脂肪组织细胞生物学

（一）脂肪细胞特性

1.白色脂肪　每个白色脂肪细胞包含一个大的脂肪液滴，其边界不清，但在细胞质和细胞内脂肪成分之间有一层类膜状结构（单层膜）。细胞呈圆形和多边形，25～200μm大小。尽管这些细胞中包含大量的细胞器，但是细胞中的巨大脂肪颗粒把包括细胞核在内的细胞器挤向细胞膜下的一层薄薄的细胞质，使这些细胞变得难以分辨。常规的组织学处理使脂质溶解后，留下的空洞在光镜下显示为典型的印戒形状（图1-2）。在质膜附近积聚有丰富的吞噬囊泡。组织化学技术如苏丹Ⅲ或者Scarlet Red染色通常用来显示脂肪细胞。白色脂肪的血液供应非常丰富，每个脂肪细胞都连接一条附属血管。脂肪组织的细胞群由成熟的脂肪细胞、前脂肪细胞、后脂肪细胞、间充质干细胞、内皮细胞、周细胞、肥大细胞、巨噬细胞、成纤维细胞、循环血细胞、网织红细胞和神经系统元素等组成。成熟的脂肪细胞构成脂肪组织中细胞总量的一半。

图1-2　失去脂质成分的脂肪细胞呈现典型的印戒形状。在组织常规处理过程中，应用二甲苯和乙醇溶解脂肪（HE染色）

2.棕色脂肪　棕色脂肪因其细胞中的三酰甘油沉积在细胞质中而被归类为脂肪组织。由于细胞质中含量丰富的线粒体内细胞色素氧化酶含量过高而导致组织呈现棕色。与白色脂肪相比，棕色脂肪有不同的解剖分布。在10岁以前，棕色脂肪几乎分布在与白色脂肪相同的地方（例如肩胛间区和前腹壁），随着年龄的增长，外周分布的棕色脂肪逐渐消失。深层分布的棕色脂肪，特别是肾周、大动脉、颈部和纵隔周围，通常持续存在至80岁。一项以18F-FDG-PET/CT检测为基础的近期研究（基于3604例临床患者）表明，与男性相比，女性维持棕色脂肪质量和活性的能力更加稳定。随着年龄增长，男性体内棕色脂肪的数量和活性逐渐丧失。两性之间的这一差别可能归因于激素的不同，即睾酮以剂量依赖形式抑制解偶联蛋白（uncoupling protein，UCP1）的信使核糖核酸表达。棕色脂肪细胞可为多边形或椭圆球形，直径在15～50µm。脂肪细胞中大量大小不同的脂滴广泛分布于细胞质中，使细胞呈现为“多眼状外观”。棕色脂肪产生的热量可通过血液循环传遍全身，其产热调节主要由下丘脑控制。交感神经系统携带信号，释放去甲肾上腺素，后者作用于棕色脂肪细胞的线粒体，从而调节脂肪酸的新陈代谢。线粒体内膜的一个特殊蛋白——解偶联蛋白被激活之后，最终完成产热过程，故此蛋白也被称为“产热子”。解偶联蛋白1只存在于棕色脂肪细内，因此鉴定脂肪组织是不是棕色脂肪，即以该蛋白是否存在为标准。三酰甘油在去甲肾上腺素激活的β肾上腺素受体的作用下释放游离脂肪酸，而游离脂肪酸的存在可激活解偶联蛋白1，脂肪氧化时，它可抑制三磷腺苷的生成，过剩的能量就是以这种方式作为热量释放的。热量产生的机制目前尚不清楚。解偶联蛋白1是三酰甘油的载体而不是质子载体；游离的质子由线粒体泵出到细胞质并与脂肪酸结合，使后者具有可溶性。这些可溶性脂肪酸返回线粒体，因此质子并不生成三磷腺苷，而是产生热量。随后脂肪酸又变成不可溶性，重新被解偶联蛋白1运回细胞质。由此推测，氧化脂肪的剩余产物似乎是解偶联蛋白1的活性抑制剂。交感神经系统为棕色脂肪提供丰富的神经支配：当神经分泌释放去甲肾上腺素时，棕色脂肪中被刺激受体间的相互作用决定其是否产热。如果刺激了β3受体，产热通路就被激活；如果刺激了α2受体，产热机制就会被抑制。人体内似乎存在调节该平衡的机制，不过还有待进一步深入研究。人们如果想要完全理解体温调节神经电路，就需要记住神经信号传导始于皮下环境和人体核心热受体，特别是把信息从皮下区域传导至下丘脑延髓脊区的纤维，这是由棕色脂肪建立起来的大脑前温度调节电路部分。棕色脂肪细胞除了产热外，还具有分泌能力。有些棕色脂肪分泌基底膜成分、自分泌、旁分泌和内分泌等分子，详见表1-1。

表1-1　BAT的分泌特性。BAT不仅是热量产生组织，同时也具有分泌功能

*3,5,3′-三碘甲腺原氨酸

（二）细胞外基质

脂肪组织包含大量的细胞外基质成分。胶原、网状纤维、弹性蛋白、神经纤维、血管、基质和淋巴系统都包含于其中。组织的细胞外基质对成熟脂肪细胞的存活非常重要。这些脂肪细胞包含巨大的脂肪液滴，后者比其他细胞器的负荷更大，因此需要细胞外基质的机械支持才能使细胞免于破坏。而且，细胞外基质的框架结构似乎转移了对其他组织的应力，从而进一步削减了这种破坏效应。细胞外基质可以分为两部分：基底膜（图1-1A）和分布在脂肪细胞之间的外围结构。每个脂肪细胞都有自己的一个基底膜，它是一个由Ⅳ型胶原、基底膜、层粘连蛋白、肝素硫酸蛋白多糖、串珠素和内功素构成的网状结构。脂肪细胞间的细胞外基质主要由Ⅵ型胶原构成。为帮助大家更好地了解脂肪组织，我们在这里简单地介绍一下该蛋白。Ⅵ型胶原有一些有趣的特点：该蛋白与基底膜的Ⅳ胶原相结合，并与蛋白多糖和纤维粘连蛋白相互作用，以维持细胞外基质的结构完整性。Ⅵ型胶原的三维结构由分支众多且柔韧的篮状纤维四聚体构成。这些纤维固定住血管、神经及结缔组织中其他包含或不包含基底膜的胶原等结构。组织位置的不同决定胶原的空间形态。成纤维细胞、肌细胞、巨噬细胞、脂肪细胞及肿瘤细胞都可以分泌Ⅵ型胶原。该胶原可以增强某些细胞的迁移和侵入能力（巨噬细胞类细胞），并提高它们的存活力；然而这些功能也能促进肿瘤细胞在组织中的增生繁殖。该蛋白吸引大量的细胞因子、配体、生长因子，并可增强周围细胞的信号转导。特定的Ⅵ型胶原缺陷患者所表现的肌无力症中的，可以帮助我们更好地理解Ⅵ型胶原的重要性。而理解Ⅵ型胶原的特性有助于我们更好地研究脂肪组织中细胞外基质的功能。

在猪模型上对脂肪组织韧性的测量显示其韧性值（JC）为4.1（1.2）kJ/m2。相对而言，猪的皮肤具有比人接近4倍高的韧性（约17kJ/m2）。通过组织韧性可以推测组织的黏弹性。至少对脂肪组织来说，在诸如组织处理、组织移植或真空抽吸调整等组织工程操作过程中，组织的黏弹性可以作为非常重要的信息。脂肪组织的韧性主要归因于Ⅳ型胶原及其三维立体的显微结构。