自噬调控脂肪细胞嘌呤代谢抑制肥胖诱导的白色脂肪组织纤维化的机制研究

本研究揭示了脂肪细胞自噬在肥胖过程中通过调控嘌呤核苷代谢，抑制白色脂肪组织纤维化的新机制。研究人员发现，自噬缺陷导致脂肪细胞嘌呤核苷代谢异常，产生大量黄嘌呤和次黄嘌呤，进而诱导巨噬细胞向组织修复表型转化，加速内脏脂肪纤维化。该研究为理解肥胖相关代谢疾病提供了新的视角，发表于《Nature Communications》。

随着全球肥胖患病率的持续上升，肥胖相关的代谢性疾病已成为重大公共卫生问题。白色脂肪组织（WAT）不仅是能量储存器官，更是重要的内分泌和代谢调节器官。在肥胖状态下，脂肪组织会发生一系列病理改变，其中纤维化是导致脂肪功能障碍的关键因素。脂肪组织纤维化表现为细胞外基质（ECM）过度沉积，导致组织僵硬，进而影响脂肪细胞的正常功能。然而，目前对脂肪组织纤维化的发生机制尚不完全清楚，特别是不同脂肪 depot（如内脏脂肪和皮下脂肪）对纤维化的易感性差异的分子基础仍有待阐明。

近年来，自噬（autophagy）作为一种重要的细胞自我消化过程，被发现在代谢调节中发挥关键作用。自噬通过降解细胞内受损或多余的组分，为细胞提供能量和生物合成前体，帮助细胞应对各种应激条件。在肥胖状态下，脂肪细胞的自噬活性会发生改变，但不同研究报道的结果并不一致，且自噬在脂肪组织纤维化中的作用尚不明确。

发表在《Nature Communications》的这项研究，通过构建脂肪细胞特异性自噬基因Atg7敲除（Atg7^Ad）小鼠模型，结合多组学分析和功能实验，系统揭示了脂肪细胞自噬在肥胖诱导的脂肪组织纤维化中的关键作用及分子机制。

研究人员主要采用了脂肪细胞特异性自噬基因敲除小鼠模型、高脂饮食（HFD）诱导的肥胖模型、流式细胞术、免疫荧光染色、蛋白质组学、代谢组学、转录组学分析、酶联免疫吸附试验（ELISA）、原代细胞培养、葡萄糖耐量试验、组织学分析等关键技术方法。人类样本分析使用了已发表的单核RNA测序数据。

自噬在肥胖脂肪组织中的动态变化

研究人员首先分析了肥胖过程中脂肪组织自噬活性的变化。发现在高脂饮食诱导的肥胖早期，小鼠内脏脂肪组织（gWAT）中自噬活性增加，但随着肥胖进程的延长，自噬活性逐渐下降。对人类脂肪组织样本的分析也显示，肥胖个体的脂肪细胞中自噬相关通路发生显著改变，表明自噬在人类肥胖过程中同样发挥重要作用。

自噬缺失加速内脏脂肪组织纤维化

通过比较WT和Atg7^Ad小鼠在高脂饮食喂养后的表型，研究人员发现Atg7^Ad小鼠的内脏脂肪组织纤维化程度显著加重。天狼星红染色显示，Atg7^Ad小鼠内脏脂肪中胶原沉积明显增加，纤维化相关基因（如Col1a1、Col3a1、Col6a1等）表达上调。值得注意的是，这种纤维化加速现象主要发生在内脏脂肪，而在皮下脂肪中不明显，表明不同脂肪depot对自噬缺失的响应存在差异。

自噬调控脂肪细胞嘌呤核苷代谢

为进一步阐明机制，研究人员对WT和Atg7^Ad小鼠的脂肪细胞进行了蛋白质组学和代谢组学分析。结果发现，自噬缺失导致脂肪细胞嘌呤核苷代谢通路发生显著改变，特别是黄嘌呤和次黄嘌呤的水平明显升高。机制上，自噬通过提供代谢底物，帮助脂肪细胞维持正常的核苷酸代谢稳态。自噬缺陷时，脂肪细胞通过增强嘌呤核苷分解代谢来补偿能量和还原当量的需求，导致黄嘌呤和次黄嘌呤的大量积累和释放。

嘌呤核苷代谢物诱导巨噬细胞表型转换

研究人员发现，从Atg7^Ad脂肪细胞释放的黄嘌呤和次黄嘌呤能够诱导脂肪组织巨噬细胞（ATM）向组织修复表型转化。转录组学分析显示，Atg7^Ad小鼠内脏脂肪中的巨噬细胞高表达细胞外基质相关基因（如Col3a1、Mmp14等），而炎症相关细胞因子分泌减少。流式细胞术分析进一步证实，Atg7^Ad小鼠内脏脂肪中组织修复型巨噬细胞（PVM）比例显著增加，而炎症性巨噬细胞（NPVM）比例下降。

嘌呤核苷直接调控巨噬细胞纤维化表型

为验证黄嘌呤和次黄嘌呤的直接作用，研究人员在体外用这些代谢物处理原代巨噬细胞，发现它们能够显著上调巨噬细胞中细胞外基质相关基因的表达。转录组学分析表明，黄嘌呤和次黄嘌呤通过激活MAPK和ERK信号通路，诱导巨噬细胞向促纤维化表型转化。进一步机制研究提示，嘌呤受体P2Y10可能介导了这一过程。

研究结论与意义

本研究首次揭示了脂肪细胞自噬在肥胖过程中通过调控嘌呤核苷代谢，影响脂肪组织巨噬细胞表型和纤维化的重要机制。自噬作为代谢稳态的关键调节因子，帮助脂肪细胞应对肥胖相关的代谢压力。自噬缺陷导致脂肪细胞嘌呤核苷代谢重编程，产生大量黄嘌呤和次黄嘌呤，这些代谢物作为信号分子，诱导巨噬细胞向组织修复表型转化，加速脂肪组织纤维化。

该研究不仅深化了我们对自噬在代谢调节中作用的理解，还为肥胖相关代谢性疾病的治疗提供了新的靶点。研究发现的不同脂肪depot对自噬缺失的差异响应，为解释内脏脂肪和皮下脂肪在代谢疾病中的不同作用提供了新视角。此外，研究鉴定的嘌呤核苷代谢物-巨噬细胞轴可能在其他组织纤维化过程中也发挥重要作用，具有广泛的生物学和医学意义。