发育生物学I单细胞测序解析米色脂肪的发育

shbio 伯豪生物 2022-08-30

收录于合集 #单细胞组学 86个

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题目：CD81 Controls Beige Fat Progenitor Cell Growth and Energy Balance via FAK Signaling

中文题目：CD81通过FAK信号控制米色脂肪祖细胞的生长和能量平衡

影响因子：38.637

新的证据表明米色脂肪细胞占比的增加改善代谢健康的方式远远超出了产热的诱导。例如，选择性激活米色脂肪生物发生可改善全身葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，减少WAT炎症和纤维化，并保护肝脂肪变性。相反，米色脂肪细胞占比失衡会导致胰岛素抵抗、脂肪组织炎症、纤维化和肝脂肪变性。因此，更好地理解米色脂肪增殖凋亡的调节机制仍然是一个重要的研究领域，因为它可能导致改善代谢健康的治疗措施的发展。在本研究中，作者通过单细胞RNA-seq确定了一个独特的脂肪细胞祖细胞(adipocyte progenitor cells，APCs)群，该亚群具有分化成米色脂肪的潜能。由APCs亚群增殖形成的米色脂肪APC细胞，其细胞表面蛋白为标记包括PDGFRa、Sca1和CD81。其中，CD81不仅是一种米色脂肪APC标记物，而且也是脂肪细胞应对低温的一种应激表达蛋白，参与脂肪细胞的放能过程。CD81与aV/b1和aV/b5整合素形成复合物，并介导整合素-fak信号的激活。重要的是，CD81缺失会导致饮食诱导的肥胖、胰岛素抵抗和脂肪组织炎症。这些结果表明，CD81作为外部信号输入的关键传感器，控制米色脂肪APC增殖和全身能量稳态。

1. CD81是独特的APCs的细胞表面标志性分子

作者对小鼠三个组织部位：（1）肩胛间BAT(iBAT)；（2）腹股沟WAT(IngWAT)和（3）附睾WAT(EpiWAT)行了scRNA-seq分析(图1A-1D)。

图1实验概述

t-SNE聚类确定了5个不同的细胞群(I-V型)(图2A)。作者发现III型簇的基质细胞（73.1%）表达了一些参与血管平滑肌发育和收缩的基因，这些基因参与血管平滑肌发育和收缩(图2B)。例如，小提琴图显示，III型细胞表达高水平的Sm22和Acta2。除II型细胞外，大多数这些基质细胞都表达了高水平的Pdgfra(图2C)。

图2 CD81是独特的APCs的细胞表面标志性分子

2. CD81⁺APCs细胞在体内产生米色脂肪细胞

为了检测CD81是否标记了米色脂肪APC，我们通过流式细胞仪从小鼠IngWAT的SVF中分离出CD81⁺和CD81-细胞(图3A)。培养达到一致性后，分选的细胞在成脂条件下进行分化。Oil-Red-O染色显示：CD81⁺细胞分化为成熟的脂肪细胞，而CD81细胞虽然表达了Sca1，但其成脂能力有限(图3B)。分化的CD81⁺细胞表达许多棕色/米色脂肪选择基因（如Ucp1、Pgc1a、Cidea和Cox8b）(图3C)。此外，与CD81细胞相比，分化的CD81⁺细胞表达的Ucp1和Pgc1amRNA水平显著升高，特别是在去甲肾上腺素(NE)刺激细胞后(图3D)。在没有褐变线索或没有罗格列酮的培养条件下，分化的CD81⁺细胞仍表达高水平的Ucp1、Pgc1a、Cidea和Cox8b。

图3 CD81⁺APC细胞向米色脂肪细胞分化增殖

3. CD81⁺APCs是腹股肠WAT中的一个增殖群体

CD81蛋白在脂肪组织和平滑肌中高表达，在其他组织中也有较低水平的表达。因此，作者检测了IngWAT中CD81⁺APC的异质性。作者从环境温度条件下野生型小鼠的iBAT、IngWAT和EpiWAT中分离出CD81⁺和CD81-细胞，并通过RNA-seq分析它们的转录组(图4A)。聚类结果显示：CD81⁺APCs在IngWAT和EpiWAT中表现出与CD81细胞不同的分子特征(图4B)。对转录组数据的基因功能(GO)分析表明，在Ingwat衍生的CD81⁺细胞中，与细胞生长、肌动蛋白丝过程、凋亡信号传导、细胞周期和伤口愈合相关的生物通路显著上调(图4C)。这些通路是IngWAT衍生的CD81⁺细胞特有的，因为EpiWAT或iBATCD81⁺细胞转录组的GO分析没有突出这些生物学通路。与KEGG分析一致，我们发现IngWat来源的CD81⁺细胞中的Ki67⁺细胞明显高于IngWAT。

图4腹股沟WAT细胞中的CD81⁺APCs是一个增殖的基质群体

4. CD81通过与aV/b1和aV/b5整合素形成复合物来介导鸢尾素诱导的FAK信号

为了确定CD81⁺APCs在IngWAT中高度增殖特性的机制，作者对转录组数据进行了功能富集分析。分析结果显示：在Ingwat衍生的CD81⁺APCs中，细胞的黏附激酶(FAK：Ptk2基因编码)表达上调(图5A)。因此，作者通过遗传和药理学方法检测了FAK对wat衍生的CD81⁺APC增殖的影响。

图5CD81与aV/b1和aV/b5整合素形成复合物，并介导离子蛋白诱导的FAK信号传导

5. DeNovo米色脂肪的生物发生需要CD81

本研究的数据强调了CD81作为米色APC增殖的调节因子，促使作者思考米色脂肪的生物发生是否需要CD81。为此，作者使用CRISPRi-Cd81小鼠和同窝对照组暴露于8℃下3天(图6A)。检测米色脂肪细胞的增殖，CRISPRi-Cd81小鼠IngWAT中APCs(Lin：Sca1⁺：Ki67⁺)增殖高于IpiWAT对照组小鼠(图6B)。这些数据表明，CD81是IngWAT中冷诱导的APC增殖所必需的。

图6 DeNovo米色脂肪的生物发生需要CD81

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