脂肪細胞

白色脂肪細胞は、細胞質の層に囲まれた 単一の大きな脂質滴を含み、単房性として知られています。核は扁平で周辺部に押しやられています。典型的な脂肪細胞の直径は0.1 mmです^{[ 2 ]}が、その2倍の大きさのものもあれば、その半分の大きさのものもあります。ただし、脂肪細胞の大きさのこれらの数値推定値は、測定方法と脂肪組織の場所に大きく依存します^{[ 2 ]} 。蓄積された脂肪は半液状で、主にトリグリセリドとコレステリルエステルで構成されています。白色脂肪細胞は、レジスチン、アディポネクチン、レプチン、アペリンなどのアディポカインとして作用する多くのタンパク質を分泌します。平均的な成人は、 30ポンドまたは13.5 kgの重量で300億個の脂肪細胞を持っています。子供または青年が十分な過剰体重を増すと、脂肪細胞の絶対数は24歳まで増加する可能性があります。^{[ 3 ]}成人（子供や青年期に肥満ではなかった人）が過体重になると、脂肪細胞は一般的に数ではなくサイズが増加しますが、既存の脂肪細胞が十分に大きくなると（特に重度の肥満の場合など）、脂肪細胞の数も増加する可能性があることを示唆する決定的な証拠はありません。^{[ 3 ]}食事療法で脂肪細胞の数を減らすことは困難ですが、減量を十分な期間（1年以上）維持すれば脂肪細胞の数を減らすことができることを示唆する証拠もあります（ただし、脂肪細胞が大きく数も多い人がそれほど長い間減量を維持することは非常に困難です）。^{[ 3 ]}   

大規模なメタ分析により、白色脂肪組織細胞のサイズは測定方法、脂肪組織の部位、年齢、および体格指数に依存することが示されました。同じ程度の肥満の場合、脂肪細胞サイズの増加はグルコースおよび脂質代謝の調節異常とも関連していました。^{[ 2 ]}

褐色脂肪細胞は多面体形状をしています。褐色脂肪は皮膚筋細胞から生じます。白色脂肪細胞とは異なり、これらの細胞は細胞質が豊富であり、脂質滴が散在しているため、多房性細胞として知られています。核は円形で、偏心した位置にありますが、細胞の周辺部には位置していません。褐色は、ミトコンドリアが大量に存在することに由来します。褐色脂肪は「乳児脂肪」とも呼ばれ、熱を発生させるために利用されます。

骨髄脂肪細胞は、白色脂肪細胞と同様に単房性です。骨髄脂肪組織の生理機能と骨の健康との関連性については、まだ十分に解明されていません。骨髄脂肪組織は、骨密度が低い状態では拡大しますが、肥満の状況でも拡大します。^{[ 4 ]}骨髄脂肪組織の運動に対する反応は、白色脂肪組織の反応と類似しています。^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}運動は、脂肪細胞のサイズと骨髄脂肪組織の体積の両方を減少させます。これは、脂質結合剤であるオスミウムで染色した骨のMRIまたはμCT画像によって定量化されます。

一部のマウスでは、絶食により脂肪細胞数が減少することが示されており、寒さにさらされると他の特性が観察された。^{[ 12 ]}

体内の脂肪細胞が脂肪を蓄積できる最大容量に達すると、さらに脂肪を蓄積するために増殖する可能性がある。

さまざまな系統の成体ラットに数ヶ月間嗜好性の高い餌を与えたところ、肥満になった。脂肪組織の形態を分析したところ、ほとんどの脂肪組織で脂肪細胞のサイズと数の両方が増加していることが明らかになった。このような動物に通常の飼料^{[ 13 ]}を再導入すると、体重減少期間が誘発され、その間、平均脂肪細胞サイズのみが正常に戻った。脂肪細胞数は、体重増加期間中に達成された高いレベルのままであった。^{[ 14 ]}

いくつかの報告や教科書によると、脂肪細胞の数は小児期や青年期に増加する可能性があるが、成人期には通常一定である。青年期ではなく成人期に肥満になる人は、以前よりも脂肪細胞が増えているわけではない。^{[ 15 ]}

幼少期から太っている人は、一般的に脂肪細胞の数が多い。成人してから太る人は、痩せている同年代の人と比べて脂肪細胞の数は同じでも、脂肪細胞が大きい場合がある。一般的に、脂肪細胞が過剰な人は、単に脂肪細胞が大きくなっているだけの肥満の人よりも、体重を減らしてそれを維持するのが難しい。^{[ 3 ]}

成人被験者で研究された過剰摂取に対する体脂肪細胞の局所的な反応について。上半身では、脂肪細胞サイズの増加は上半身の脂肪増加と相関していたが、脂肪細胞数は有意に変化しなかった。上半身の脂肪細胞の反応とは対照的に、下半身の脂肪細胞数は実験中に有意に増加した。注目すべきは、下半身の脂肪細胞のサイズに変化がなかったことである。^{[ 16 ]}

成人のあらゆる年齢層および体格指数レベルにおいて、脂肪細胞の約10%が毎年再生されるが、成人期における脂肪細胞の総数は有意に増加しない。^{[ 15 ]}

肥満は、脂肪細胞のサイズ増加（肥大）および程度は低いものの細胞増殖（過形成）による脂肪量の増加を特徴とする。 ^{[ 17 ] [ 2 ]}肥満者の脂肪組織では、グリセロール、ホルモン、マクロファージ刺激性ケモカイン、炎症性サイトカインなどの代謝調節物質の産生が増加し、インスリン抵抗性の発症につながる。^{[ 18 ]}これらの調節物質の産生とそれに伴うインスリン抵抗性の病態は、脂肪細胞だけでなく、組織に浸潤する免疫系のマクロファージによっても引き起こされると考えられる。 ^{[ 19 ]}

脂肪細胞における脂肪生成はインスリンによって強く刺激される。インスリンはピルビン酸デヒドロゲナーゼとアセチルCoAカルボキシラーゼ酵素の活性を制御することで不飽和脂肪酸合成を促進する。また、グルコースの取り込みを促進し、脂肪生成を刺激する遺伝子の転写を活性化するSREBF1を誘導する。^{[ 20 ]}

SREBF1（ステロール調節エレメント結合転写因子1）は、不活性な前駆体タンパク質として合成され、2つの膜貫通ヘリックスによって小胞体（ER）膜に挿入される転写因子です。ER膜には、SREBF1に結合するSCAP（SREBF切断活性化タンパク質）も固定されています。SREBF1-SCAP複合体は、INSIG1 （インスリン誘導遺伝子1タンパク質）によってER膜に保持されます。ステロールレベルが枯渇すると、INSIG1はSCAPを放出し、SREBF1-SCAP複合体は、コートマーCOPIIで覆われた輸送小胞に選別され、ゴルジ体へ輸送されます。ゴルジ体では、SREBF1は切断され、転写活性のある成熟タンパク質として放出されます。その後、核へ移行して標的遺伝子の発現を活性化することができます。^{[ 21 ]}

臨床研究では、インスリン抵抗性は通常肥満と関連しているにもかかわらず、肥満患者の脂肪細胞の膜リン脂質は一般的に脂肪酸不飽和度の増加を示していることが繰り返し示されています。^{[ 22 ]}これは、肥満とインスリン抵抗性に関連する貯蔵需要の増加にもかかわらず、脂肪細胞がその機能を維持することを可能にする適応メカニズムを示唆しているようです。

2013年に実施された研究^{[ 22 ]}では、肥満マウスとヒトの脂肪組織ではINSIG1とSREBF1 mRNAの発現が減少している一方で、活性型SREBF1の量は正常マウスと非肥満患者と比較して増加していることがわかりました。INSIG1発現のダウンレギュレーションと成熟型SREBF1の増加の組み合わせは、SREBF1標的遺伝子発現の維持とも相関していました。したがって、INSIG1のダウンレギュレーションによりINSIG1/SREBF1ループがリセットされ、活性型SREBF1レベルの維持が可能になると考えられます。これは、インスリン抵抗性の抗脂肪生成効果を補償し、肥満による栄養的圧力に直面しても脂肪細胞の脂肪貯蔵能力と適切なレベルの脂肪酸不飽和度を維持するのに役立つと考えられます。

脂肪細胞はアンドロゲンからエストロゲンを合成することができ、^{[ 23 ]}これが低体重や過体重が不妊のリスク要因となる理由である可能性がある。^{[ 24 ]}さらに、脂肪細胞はホルモンであるレプチンを産生する役割も担っている。レプチンは食欲の調節に重要であり、満腹因子として作用する。^{[ 25 ]}