脂肪组织，尽管它一直被诋毁，但它是一个极其复杂和重要的身体器官，参与能量储存和激素产生，以及其他功能。然而，现代生活方式已经导致肥胖在世界范围内流行，相关疾病如2型糖尿病和心血管疾病也相应增加。
研究人员正试图揭示脂肪组织结构的基本原理，特别是与肥胖有关的炎症，希望能解开脂肪积累与健康状况不佳之间的联系。
Lindsey Muir博士、博士候选人Cooper Stansbury及其同事的一项新研究使用基因表达的单细胞分析结合空间转录组学来揭示以前未被识别的免疫细胞类型和脂肪组织内的相互作用。空间转录组学是一种较新的技术，它可以捕获整个组织薄片上小点上的所有基因表达。
研究脂肪说起来容易做起来难。计算医学和生物信息学部门的研究助理教授Muir说：“在组织成确定层的组织中，例如脊髓或大脑，用你的数据做理智检查，识别这一层或那一层是一种特定的细胞类型，并知道它应该表达基因X、Y和Z，更容易。”对于脂肪来说，这更具挑战性，因为细胞类型均匀分布在整个组织中，没有明确的细胞层。”
在肥胖中，脂肪细胞或脂肪细胞会扩张并达到极限，最终导致细胞死亡并导致炎症。
为了更好地了解脂肪组织中免疫细胞的类型以及它们在肥胖中彼此之间的关系，研究小组在14周的时间里给小鼠喂食高脂肪饮食，收集脂肪组织，然后使用单细胞和空间分析来读取样本中存在的所有mRNA。
使用一种被称为单细胞数据聚类的计算过程，他们能够将基因组成比其他组或整体样本更接近的细胞分组。他们在样本的巨噬细胞群中发现了一些令人惊讶的东西，巨噬细胞是一种免疫细胞，其工作是清理死细胞和碎片。
“我们知道巨噬细胞可能有多种亚型……让我们惊讶的是，这些细胞的数量彼此之间差异很大，在不同的时间出现，随着时间的推移变得越来越占主导地位。”
他们确定了五种类型，并将其命名为Mac1、2、3、4和5。Mac1在正常饮食的瘦小鼠和肥胖小鼠的组织中都存在。由促炎基因鉴定的Mac2和Mac3在高脂肪饮食8周后达到峰值。
然而，随着高脂饮食持续到14周，促炎基因表达水平较低的Mac4和Mac5细胞占主导地位，促炎基因表达水平较低的Mac2和Mac3细胞占主导地位。该领域的想法是，在肥胖中积累的巨噬细胞类型正在促进炎症状态。
Muir的假设是，Mac4和Mac5是她自己和其他研究人员在之前的工作中描述的脂质相关巨噬细胞(LAMs)，可能是身体试图平息促炎巨噬细胞和死亡脂肪细胞的破坏性炎症水平的信号。
接下来，对新鲜冷冻脂肪组织进行精心切片，使空间转录组学分析成为可能。空间方法中的每个分析点都有一个独特的条形码，附着在该点顶部的组织中的mRNA上，因此基因表达可以稍后使用条形码作为坐标映射到组织中的特定位置。在这种方法中，在收集mRNA之前也对切片进行成像。研究人员检查了这些图像，寻找一种被称为冠状结构的标志物，这种结构与胰岛素抵抗有关。
Muir说:“一旦出现冠状结构，它们需要很长时间才能消失，它们的出现表明组织功能障碍。”缪尔说:“通过图像处理，我们根据这些区域的密度确定了可能是冠状结构的区域，然后验证了我们可以从视觉上看到它们。”这些结构的基因表达表明存在Mac4和Mac5 LAMs。Muir说，随着对肥胖背景下脂肪组织的细胞组成和空间组织的更多了解，下一步是研究与LAMs和代谢紊乱发展相关的信号过程和蛋白质。
参考文献:
“A lipid-associated macrophage lineage rewires the spatial landscape of adipose tissue in early obesity” by Cooper M. Stansbury, Gabrielle A. Dotson, Harrison Pugh, Alnawaz Rehemtulla, Indika Rajapakse and Lindsey A. Muir, 31 August 2023, JCI Insight.
