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Role of Small Proliferative Adipocytes: Possible Beige Cell Progenitors

田口, 皓一郎 岐阜大学

2020.04.15

概要

脂肪細胞には白色脂肪細胞と褐色脂肪細胞が知られている。近年,白色脂肪組織中に,寒冷刺激やβ3-adrenergic receptor(ADRB3)刺激により褐色脂肪細胞様形態に分化し,Uncoupling protein 1(UCP1)を高発現し,熱産生を起こすbeige細胞が発見された。本研究では,脂肪組織内にbeige細胞の前駆細胞の特徴を有する細胞が存在することを見出し,これらの細胞をsmall proliferative adipocytes(SPA)と名付け,その細胞の性状の解析を行った。

【対象と方法】
 C57/BLマウスの傍精巣脂肪と鼠径脂肪をコラゲナーゼ処理後,遠心分離にて226g3分で浮遊するmature white adipocytes(MWA)と8g1秒で沈降するstromal vascular cells(SVC),8g1秒で浮遊し226g3分で沈降するFraction Bに分画した。それぞれの細胞画分について,遺伝子やタンパク質の発現様式を,マイクロアレイ,real time PCR,イムノブロット,免疫染色,フローサイトメトリ―(FCM)により解析した。C57/BLマウス腹腔内にADRB3作動薬(CL316243)を7日間投与することによって傍精巣脂肪組織や鼠径脂肪組織においてbeige細胞を誘導し,それによって発現量が変化する遺伝子やタンパク質を検索した。

【結果】
 Fraction Bの細胞は,小型円形や紡錘形,線形を示し,しばしばクラスターを形成していた。培養後には,Fraction Bの細胞の85-95%についてadiponectin(ADIPOQ)やleptinの発現が認められた。一方,SVCを培養した場合は,これらの遺伝子を発現する細胞は全体の10%以下であった。ADIPOQを発現した細胞はチミジンアナログのEdUの取り込むことより,これらの細胞が盛んに増殖していることが確認された。以上のことより,Fraction BをSPAと考え,以下の検討を行った。
 FCMでは,SPAの大きさは3-18μmと広く分布する不均一な細胞群であった。また,マイクロアレイ解析により各細胞画分の遺伝子発現パターンを調べたところ,SPAではSVCと比較してAdipoqなどの脂肪細胞特異的遺伝子やfatty acid binding protein 4(Fabp4)などの白色脂肪細胞に多く発現する遺伝子の他,synuclein γ(Sncg),GABA receptor γ2(Gabrg2)などの神経細胞遺伝子が多く発現していた。また増殖因子とされるproliferin(Plf)がSPAで多く発現していた。MWAとSPAを比較すると,脂肪細胞遺伝子や神経細胞遺伝子のいくつかが前者で多く発現していた。Real time PCRの定量的解析で,脂肪細胞遺伝子や神経細胞遺伝子の発現強度はSVC < SPA < MWAで,PlfはSPAでのみ発現していた。脂肪前駆細胞に発現するDlk-1やPdgfra,褐色脂肪前駆細胞に発現するZic1やMyf5はSPAとSVCで同等に発現する一方で,beige細胞の前駆細胞のマーカーであるCd137やTbx1はSPAで多く発現していた。
 SPAは分化刺激により脂肪滴を含む白色脂肪細胞に分化し,AdipoqやSncg,Plfなどの発現も増加した。一方,SVCでは同様な分化刺激により白色脂肪細胞に分化するが,分化途中でPlfを発現することはなかった。また,SVCは骨芽細胞への分化刺激で骨芽細胞様細胞に分化したが,SPAには骨芽細胞への分化が起こらなかった。傍精巣脂肪組織と鼠径脂肪組織由来のSPAを比較すると,内臓脂肪細胞の前駆細胞マーカーのWt1は傍精巣脂肪組織由来のSPAでのみ発現していることが分かった。白色脂肪細胞への分化能を調べたところ,傍精巣脂肪組織由来のSPAでより脂肪滴形成が認められ,SPAから分化した白色脂肪細胞では熱産生に関連するUcp1やPgc1a,Ppara,Adrb3が分化前より発現上昇していた。一方,SVCを同様に分化誘導した場合にはこのような遺伝子発現上昇が認められなかった。
 次に,SPAのbeige細胞への分化を検討した。Pioglitazone(Pio)とCL316243の共刺激によって,傍精巣脂肪組織に由来するSPAはbeige細胞様形態となりUcp1を発現したが,SVCはbeige細胞様の細胞への分化が認められなかった。一方で,鼠径脂肪組織由来のSPAは共刺激によってより強くUcp1を発現し,SVCでもUcp1を発現していた。また,C57/BLマウスにCL316243を腹腔内投与すると,傍精巣脂肪組織と鼠径脂肪組織においてPlfを発現するbeige細胞の出現が観察されたが,Ucp1発現細胞は鼠径脂肪組織でより多く認められた。また,傍精巣脂肪組織組織ではPlfとUcp1が共発現するが,鼠径脂肪組織ではUcp1発現細胞の中にPlfの発現が認められない細胞も存在した。

【考察】
 SPAは脂肪細胞遺伝子を発現しつつ増殖能を持つ細胞として同定された。これは,従来の「脂肪前駆細胞は増殖停止後に脂肪細胞遺伝子を発現し,最終分化に至る」という考えと異なる細胞である。本研究によってSPAは白色脂肪細胞とbeige細胞の双方への分化能を持つ前駆細胞であることが示され,骨芽細胞への多分化能を失った成熟脂肪細胞への分化途中の細胞と考えられた。
 PlfはSPAでのみ顕著に発現し,SPAのマーカーと考えられた。また,SPAを白色脂肪細胞に分化誘導させた場合にはPlfの発現が認められたが,SVCの白色脂肪細胞への分化過程ではPlfの発現が認められないことから,脂肪細胞の分化過程はSVCとSPAで異なっていることが示唆された。傍精巣脂肪組織と鼠径脂肪組織由来のSPAを比較すると,前者ではWt1を特異的に発現し白色脂肪細胞への分化能はより高いが,beige細胞への分化能は後者でより高いと考えられた。また,CL316243刺激下では,鼠径脂肪組織由来SVCにもbeige細胞の出現が観察されたことから,Plf陰性の鼠径脂肪組織由来のSVCもbeige細胞への分化能を有することが示唆された。

【結論】
 SPAは脂肪細胞の分化過程にある細胞で,内臓脂肪と皮下脂肪で起源や分化能力が異なり,Plfを特徴的に発現するbeige細胞の前駆細胞と考えられた。

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参考文献

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