周曉潔，于湄，田衛(wèi)東

四川大學華西口腔醫(yī)學院/口腔再生醫(yī)學國家地方聯合工程實驗室，成都 610041

脂肪組織的體積擴張主要有兩種方式：以增大脂肪細胞體積為主的肥大(hypertrophy)和以增加脂肪細胞數量為主的增生(hyperplasia)[1]。其中，脂肪細胞數量的增加是通過間充質干細胞分化為脂肪細胞實現的，也稱為成脂分化[2]，主要分為兩個步驟：定向(commitment)和分化(differentiation)[3-4]。定向是指間充質干細胞喪失其多向分化潛能而特定地向脂肪細胞發(fā)展的過程，在這個過程中細胞的特異性逐漸凸顯出來，形成一類能且僅能向脂肪譜系分化的細胞，稱為前成脂細胞[5]。分化指前成脂細胞經誘導分化為成熟脂肪細胞的過程[6]。盡管多個團隊針對前成脂細胞的定向和分化及其影響因素進行了一系列研究，但其具體的調控機制尚不完全清楚[7]。本文歸納總結了近年來關于前成脂細胞的研究進展，主要對其定義、起源、終末分化及常見的表面標志物進行闡述，以揭示前成脂細胞在軟組織修復重建、肥胖相關代謝性疾病、腫瘤以及傷口愈合方面的臨床應用潛能。

1 前成脂細胞

1.1 定義 前成脂細胞是成脂分化進程中的中間細胞類型，具有很強的異質性[5,8-9]，目前對于其定義尚存在一定的爭議。主流的觀點認為，從脂肪組織基質血管組分(stromal vascular fraction，SVF)中分離出來并能最終形成成熟脂肪細胞的前體細胞為前成脂細胞(preadipocyte)，也稱前體脂肪細胞(adipose progenitor cell)、脂肪前體細胞(adipose presursor)或脂肪細胞前體細胞(adipocyte presursor)[7,10]，其特征是特定脂肪譜系的定向細胞群[5,11-12]，只能增殖、分化為成熟的脂肪細胞[13-15]，且具有成熟脂肪細胞的部分特征，如參與脂質運輸和合成，調節(jié)胰島素敏感性及脂肪細胞特異性蛋白[脂肪酸結合蛋白4(fatty acid-binding protein 4，FABP4)、葡萄糖轉運蛋白(glucose transporter type，GLUT)、瘦素(leptin)、脂聯素(adiponectin)等]的分泌[3,6]。前成脂細胞與脂肪干細胞(adipose derived stem cells，ASC)最大的區(qū)別在于，ASC具有間充質干細胞的多向分化潛能，而前成脂細胞只能脂向分化。也有學者對前成脂細胞有不同的定義，如Cristancho等[15]將前成脂細胞描述為未成熟的細胞，在無外源性促脂肪形成刺激的情況下，不能自發(fā)完成脂肪細胞的終末分化。Cho等[5]認為，前成脂細胞是脂肪前體細胞分化出的一個亞細胞群，兩者的成脂分化能力存在明顯差異，且因前成脂細胞的存在所形成的微環(huán)境可促進脂肪前體細胞向脂肪譜系的定向分化[7,16]。

1.2 起源及終末分化

1.2.1 起源 現階段，脂肪細胞發(fā)育的胚胎起源仍處于未完全明確的狀態(tài)，因此脂肪細胞的起源一直是脂肪生物學研究的焦點[17-19]。2004年，Planat-Benard等[20]發(fā)現，體外培養(yǎng)去分化的成熟脂肪細胞具有內皮細胞表型，表明脂肪細胞和血管內皮細胞可能存在共同的祖細胞。2008年，田衛(wèi)東課題組在小鼠脂肪基質細胞中發(fā)現一群同時擁有成骨和成脂特性的細胞，并將其定義為成骨成脂祖細胞(osteo-adipo progenitors，OAPs)，該細胞在體外可分別被誘導分化為成熟的骨細胞或脂肪細胞，指出成骨細胞和脂肪細胞均可能起源于OAPs[21]。同年，Graff團隊采用過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)標記轉基因小鼠的脂肪細胞，通過譜系追蹤技術發(fā)現脂肪前體細胞位于脂肪組織的血管中，因而提出前成脂細胞起源于血管壁細胞的觀點[22-23]。2012年，Gupta研究組通過免疫組化檢測鋅指蛋白423(zinc-finger protein 423，ZFP423)-綠色熒光蛋白(GFP)在體內的表達，也證實了白色脂肪細胞和棕色脂肪細胞均起源于血管壁細胞[24-25]，至此，前成脂細胞起源于血管壁細胞的觀點逐漸成為共識。然而，這些標記技術均同時標記了血管壁細胞和血管外膜細胞，并未明確脂肪細胞的具體來源，因此，Evans研究組于2017年采用Tbx18技術單獨標記血管壁細胞，通過更精確的譜系示蹤，否定了前成脂細胞起源于血管壁細胞的觀點，指出其更可能起源于血管外膜成纖維細胞[26]。

1.2.2 終末分化 前成脂細胞的終末分化與其分類密切相關，不同類型的前成脂細胞的終末分化也有所不同。根據組織結構和微觀特征，脂肪組織可分為三種不同類型：白色脂肪、棕色脂肪和米色脂肪，終末分化為不同脂肪組織中成熟脂肪細胞的前體細胞也存在差異[27]。白色脂肪組織中的前成脂細胞傾向于被血小板衍生生長因子受體β(platelet-derived growth factor-receptor β，PDGFRβ)標記，而米色脂肪組織中的前成脂細胞傾向于被PDGFRα標記[7,28]。2017年，Berry等[29]通過遺傳譜系示蹤發(fā)現，在冷刺激下，表達平滑肌肌動蛋白(smooth muscle actin，SMA)的前成脂細胞易分化為米色脂肪細胞；而Long等[27]發(fā)現米色脂肪組織中的前成脂細胞也表現出平滑肌樣特性。以上研究結果均表明具有平滑肌樣特性的前成脂細胞傾向于向米色脂肪細胞進行終末分化。2019年，Watt研究組通過流式細胞術、基因表達譜以及代謝和蛋白組學分析，在人類白色脂肪組織中鑒定出三種前成脂細胞亞型，其中高表達CD34的前成脂細胞易分化為裝載脂滴的成熟脂肪細胞，而低表達或不表達CD34的細胞更傾向于分化為米色脂肪細胞[30]。前成脂細胞的終末分化不僅與脂肪類型相關，微環(huán)境的改變對前成脂細胞的終末分化也具有重要影響。成脂分化過程受多種因素包括信號通路如Wnt信號通路[31-35]、轉化生長因子β(transforming growth factor beta，TGF-β)信號通路[4,36]、骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)信號通路[4]、胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1，IGF-1)信號通路[4]、環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)信號通路[4]及調控蛋白[受體蛋白、細胞因子、酶[23,31,36-37]、microRNAs[38-42]、激素[43-45]等]的調控。目前，已經有大量文獻圍繞PPARγ和C/EBPα(CCAAT-enhancer-binding protein alpha)這兩個成脂的核心因素[4]進行了詳盡的闡述[3-4,8,46-48]，在本文中則不再贅述。

1.3 表面標志物 盡管目前有多個研究小組致力于闡明前成脂細胞的特定表型，但對于早期前成脂細胞的獨特蛋白標志物和基因表達仍無定論。

1.3.1 干細胞表面標志物 由于前成脂細胞在成脂分化進程中處于干細胞與成熟脂肪細胞之間，因此，前成脂細胞也會帶有某些干細胞的典型表面標志物，如較常見的CD29、CD34和干細胞抗原1(stem cell antigen 1，SCA1)[18]。為明確標記區(qū)分前成脂細胞，多個研究小組采用了傳統干細胞表面標志物與某些特定表面標志物聯合使用的方法[7]。Yoshimura等[49]曾在2006年用CD31(-)、CD45(-)、CD34(+)、CD90(+)、CD105(-)、CD146(-)標記前成脂細胞；2008年，Rodeheffer等[11]根據CD29、CD34的表達情況將SVF中的細胞用流式細胞術分為四群：CD29(-)/CD34(-)，CD29low/CD34(-)，CD29low/CD34(+)，CD29high/CD34(+)。分別對這四群細胞進行體外成脂誘導，發(fā)現只有CD29和CD34雙陽性表達且CD29為高表達的細胞群可分化為脂肪細胞，故將從肥胖小鼠附睪中采用CD29(+)、CD34(+)、SCA1(+)、CD31(-)、CD45(-)和Ter119(-)標記方法分離出的細胞稱為前成脂細胞。2010年，Quirici等[50]指出，表達CD34和低親和力神經生長因子受體(low affinity growth factor receptor，L-NGFR)CD271的細胞擁有良好的成脂分化能力，利用這種雙陽性組合標記分離的前成脂細胞可用于今后的臨床再生醫(yī)學。此外，Carrière等[51]發(fā)現，從脂肪組織中分選出來的CD45(-)、CD31(-)、CD34(+)、CD38(+)細胞在體外培養(yǎng)時表現出較低的增殖能力和較高的成脂分化能力，且CD38(+)細胞數量與機體肥胖的發(fā)生息息相關，由此提出CD38也可作為前成脂細胞的表面標志物。

1.3.2 血管周圍標志物 盡管在2017年Evans研究組否定了前成脂細胞起源于血管壁細胞的觀點，但譜系追蹤結果確實發(fā)現脂肪前體細胞位于脂肪組織的血管中，因此部分血管周圍標志物，如PDGFRα和PDGFRβ，也經常被用來標記前成脂細胞[28]。2019年，Raajendiran等[30]發(fā)現，人類脂肪組織中存在一群表達PDGFRα且高表達CD9的前成脂細胞，這類細胞與肥胖相關的代謝紊亂密切相關。從內臟脂肪中分選出的LY6C(-)、CD9(-)、PDGFRβ(+)前成脂細胞具有較高的成脂潛能，在含胰島素的培養(yǎng)基中可分化為成熟的脂肪細胞[52]。最近，Han等[53]利用雙同源重組的交叉遺傳學策略，實現了更精準的譜系追蹤和遺傳靶向操作，發(fā)現只有PDGFRα陽性，或PDGFRβ和PDGFRα雙陽性的細胞才能分化形成成熟的脂肪細胞，且PDGFRβ和PDGFRα雙陽性細胞具有更強的成脂分化能力，這一研究成果為成熟個體內前成脂細胞的標記奠定了更堅實的理論基礎。

1.3.3 ZFP423 ZFP423屬于早期的B細胞因子(early B-cell factor，EBF)，在腦、眼、嗅上皮、脾和心臟中均有表達，1997年Tsai等[54]通過酵母雙雜交技術將其篩選分離出來。2010年，Gupta等[55]發(fā)現，ZFP423可調節(jié)前成脂細胞PPARγ基因的表達，使此類細胞能夠進行成脂分化；同時還檢測了前成脂細胞與無成脂功能的成纖維細胞中ZFP423的轉錄表達水平，發(fā)現前成脂細胞中ZFP423的表達較成纖維細胞明顯增高，指出ZFP423為前成脂細胞成脂分化過程中的轉錄調節(jié)因子。隨后，Vishvanath等[25]采用ZFP423-GFP轉基因小鼠證實，在皮下和內臟脂肪中表達ZFP423的細胞可穩(wěn)定地形成脂肪細胞，且這些細胞在體外誘導實驗中也呈現出較強的成脂潛能，因此認為表達ZFP423的細胞為前成脂細胞。

1.3.4 脂肪前細胞因子1(preadipocyte factor 1，Pref-1，也稱Dlk1/FA1) Pref-1是一種含有反式膜蛋白的表皮生長因子樣蛋白，能夠被腫瘤壞死因子-α轉化酶(TACE)剪切為可溶性的自分泌或旁分泌因子，阻止前成脂細胞進一步分化為成熟的脂肪細胞，對于維持前成脂細胞的狀態(tài)非常重要[56]。在脂肪形成過程中，Pref-1的表達早于ZFP423，且只出現在前成脂細胞向脂肪細胞分化的早期階段，中晚期則不表達[26]。因此，Pref-1的表達水平僅在細胞成脂分化的早期升高，在分化的后期逐漸降低[27]。

2 臨床應用潛能

以干細胞技術為代表的再生醫(yī)學技術，是繼藥物治療和手術治療之后的“第三次醫(yī)學革命”，已成為各國政府高度關注的重大科學命題。2015年，國家衛(wèi)計委和國家食品藥品監(jiān)管總局組織制定了《干細胞臨床研究管理辦法(試行)》和《干細胞制劑質量控制和臨床前研究指導原則(試行)》，建立了以醫(yī)療機構為干細胞制劑和臨床研究質量管理的責任主體，干細胞臨床研究機構和項目雙備案的管理機制[57]。2021年2月10日，國家衛(wèi)健委在答復十三屆人大會議《關于加快胚胎干細胞立法，促進和規(guī)范干細胞領域發(fā)展的建議》中明確提出要進一步鼓勵、支持、推動和規(guī)范干細胞研究轉化和產業(yè)發(fā)展[58]。隨著干細胞治療在多種疾病中取得了良好效果，近年來干細胞研究逐漸成為健康領域公眾關注的熱點。與骨髓或臍帶等來源的間充質干細胞相比，脂肪組織來源的干細胞具有突出的優(yōu)點，包括含量豐富[59-60]，可通過抽脂的方式獲取，患者的風險和痛苦均較小等[12,61]。相對于脂肪干細胞，前成脂細胞因失去了多向分化潛能，其臨床應用相對局限，但由于前成脂細胞具有更強的成脂分化能力[5]，隨著提取及培養(yǎng)方式的逐漸優(yōu)化[62-64]，在成脂相關疾病的治療中可真正實現用量少、療效好的目標，具有極其可觀的臨床應用潛能。

2.1 軟組織修復重建 目前，臨床上主要采用脂肪組織移植和游離自體脂肪填充的方法來進行軟組織整形和重建[65]，前成脂細胞因其特有的成脂潛能而具有無可替代的天然優(yōu)勢。

對于少量的軟組織充填，單純采用自體脂肪移植即可呈現出滿意的效果，但對于部分因外傷或腫瘤等導致軟組織大面積缺損的患者，單純自體脂肪移植后可能會出現一系列問題[66]，包括移植部位皮膚炎癥，移植組織吸收壞死或發(fā)生組織蜂窩織炎等[67-69]。為了提高自體脂肪移植的成功率，有研究利用含有前成脂細胞的SVF輔助脂肪移植治療面部和胸部軟組織不足[70-71]。Wang等[72]通過病例對照研究發(fā)現這類細胞輔助脂肪移植可明顯提高移植組織的成活率，且其安全性更有保障[73]。

毫無疑問，脂肪組織中的前成脂細胞在組織更新和修復方面具有巨大的應用潛力，我們應該全面了解前成脂細胞、生物材料與臨床應用之間的相互關系，以進一步確保整形外科手術的安全性和有效性。

2.2 治療與肥胖相關的代謝性疾病 肥胖相關的各種代謝性疾病一直困擾著數百萬人，多項研究表明，這類疾病主要是因為過多的能量儲存在脂肪細胞的脂滴中，造成脂肪細胞過載進而出現代謝障礙，而脂肪細胞中脂滴過載大多是由于前成脂細胞成脂潛能衰退引起的[74]。2019年，Andersen等[74]通過腹腔鏡手術從肥胖人群和健康人群的網膜處提取內臟脂肪組織，分離培養(yǎng)其中的前成脂細胞，發(fā)現肥胖人群的前成脂細胞表現出明顯的成脂能力不足，在體外進行成脂誘導后形成的脂滴數量明顯減少，基因轉錄譜測序結果顯示，與健康人群相比，肥胖人群內臟脂肪來源的前成脂細胞在成脂分化過程中的上調基因有172個，而下調基因多達447個，這些差異表達的基因與脂肪酸代謝、胰島素信號通路和氧化磷酸化有關。值得慶幸的是，前成脂細胞的健康狀態(tài)是可逆的，通過在特定基因組區(qū)域(如NAT10、SHC1、PITX1、FRMPD4)重組DNA甲基化，使細胞重新編程，可將受損的前成脂細胞逆轉為健康的前成脂細胞，促進健康脂肪的形成，從而達到改善肥胖、2型糖尿病及脂肪肝等代謝性疾病的目的[75-78]。

此外，前成脂細胞的分化過程易受各種因素的影響，因而提高了靶向調控此類細胞的可能性。有研究發(fā)現，腰果酸可通過下調Hsp90/Akt信號通路抑制前成脂細胞的分化[79]；姜黃素可誘導前成脂細胞凋亡，從而抑制成脂過程[80]；荷葉素可參與調節(jié)棕色和米色脂肪細胞的發(fā)育，改善機體代謝水平[81]；果汁中的酚類提取物可抑制3T3-L1前成脂細胞中PPARγ和C/EBPα的表達，進一步減少成熟脂肪細胞中三酰甘油的聚集[82-83]；低劑量的異甘草素(isoliquiritigenin，ILG)可誘導白色脂肪來源的前成脂細胞向米色脂肪細胞分化，激活米色或棕色脂肪，有利于預防肥胖，增強葡萄糖耐受及胰島素抵抗，改善由肌肉生長抑素缺失介導的肝臟脂肪變性[84]。這些植物提取物不僅能從日常飲食中獲取，市場上也已有相應的生物制劑保健品，其主要機制均為通過調節(jié)前成脂細胞的代謝，進一步抑制病理性脂肪組織的形成。

2.3 腫瘤防治 肥胖是各種腫瘤發(fā)生的一個重要危險因素，對機體而言，肥胖導致的慢性炎癥環(huán)境除可使腫瘤的發(fā)病率和病死率增高外，還可增加腫瘤復發(fā)的風險[85]。Gwak等[86]在關于前列腺癌的研究中發(fā)現，腫瘤微環(huán)境中的趨化因子CXCL8、CCL2、CXCL10和CCL20可促進前成脂細胞和腫瘤相關巨噬細胞在腫瘤發(fā)生部位的浸潤，促使病灶處的炎性因子IL-6表達升高，進一步增強前列腺癌細胞的遷移和侵襲能力，加速了癌癥的發(fā)展和轉移[86-87]。與其他腫瘤相比，前成脂細胞與乳腺癌之間的生物學聯系最為密切[88]，在乳腺癌早期階段，前成脂細胞可通過分泌IL-6促進癌細胞的增殖和遷移，加速早期乳腺癌的發(fā)展[89]。但前成脂細胞與腫瘤細胞的體外共培養(yǎng)實驗和乳腺癌患者自體脂肪移植的臨床研究結果均顯示，前成脂細胞對乳腺癌細胞的促進作用只限于增殖和遷移，并不包括侵襲[90]，因此，臨床上采用含有前成脂細胞的SVF進行自體脂肪移植作為乳腺癌術后二期修復的安全性可得到保證[90]。另有研究指出，肥胖導致乳腺癌進展加速的主要原因為：腫瘤周圍成熟的脂肪細胞通過釋放游離脂肪酸、酮體等代謝產物提高了自身及周圍腫瘤細胞的代謝水平，從而加速了腫瘤生長[91]。健康的前成脂細胞不僅不會加速腫瘤發(fā)展進程，還能起到一定的緩解作用。2018年，Visweswaran等[88]發(fā)現，來自健康個體的前成脂細胞的條件培養(yǎng)基可通過旁分泌作用下調Wnt信號通路的主要靶蛋白(β-catenin、Cyclin D1)表達，降低乳腺腫瘤細胞線粒體的膜電位，從而誘導腫瘤細胞凋亡[88]，進而抑制乳腺癌的發(fā)展。由此可見，深入了解前成脂細胞在腫瘤發(fā)展進程中的作用，可能有助于更好地開展相關腫瘤的臨床診治工作。

2.4 促進傷口愈合 前成脂細胞在傷口愈合中的作用是多方面的，包括促進愈合、預防感染和減少瘢痕組織形成。在傷口愈合過程中，多種細胞協同作用，共同完成表皮和真皮的修復，除免疫細胞、成纖維細胞和角質形成細胞外，來自脂肪譜系的細胞群也在這個過程中發(fā)揮著重要作用[92]。2013年，Schmidt等[92]對小鼠皮膚傷口處的前成脂細胞進行了檢測，發(fā)現在傷口愈合的5 d和7 d，皮膚傷口處的前成脂細胞數量明顯增多，機體通過刺激前成脂細胞增殖，加速其分化為脂肪細胞以填充皮膚創(chuàng)口，促進傷口愈合。此時，如前成脂細胞的分化受到抑制(如使用GW9662)，脂肪細胞、成纖維細胞的形成和細胞外基質蛋白的沉積均會受到影響，最終導致傷口長期無法愈合[92-93]。

當傷口不慎被細菌感染時，感染傷口處ZFP423和Pref-1標記的前成脂細胞數量較清潔傷口處更多，增多的前成脂細胞進一步分化形成脂肪細胞，成熟的脂肪細胞可產生抗菌肽以抑制細菌生長，積極參與機體的自身防御反應，防止感染的進一步發(fā)展和擴散[94]。

在傷口愈合的最后階段，如何減少瘢痕組織的形成是患者和醫(yī)師關注的重點。瘢痕形成的一個重要特征是肌成纖維細胞的過量聚集，2015年，Marangoni等[95]通過轉基因小鼠體內譜系示蹤發(fā)現這部分肌成纖維細胞主要起源于該處脂肪組織中的前成脂細胞，微環(huán)境中的TGF-β可刺激前成脂細胞由成脂表型向成纖維表型轉化，最終導致傷口愈合后嚴重的皮膚纖維化、瘢痕增生以及皮內脂肪組織丟失。這一研究成果肯定了前成脂細胞對減輕瘢痕的重要性，為改善傷口愈合后的瘢痕情況提供了新視野。

3 總結與展望

前成脂細胞是成脂的關鍵，更是成脂的基礎，不僅在脂肪形成過程中發(fā)揮重要作用，還可進一步調節(jié)機體的代謝水平，影響腫瘤發(fā)展進程及促進皮膚傷口愈合。因此，對前成脂細胞的進一步研究具有深遠的意義。盡管目前對前成脂細胞的認識仍不全面，但隨著基礎及臨床研究的深入開展，前成脂細胞的應用價值將會被進一步挖掘，為今后的臨床應用提供更多可能。