研究目的:肥胖症是糖尿病、心脑血管疾病和肿瘤发生最重要的潜在危险因素之一,其发病在全球呈上升态势,防治肥胖是健康中国的重要内容之一。但目前肥胖症病因未完全阐明,有效控制肥胖仍是人类的一个巨大的挑战。肥胖症发生与脂肪组织功能密切相关,人体内有白色和棕色两种功能完全不同的脂肪组织。棕色脂肪组织(Brown Adipose tissue,BAT)线粒体丰富,表达解偶联蛋白(Uncoupling Protein-1,UCP1),可以消耗能量产热,防止发生肥胖并改善代谢。但肥胖症患者体内棕色脂肪组织活性下降。在目前现代生活方式供能过剩、肥胖和糖尿病发病率飙升、老年化社会的背景下,利用药物或生活环境干预的方式提高棕色脂肪组织活性是治疗肥胖症及代谢性疾病的重要途径。成人体内“经典的棕色脂肪细胞”数量极少,但白色脂肪组织(White Adipose Tissue,WAT)中的某些细胞在寒冷环境可被诱导表现类似棕色脂肪细胞的特点,这些细胞被命名为米色脂肪细胞,这个过程被定义为白色脂肪组织的棕色化。如何在数量庞大的WAT中诱导产生更多的米色脂肪细胞是提高人体棕色脂肪组织活性、干预肥胖的重要途径,也是本项目要解决的主要科学问题。本研究通过人体脂肪细胞的原代培养并进行白色和米色成脂诱导分化,在分子和细胞水平探讨肥胖症和正常体重者米色脂肪细胞分化潜能是否有差异,以明确肥胖症患者棕色脂肪组织活性下降的原因,并为通过调控人体棕色脂肪组织活性干预肥胖症寻找潜在干预靶点。研究方法:共收集新鲜皮下脂肪组织24例,将入组的择期手术患者依据参与者体质量指数(Body Mass Index,BMI)分为正常体重组(n=12,BMI<24kg/m2)和肥胖组(n=12,BMI≥28kg/m2),两组参与者年龄、性别匹配。免疫组化检测两组脂肪组织UCP1蛋白表达。分离脂肪组织血管基质部分细胞原代培养为前脂肪细胞,并对每个样本的前脂肪细胞分别向白色和米色脂肪细胞方向诱导分化,米色诱导方案是在常规诱导分化方案中加入β3-肾上腺素受体兴奋剂、PPARγ激动剂和三碘甲状腺原氨酸。检测分化后细胞的米色脂肪细胞特征,包括油红O染色观察米色脂肪细胞多脂滴外形,实时定量PCR(qRT-PCR)技术检测相关产热基因和棕色脂肪特异性基因的表达水平,蛋白印迹法WB(Western Blot)技术检测米色脂肪细胞标志性蛋白UCP1表达,甘油释放实验评估脂肪细胞脂解功能,细胞线粒体氧消耗率测定(Oxygen Consumption Rate,OCR)评估脂肪细胞线粒体功能。实验结果:肥胖症患者脂肪组织UCP1表达低于正常体重组。正常体重组脂肪细胞分别予以米色和白色诱导分化,米色诱导组脂肪细胞UCP1蛋白表达(P<0.01)、米色脂肪细胞特异性产热基因表达,包括UCP1、PRDM16、PGC-1α、FGF21、CIDEA均显著高于白色诱导组(P<0.01),细胞功能检测发现米色诱导组脂肪细胞线粒体氧消耗率和脂肪分解功能也显著高于白色诱导组(P<0.01)。而肥胖组脂肪细胞白色和米色诱导后,两组脂肪细胞UCP1蛋白表达和大部分米色脂肪细胞特异性产热基因表达无差异,仅PGC-1α和CIDEA基因表达在米色诱导组高于白色诱导组(P<0.01)。但无论白色还是米色诱导干预,正常体重组脂肪细胞UCP1蛋白表达、米色脂肪细胞特异性基因、线粒体氧消耗率和脂肪细胞脂解功能均显著高于肥胖组脂肪细胞(P<0.01)。结论:本研究在组织和细胞水平均发现肥胖症患者皮下脂肪组织米色脂肪细胞标志性蛋白表达下调,提示肥胖症患者棕色脂肪组织活性下降。利用β3-肾上腺素受体兴奋剂等促米色脂肪细胞分化试剂干预脂肪细胞分化过程,肥胖症患者脂肪细胞米色诱导后米色脂肪细胞特异性蛋白和基因的表达无明显变化,而正常体重者脂肪细胞米色诱导后UCP1和特异性产热基因表达显著升高,说明肥胖症患者脂肪细胞对米色化诱导的反应下降,同时在细胞功能方面表现为细胞线粒体氧化磷酸化和脂肪分解功能下降,也支持米色脂肪细胞分化水平低于正常体重者。因为β3-肾上腺素受体兴奋剂是本研究采用的促进米色脂肪细胞分化的主要干预试剂,肥胖症患者脂肪细胞对米色诱导的反应下调可能与脂肪细胞肾上腺素受体表达下降有关,提示通过调控棕色脂肪组织活性干预肥胖症可能需要通过不依赖交感神经兴奋的途径实施。