作為代謝領(lǐng)域的“神藥”，二甲雙胍或許算是最著名的“斜杠藥”了。不論是降糖還是減肥，甚至是抗衰老抗腫瘤延長(zhǎng)壽命，二甲雙胍都能發(fā)揮或大或小的作用。
近日，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了二甲雙胍的一項(xiàng)新工作：影響脂肪細(xì)胞的細(xì)胞周期。
理論上講，作為一種高度分化的細(xì)胞，人類(lèi)脂肪細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行有絲分裂，也就不應(yīng)該存在所謂的細(xì)胞周期。然而，脂肪細(xì)胞卻能實(shí)現(xiàn)近200倍的體積增長(zhǎng)，并加速炎癥細(xì)胞因子釋放。這其中的奧秘至今仍未研究清楚。
近年來(lái)，有研究表明人體內(nèi)多種細(xì)胞類(lèi)型都使用核內(nèi)復(fù)制來(lái)實(shí)現(xiàn)體積的大幅度增加[1]。核內(nèi)復(fù)制是一種特殊的細(xì)胞周期，進(jìn)入核內(nèi)復(fù)制的細(xì)胞持續(xù)多輪進(jìn)行DNA復(fù)制，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)但不發(fā)生胞質(zhì)分裂[2]。而脂肪細(xì)胞是否擁有類(lèi)似的機(jī)制仍不得而知。
為了確定脂肪細(xì)胞體積增大與細(xì)胞周期的關(guān)系，來(lái)自瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡學(xué)院細(xì)胞與分子生物學(xué)系的Kirsty L. Spalding教授團(tuán)隊(duì)采用接受腹部手術(shù)患者的新鮮分離脂肪組織進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)一系列分析驗(yàn)證，研究人員發(fā)現(xiàn)人類(lèi)脂肪細(xì)胞中存在細(xì)胞周期特異基因的表達(dá)，肥胖與高胰島素血癥能促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)展，同時(shí)伴隨細(xì)胞大小和DNA含量的增加。
慢性高胰島素血癥能導(dǎo)致脂肪細(xì)胞過(guò)早衰老并釋放大量炎癥細(xì)胞因子，二甲雙胍通過(guò)影響脂肪細(xì)胞細(xì)胞周期減緩脂肪細(xì)胞衰老過(guò)程。相關(guān)工作發(fā)表于《自然·醫(yī)學(xué)》中[3]。
論文封面截圖
在介紹文章之前，我們先來(lái)復(fù)習(xí)一下細(xì)胞周期。
細(xì)胞周期是指細(xì)胞從一次分裂完成開(kāi)始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過(guò)程，分為間期與分裂期兩個(gè)階段。其中，分裂間期又分為DNA合成前期（G1期），DNA合成期（S期）和DNA合成后期（G2期），分裂期則分為前中后末四期。
理論上說(shuō)，成熟的脂肪細(xì)胞中不應(yīng)存在細(xì)胞周期的激活。
細(xì)胞周期示意圖
研究人員選擇接受腹部手術(shù)患者的成熟腹部皮下脂肪組織進(jìn)行RNA-seq分析。受試者分為BMI<30kg/m2的不胖個(gè)體（lean，以下簡(jiǎn)稱不胖組），BMI≥30kg/m2但不伴高胰島素血癥的單純肥胖個(gè)體（OB/NI，以下簡(jiǎn)稱純胖組）和BMI≥30kg/m2且伴高胰島素血癥的個(gè)體（OB/HI，以下簡(jiǎn)稱高胰胖組）。
通過(guò)無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)分析，研究人員驚奇的發(fā)現(xiàn)，肥胖個(gè)體中差異基因居然主要富集在細(xì)胞周期進(jìn)入及進(jìn)展相關(guān)基因，后續(xù)qPCR檢測(cè)也驗(yàn)證了這一結(jié)果。
對(duì)特定細(xì)胞周期階段相關(guān)基因進(jìn)行分析后，研究人員發(fā)現(xiàn)不同組別的受試者基因表達(dá)存在很大的差異。不胖組主要表達(dá)G1期相關(guān)基因，純胖組整個(gè)細(xì)胞周期基因表達(dá)都較活躍，而高胰胖組的G1與S期相關(guān)基因表達(dá)較低，但G2期相關(guān)基因表達(dá)卻明顯增高。
同時(shí)，三組脂肪組織細(xì)胞分裂期相關(guān)基因均幾乎不表達(dá)，說(shuō)明脂肪組織雖然激活了細(xì)胞周期，但并不進(jìn)行分裂。
三組受試者成熟腹部皮下脂肪組織RNA-seq分析
既然三組受試者的細(xì)胞周期相關(guān)蛋白表達(dá)情況如此不同，是否意味著胰島素在脂肪細(xì)胞細(xì)胞周期的進(jìn)展中起了重要作用呢？
為了驗(yàn)證這一猜想，研究人員對(duì)受試者的臨床特征（包括年齡，BMI，C肽，脂肪量，HOMA-IR等）與細(xì)胞周期標(biāo)志物進(jìn)行了詳細(xì)分析。與預(yù)期結(jié)果相同，研究人員發(fā)現(xiàn)肥胖和胰島素相關(guān)參數(shù)（C肽及HOMA-IR）與細(xì)胞周期標(biāo)志物之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。
受試者臨床特征與細(xì)胞周期標(biāo)志物的相關(guān)性
為了進(jìn)一步驗(yàn)證胰島素的功能，研究人員提取新鮮分離的人脂肪細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)基中是否額外添加胰島素將細(xì)胞分為不添加胰島素組（Basal組）和添加胰島素組（INS組）。
經(jīng)過(guò)4天的培養(yǎng)后，研究人員發(fā)現(xiàn)，添加胰島素組（INS組）DNA合成明顯增加，細(xì)胞及細(xì)胞核核也明顯增大。對(duì)兩組細(xì)胞進(jìn)行流式細(xì)胞分選試驗(yàn)也得到了相同的結(jié)果。
研究人員又對(duì)脂肪細(xì)胞中胰島素受體信號(hào)下游通路相關(guān)蛋白表達(dá)情況進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)肥胖和高胰島素血癥均能激活胰島素受體信號(hào)通路，同時(shí)，高胰胖組細(xì)胞有更高的細(xì)胞周期相關(guān)蛋白表達(dá)。
胰島素能激活脂肪細(xì)胞周期，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和DNA合成
有研究表明，脂肪細(xì)胞體積增大后會(huì)提前進(jìn)入衰老，造成大量炎癥細(xì)胞因子的釋放[4]，但仍不清楚具體是什么原因?qū)е铝酥炯?xì)胞提前衰老。
為了研究這一現(xiàn)象，研究人員將三組受試者的脂肪細(xì)胞進(jìn)行衰老相關(guān)標(biāo)記染色（SABG），令人驚奇的是，不胖組與純胖組SABG表達(dá)沒(méi)有明顯差異，而高胰胖組的SABG表達(dá)明顯升高。這說(shuō)明是人類(lèi)脂肪細(xì)胞衰老可能是由于高胰島素血癥介導(dǎo)的，而不是因?yàn)榉逝帧?br>
為了進(jìn)一步研究胰島素對(duì)于脂肪細(xì)胞衰老的作用，研究人員再次將新鮮分離的脂肪細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，并以不同的處理方式處理細(xì)胞。
與預(yù)期結(jié)果相同，添加胰島素的脂肪細(xì)胞SABG表達(dá)明顯升高，而加入PI3K（胰島素受體信號(hào)通路中的關(guān)鍵蛋白）抑制劑LY294002則可以抑制胰島素的作用。
作為代謝領(lǐng)域的“神藥”，二甲雙胍在降糖和降脂方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。研究人員在接受胰島素刺激的脂肪細(xì)胞中添加二甲雙胍，發(fā)現(xiàn)二甲雙胍能夠逆轉(zhuǎn)胰島素帶來(lái)的細(xì)胞周期激活，并緩解脂肪細(xì)胞衰老。這為二甲雙胍改善代謝提供了又一項(xiàng)證據(jù)。
胰島素能促進(jìn)脂肪細(xì)胞衰老，二甲雙胍能抑制這一作用
隨著肥胖率在世界范圍內(nèi)持續(xù)上升，人類(lèi)代謝性疾病的發(fā)病率也隨之上升。為了更好的開(kāi)發(fā)治療策略，詳細(xì)研究疾病的發(fā)病機(jī)制是非常有必要的。
本文的研究者首次報(bào)道了人類(lèi)脂肪細(xì)胞的一個(gè)未被關(guān)注的特性，脂肪細(xì)胞周期的存在，并詳細(xì)介紹了高胰島素血癥如何激活脂肪細(xì)胞周期并導(dǎo)致細(xì)胞衰老和炎癥因子釋放。同時(shí)，提出了二甲雙胍改善代謝的新機(jī)制。這對(duì)今后肥胖相關(guān)疾病的治療有非常重要的參考價(jià)值。
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