脂肪細(xì)胞胞外囊泡介導(dǎo)的可傳遞性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞衰老

皮下脂肪組織（SAT）是人體最大的脂質(zhì)庫。脂肪組織通過招募脂肪生成祖細(xì)胞和分化脂肪細(xì)胞尺寸的增加而擴(kuò)張，導(dǎo)致肥大性肥胖。肥大的脂肪細(xì)胞導(dǎo)致分泌特征改變，其特征是瘦素和炎性細(xì)胞因子水平升高，脂聯(lián)素水平降低，從而導(dǎo)致慢性炎癥、氧化應(yīng)激增加和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）應(yīng)激。脂肪組織通過分泌細(xì)胞外囊泡（EVs）來調(diào)節(jié)代謝、胰島素抵抗（IR）和 2 型糖尿�。═2D）的發(fā)展。在 T2Ds 中，脂肪細(xì)胞釋放的 EVs 在脂肪細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的通訊中發(fā)揮重要作用，并可能影響脂肪組織中間充質(zhì)干細(xì)胞的功能。

脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（ASCs）是成體干細(xì)胞，具有自我更新和多潛能分化能力。ASCs 可以分化為脂肪細(xì)胞，并且是脂肪細(xì)胞祖細(xì)胞譜系結(jié)構(gòu)的組成部分。ASCs 的衰老和分化抑制在肥胖或代謝性疾病個體中比在正常個體中更為嚴(yán)重，但其潛在機(jī)制尚不清楚。

越來越多的證據(jù)表明，ER 應(yīng)激激活是涉及不同疾病發(fā)病機(jī)制的核心特征，包括肥胖相關(guān)的 IR 和糖尿病。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的細(xì)胞可以誘導(dǎo)其他細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。這個概念被定義為可傳遞的 ER 應(yīng)激（TERS）。EVs 可能是在組織微環(huán)境中傳遞 ER 應(yīng)激的一個促成因素。

河南省人民醫(yī)院干細(xì)胞研究中心、新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院、鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院神經(jīng)外科研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在闡明在肥大性肥胖小鼠模型中，從擴(kuò)張的脂肪細(xì)胞傳遞的 ER 應(yīng)激促進(jìn)衰老和抑制 ASCs 分化的機(jī)制。結(jié)果表明，EVs 是通過部分運(yùn)輸鐵來實(shí)現(xiàn)這些變化，鐵是一種通過積累導(dǎo)致衰老的調(diào)節(jié)劑。

肥大性肥胖小鼠脂肪細(xì)胞和 ASCs 的高 ER 應(yīng)激水平

肥大型肥胖小鼠模型被喂食高脂飲食 16 周以誘導(dǎo)肥胖。肥大性肥胖小鼠的平均皮下脂肪細(xì)胞直徑明顯大于對照小鼠。肥大型肥胖小鼠的體重顯著高于對照小鼠。對皮下脂肪組織樣本的分析表明，肥大型肥胖小鼠的 ER 應(yīng)激標(biāo)志物（Xbp1、sXbp1、Atf6、Atf4和Grp78）的 mRNA 表達(dá)水平顯著高于對照小鼠。

為了進(jìn)一步研究每種細(xì)胞類型對 ER 應(yīng)激的作用，實(shí)驗(yàn)檢測了脂肪細(xì)胞和 ASCs 的 ER 應(yīng)激標(biāo)志物的 mRNA 表達(dá)和蛋白質(zhì)水平。分離的 ASCs 在相應(yīng)的分化誘導(dǎo)培養(yǎng)基中可以分化為脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞。ASCs 的表面標(biāo)志物 CD73、CD90 呈陽性，CD34 和 CD45 呈陰性。脂肪細(xì)胞中 ER 應(yīng)激相關(guān)基因和 GRP78 蛋白的表達(dá)水平顯著高于肥大性肥胖小鼠皮下脂肪細(xì)胞衍生的 ASCs。

肥大型肥胖小鼠 ASCs 衰老表型增加

之前報道過，慢性 ER 應(yīng)激會隨著年齡的增長而增加。在 T2D 高風(fēng)險的肥大性肥胖個體中檢測到脂肪形成前體細(xì)胞的衰老表型。因此，實(shí)驗(yàn)測量了肥大性肥胖小鼠中 ASCs 的衰老表型。肥大型肥胖小鼠的 ASCs 中 SA-β-gal 染色的陽性率顯著高于對照組小鼠（圖1 a）。油紅O染色結(jié)果（圖1 b）和脂肪細(xì)胞特異性基因（Pparg、Plin1和Insr）表達(dá)檢測（圖1 f）表明， ASCs 的成脂分化潛能在肥大型肥胖小鼠中降低。在肥大型肥胖小鼠的 ASCs 中，細(xì)胞群倍增時間（圖1 c）增加，相對端粒酶長度 T/S 比（圖1 d）降低。肥大性肥胖小鼠的 ASCs 中的衰老標(biāo)志物（P16和P53）和衰老相關(guān)分泌表型（SASP）標(biāo)志物（IL6和Ccl2）也增加（圖1 e、h）。

圖1   肥大性肥胖小鼠ASCs中的衰老表型增加。

脂肪細(xì)胞在體外誘導(dǎo) ASCs 的 ER 應(yīng)激和衰老

考慮到肥大型肥胖小鼠的脂肪細(xì)胞中的 ER 應(yīng)激水平高于ASCs 中的水平，研究人員懷疑脂肪細(xì)胞將 ER 應(yīng)激傳遞給 ASCs。實(shí)驗(yàn)分別將來自肥大性肥胖和正常對照小鼠的皮下脂肪細(xì)胞與正常 ASCs 共培養(yǎng)。共培養(yǎng) 48 小時后收集 ASCs，結(jié)果顯示在與來自肥大性肥胖小鼠的脂肪細(xì)胞共培養(yǎng)的 ASCs 中，衰老（P16和P21）和 SASP（IL6和Ccl2）標(biāo)志物和 ER 應(yīng)激相關(guān)基因（sXbp1和Grp78）的 mRNA 表達(dá)和蛋白水平（圖1 g、j）顯著高于與來自對照小鼠的脂肪細(xì)胞共培養(yǎng)的 ASCs。與肥大型肥胖小鼠脂肪細(xì)胞共培養(yǎng)的 ASCs SA-β-gal 染色陽性率顯著高于與對照小鼠脂肪細(xì)胞共培養(yǎng)的 ASCs（圖1 i）。

來自肥胖脂肪細(xì)胞的 EVs 促進(jìn) ASCs 中的 TERS 和衰老

細(xì)胞可以通過 EVs 將 ER 應(yīng)激傳遞給微環(huán)境中的其他細(xì)胞。分離肥大性肥胖和對照小鼠脂肪細(xì)胞上清培養(yǎng)物中的 EVs，并與對照組 ASCs 共培養(yǎng)，以探索 EVs 對 ASCs 的 ER 應(yīng)激和衰老的影響。

通過蛋白質(zhì)印跡鑒定 EVs 的蛋白質(zhì)標(biāo)記物（CD63 和 CD81）。從肥胖組的脂肪細(xì)胞中分離出的 EVs 的蛋白質(zhì)含量高于從對照組的脂肪細(xì)胞中分離出的 EVs。通過熒光顯微鏡觀察，脂肪細(xì)胞分泌的EVs可以進(jìn)入ASCs并定位在ER附近的區(qū)域。ER 應(yīng)激標(biāo)記物（ Xbp1、sXbp1、Atf4、Atf6和Grp78 ）的 mRNA 表達(dá)水平在用肥大性肥胖脂肪細(xì)胞衍生 EVs 處理的 ASCs 中顯著高于用對照脂肪細(xì)胞衍生 EVs 處理的 ASCs。油紅 O 染色顯示，用肥大性肥胖脂肪細(xì)胞的 EVs 預(yù)處理的 ASCs 的脂肪生成潛力低于用對照肥胖脂肪細(xì)胞的 EVs 預(yù)處理的 ASCs。

為了研究脂肪細(xì)胞 EVs 對 ASCs 的影響，肥胖小鼠的脂肪細(xì)胞用 20  μM GW4869（可以抑制 EV 分泌）或 DMSO 處理 12 小時。然后，將脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)換為正常的無血清培養(yǎng)基 12 小時。將來自 GW4869 預(yù)處理的脂肪細(xì)胞或?qū)φ罩�肪�?xì)胞的 EVs 添加到 ASCs 培養(yǎng)基中 12 小時。ER 應(yīng)激的 mRNA 和蛋白質(zhì)水平（Xbp1、sXbp1、Atf4和Grp78）、衰老（P16和P21）和 SASP（IL6和Ccl2）標(biāo)記和SA-β-gal染色陽性率在與源自 GW4869 預(yù)處理的肥胖脂肪細(xì)胞的 EVs 共培養(yǎng)的 ASCs 中低于與源自肥胖脂肪細(xì)胞的 EVs 共培養(yǎng)的 ASCs。

攜帶鐵的EVs 促進(jìn) ASCs 中的鐵儲存和衰老

鐵的積累與細(xì)胞衰老密切相關(guān)。肥胖個體脂肪組織中的鐵含量明顯高于正常體重個體脂肪組織中的鐵含量。因此，實(shí)驗(yàn)分別檢測了脂肪細(xì)胞和 ASCs 中鐵代謝相關(guān)基因的表達(dá)水平。肥大型肥胖小鼠的脂肪細(xì)胞和 ASCs 中的鐵代謝基因（Ftl、Fth、Fpn1和Tfrc）和蛋白質(zhì)（FTH）水平高于正常對照小鼠（圖2 a、b、g）。

EVs 的運(yùn)輸是鐵代謝的重要途徑。來自肥胖小鼠的脂肪細(xì)胞衍生的 EVs 與來自對照小鼠的 EVs 的共培養(yǎng)也可以改善 ASCs 中鐵代謝相關(guān)基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)（圖2 c、h）。來自肥大型肥胖小鼠的脂肪細(xì)胞在含有 50 μM 去鐵胺（DFO）或 DMSO 的培養(yǎng)基中培養(yǎng) 12小時，以驗(yàn)證這些細(xì)胞是否可以通過 EVs 傳遞離子并導(dǎo)致 ASC 衰老。然后，將脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)換為正常的無血清培養(yǎng)基 12 小時。將來自 DFO 預(yù)處理的脂肪細(xì)胞或?qū)φ罩�肪�?xì)胞的 EVs 置于 ASCs 培養(yǎng)基上 12 小時。收集 ASCs，并測量衰老和 ER 應(yīng)激相關(guān)基因的表達(dá)水平。結(jié)果表明，ER應(yīng)激、鐵代謝和衰老相關(guān)基因（圖2 d）和蛋白質(zhì)（圖2 i）的表達(dá)水平在 DFO 處理組中顯著低于對照組。油紅 O 染色和 SA-β-gal 染色表明，與源自用 DFO 預(yù)處理的肥胖脂肪細(xì)胞的 EVs 共培養(yǎng)的 ASCs 中的脂肪形成潛力和衰老低于與源自肥胖脂肪細(xì)胞的 EVs 共培養(yǎng)的 ASCs（圖2 e、f）。
 

圖2   脂肪細(xì)胞衍生的EVs中鐵對ASCs衰老和ER應(yīng)激的影響。

圖3    可傳播的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激促進(jìn) ASC 衰老的模式。肥大性肥胖脂肪細(xì)胞中的高水平 ER 應(yīng)激可以通過 EVs 攜帶的鐵轉(zhuǎn)移到 ASCs。衰老表型隨著 ASCs 中 ER 應(yīng)激水平的增加而加劇。

總之，該研究表明肥大的脂肪細(xì)胞通過可轉(zhuǎn)運(yùn)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致 ASCs 的衰老和分化遲緩（圖3）。針對性地降低肥大脂肪細(xì)胞的EV分泌或鐵的輸出可能有助于肥大性肥胖和IR的治療。

參考文獻(xiàn)：Fang J, Li L, Cao X, Yue H, Fu W, Chen Y, Xu Z, Zhao Q, Zhao J, Wang Y, Liang W. Transmissible Endoplasmic Reticulum Stress Mediated by Extracellular Vesicles from Adipocyte Promoting the Senescence of Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells in Hypertrophic Obesity. Oxid Med Cell Longev. 2022 Aug 5;2022:7175027. doi: 10.1155/2022/7175027. PMID: 36035215; PMCID: PMC9410860.

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36035215/

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