
脂肪形成とは、幹細胞から脂肪細胞が形成されることである。[ 1 ]脂肪形成には、決定と最終分化の2つの段階がある。決定とは、間葉系幹細胞が脂肪細胞前駆細胞(脂肪芽細胞または前駆脂肪細胞とも呼ばれる)になることであり、この細胞は軟骨細胞、筋細胞、骨芽細胞などの他の種類の細胞に分化する能力を失う。[2]最終分化とは、前駆脂肪細胞が成熟した脂肪細胞に分化することである。脂肪細胞は、脂肪組織に存在する前駆脂肪細胞から発生することも、脂肪組織に移動する骨髄由来の前駆細胞から発生することもある。[3]

導入
脂肪細胞はエネルギー恒常性維持に重要な役割を果たし、動物の体内で最大のエネルギー貯蔵庫であるトリグリセロールを処理します。[4]脂肪細胞は動的な状態にあり、エネルギー摂取量が消費量を上回ると増殖し始め、エネルギー消費量が摂取量を上回ると動員されます。このプロセスは、これらの細胞が非常に敏感な対抗調節ホルモンによって高度に制御されています。ホルモンのインスリンは増殖を促進し、対抗ホルモンのエピネフリン、グルカゴン、およびACTH は動員を促進します。脂肪形成は、間葉系幹細胞が前駆脂肪細胞に変化し、前駆脂肪細胞が脂肪細胞に分化する、厳密に制御された細胞分化プロセスです。細胞分化は遺伝子発現パターンの変化であり、多能性遺伝子発現が細胞タイプ特異的遺伝子発現に変化します。したがって、転写因子は脂肪形成に不可欠です。転写因子、ペルオキシス増殖因子活性化受容体γ(PPARγ)およびCCAATエンハンサー結合タンパク質(C/EBP)は、脂肪形成の主な制御因子です。[5]他の系統の細胞と比較すると、脂肪細胞のin vitro分化は本物であり、in vivo分化の特徴のほとんどを再現します。分化した脂肪細胞の主な特徴は、成長停止、形態変化、脂肪生成遺伝子の高発現、アディポネクチン、レプチン、レジスチン(マウスではありますが、ヒトではそうではありません)、TNF-αなどのアディポカインの産生です。
差別化
分化に関するin vitro研究では、3T3-L1および3T3-F442A細胞株などの予め分化が決定された前駆脂肪細胞系統、または白色脂肪組織の間質血管分画から分離された前駆脂肪細胞が使用されている。in vitro分化は高度に秩序だったプロセスである。まず、増殖中の前駆脂肪細胞は、通常、接触阻害によって成長を停止する。成長停止の後に、前駆脂肪細胞の線維芽細胞の形状から円形への形態変化や、転写因子C/EBPβおよびC/EBPδの誘導などの初期イベントが続く。成長停止の第2段階は、成熟脂肪細胞の特徴を付与する遺伝子の発現を促進する2つの重要な転写因子PPARγおよびC/ EBPαの発現である。これらの遺伝子には、脂肪細胞タンパク質(aP2)、インスリン受容体、グリセロリン酸脱水素酵素、脂肪酸合成酵素、アセチルCoAカルボキシラーゼ、グルコーストランスポーター4型(Glut4)などが含まれます。[6] このプロセスを通じて、脂肪細胞に脂肪滴が蓄積します。しかし、前脂肪細胞株は脂肪細胞に分化することが困難です。前脂肪細胞はCD45 − CD31 − CD34 + CD29 + SCA1 + CD24 +表面マーカーを提示し、生体内で増殖して脂肪細胞に分化することができます。[7]
体外分化モデル
転写制御
PPARγ
PPARγは核受容体スーパーファミリーの一員であり、脂肪形成のマスター制御因子である。PPARγはレチノイドX受容体(RXR)とヘテロ二量体を形成し、次にDNAに結合して下流遺伝子のプロモーターを活性化する。PPARγは、aP2、アディポネクチン、ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ(PEPCK)などの脂肪細胞特異的遺伝子を誘導する。PPARgの活性化は、形態変化、脂質蓄積、インスリン感受性の獲得など、成熟脂肪細胞の特性のいくつかの側面に影響を及ぼします。[21] PPARγは脂肪細胞の分化を促進するために必要かつ十分です。PPARγは、胚性幹細胞(ES細胞)の脂肪細胞への分化に必要です。[22] PPARγ自体の発現は、 in vitroで線維芽細胞を脂肪細胞に変換するのに十分です。[23] C/EBPやクルッペル様因子(KLF)などの他の脂肪形成促進因子は、PPARγプロモーターを誘導することが示されています。さらに、PPARγは成熟脂肪細胞を特徴付ける遺伝子の発現を維持するためにも必要です。[24]チアゾリジンジオン(TZD)は、in vitroで分化カクテルとしてよく使用される抗糖尿病薬であり、 PPARγの活性を促進します。
C/EBP について
転写因子であるC/EBP は、ベーシックロイシンジッパークラスのメンバーです。脂肪形成の誘導因子である cAMP は、C/EBPβとC/EBPδの発現を促進することができます。[25]分化の初期段階では、C/EBPβとC/EBPδ mRNA とタンパク質レベルの一時的な増加が、脂肪形成転写因子であるPPARγとC/EBPα を活性化すると考えられています。PPARγとC/EBPα はフィードバックして、お互いの発現と下流遺伝子の発現を誘導することができます。[26] C/EBPα は脂肪細胞のインスリン感受性にも重要な役割を果たしています。[27]しかし、C/EBPγ はC /EBPβによる不活性化が原因である可能性のある分化を抑制します。
転写カスケード
PPARγとC/EBPαは脂肪形成のマスターレギュレーターですが、他の転写因子も分化の進行に作用します。脂肪細胞決定分化因子1(ADD1)とステロール調節エレメント結合タンパク質1(SREBP1)は、内因性PPARγリガンドの産生によってPPARγを活性化するか、 PPARγの発現を直接促進します。cAMP応答エレメント結合タンパク質は分化を促進しますが、PPARγとC/EBPαの活性化は負の調節にも応答します。T細胞因子/リンパ系エンハンサー結合因子(TCF/LEF)[28]、GATA2/3、[29] 、レチノイン酸受容体α、[30]、およびSMAD6/7 [31]は、 C/EBPβとC/EBPδの発現には影響を及ぼしませんが、 PPARγとC/EBPαの誘導を阻害します。
その他の規制
インスリン、IGF-1、cAMP、グルココルチコイド、トリヨードチロニンなどの内分泌系の産物は、前脂肪細胞における脂肪形成を効果的に誘導する。[32] [33] [34]
インスリンとIGF1
インスリンは、インスリン様成長因子 1 (IGF1)受容体シグナル伝達を介して脂肪形成を制御します。インスリン/IGF1 は、終末分化を制御する誘導転写因子を促進します。
Wntシグナル伝達
Wnt/β-カテニンシグナル伝達は、間葉系幹細胞の筋細胞と骨細胞への分化を促進し、脂肪細胞系譜への分化を阻害することで脂肪形成を抑制します。[35] Wnt/β-カテニンは、 PPARγとC/EBPαの誘導を阻害することで前脂肪細胞の分化を阻害します。
BMP
骨形成タンパク質(BMP)は、形質転換成長因子β(TGFβ)スーパーファミリーのメンバーです。BMP2は、多能性細胞の決定を刺激するか、異なる受容体ヘテロマーを介して骨形成を誘導することができます。[36] BMPは前脂肪細胞の分化も促進します。
老化細胞
皮下脂肪組織中の老化脂肪前駆細胞は脂肪形成の分化を抑制することが示されています。[37]肥満者の脂肪形成の低下は、幹細胞/前駆細胞の数の減少ではなく、脂肪組織中の老化細胞の増加によるものです。[38]
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