数目明显增
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多 ，该 过 程 与 激 素 、生 长 因 子 、cAMP、细 胞 外 基 质 等 诱 导 剂 促进细胞有丝分裂活动有关。 (2)前脂肪细胞在上述诱导 剂的介导下 ,表达特异性分化转录因子，并终止增殖。 (3) 分化转录因子诱导特异性功能基因（其产物包括实现能量 贮存和能量动员所需的关键酶系、调节蛋白、激素受体、细 胞骨架等）的转录和翻译，胞内甘油三酯大量积聚，形成典 型的脂肪细胞。因此，S-V 细胞向脂肪细胞的分化受激素、 生长因子、细胞外基质、分化转录因子等因素的影响。 他 们还详细总结了国内外关于脂肪细胞分化影响因素的研 究情况。
1 前脂肪细胞的原代培养
原代培养的前脂肪细胞更接近动物体内生理特性， 更能真实反映动物脂肪沉积代谢机制。 此外，前脂肪细胞 作为一种定向分化细胞， 可作为组织工程中重要的种子 细胞，为研究器官的发育提供了良好的细胞模型[4-5]。 脂肪 细胞的培养与一般的细胞培养有相同之处， 如同样要求 无菌的环境、 取材用胶原酶消化、 要求 5%CO2 环境培养 等。 但是，由于脂肪细胞和前脂肪细胞自身增殖分化及功 能的特异性， 其培养需要一些特殊的方法和材料。 夏蓉 等[5]详 细 介 绍 了 前 脂 肪 细 胞 原 代 培 养 的 技 术 要 点 。