肥胖导致脂肪组织异常,减重显著逆转相关代谢和衰老机制

肥胖不仅影响外观,更是多种代谢和心血管疾病的主要诱因。减重无疑能明显改善这些疾病,但传统研究多集中于整体健康数据,而对减重前后脂肪组织的具体变化了解甚少。脂肪组织不仅包含脂肪细胞,还包括免疫细胞、血管系统与基质细胞,这些成分杂乱且缺乏高度组织性,加之脂肪细胞较大,妨碍了其他细胞的观察,导致难以通过常规单细胞技术获取准确数据。
近日,《自然》杂志发表了一项来自伦敦帝国理工学院科研团队的研究,揭示了减重手术后人类脂肪组织的动态变化。该团队通过单核空间转录组学技术,分析了来自70名受试者的170,000余个细胞,构建了减重后脂肪组织的 comprehensive 图谱,为理解减重带来的多器官代谢改善提供了新见解。
肥胖促进细胞衰老,减重带来显著逆转
在分析减重手术后的25名肥胖患者与24名健康受试者的腹部皮下脂肪组织后发现,肥胖显著促进脂肪组织中细胞衰老,而减重则能够有效逆转这一过程,同时改善脂肪组织功能,促进多器官代谢健康。这项研究的重点集中于腹部皮下脂肪组织,这一部位在中心性肥胖中具有关键意义。
1. 肥胖脂肪组织中的异常变化:
肥胖组织中 免疫细胞浸润显著增加,特别是 巨噬细胞比例从14%增加至31%。
成熟脂肪细胞数量减少,提示肥胖可能导致脂肪细胞死亡率上升或新生较为不足。
2. 减重后的显著变化:
免疫细胞比例显著下降至18%,巨噬细胞表型从促炎亚型转变为温和亚型,代谢功能明显改善。
肉毒性减轻,应激和纤维化减少,脂质代谢通路被激活,促进胰岛素敏感性的改善。
脂肪细胞表型和整体组织功能恢复,显示出代谢及应激响应的改善。
空间转录组学揭示代谢相关信号的调控机制
研究进一步通过空间转录组学分析,发现脂肪组织中的应激细胞具有特定分布特征,与免疫细胞及动脉内皮细胞的关联性显著。
1. 应激生态位的关键作用:
应激生态位富含应激脂肪细胞、前体细胞与多种免疫细胞,与代谢疾病的信号调控及脂肪组织重塑息息相关。
对应的促炎信号与组织应激显著富集,为理解肥胖导致的慢性代谢异常提供了机制性依据。
减重带来的基因调控逆转
减重不仅改善脂肪组织功能,还通过调控关键基因表达机制实现全局逆转。研究发现:
1. 抑制衰老相关基因表达:
减重显著降低细胞周期停滞基因的表达,例如 衰老标志物 p21 阳性细胞数量显著减少。
减重关闭了与衰老相关的转录因子,并逆转了衰老相关分泌表型,提示其具有显著抗衰老功能。
2. 改善组织代谢:
促进脂肪细胞代谢途径重编程,包括脂质合成与分解平衡。
肥胖诱导的巨噬细胞转录重编程未完全恢复
尽管减重有效降低了促炎因子的水平,但由于肥胖引发巨噬细胞的深层转录重编程未完全逆转,相关部分激活状态可能持续存在。这可能为体重反弹与代谢紊乱潜在风险的进一步研究提供方向。
减重对脂肪组织的综合改善机制
综上所述,减重手术通过抑制脂肪组织的炎症和细胞衰老,显著改善代谢健康,同时建立了脂肪组织空间转录组学图谱,揭示了以下主要功能机制:
抑制炎症与纤维化:减少促炎信号及巨噬细胞比例,改善脂肪组织的代谢功能。
促进脂肪细胞代谢重编程:缓解脂毒性,激活抗胰岛素抵抗机制。
抗衰老作用:减少衰老基因表达,增强脂肪细胞活性。
未来研究方向:打开单细胞代谢研究新窗口
通过建立减重后脂肪组织的单核空间数据集,该研究为体重减轻机制的理解提供了动态认知,未来研究可深入探索以下方向:
动态代谢调控机制:从时空维度进一步揭示脂肪组织代谢逆转过程。
微生物与脂肪组织相互作用:探讨肠道菌群对肥胖相关代谢失调的影响。
减重应用场景扩大:探索减重干预的非手术选项,推动该策略的普及。
结论:减重作为多维健康改善的核心策略
减重不仅显著改善脂肪组织功能,还通过多靶点机制实现代谢健康平衡。通过抑制脂肪组织的炎症、组织损伤及衰老过程,减重揭示了代谢紊乱改善的核心路径,为未来肥胖及代谢疾病的干预手段提供了重要方向。这一研究首次从空间生物学视角提供动态认知,为精准减重治疗奠定了科学基础。