关于“人体上下身脂肪组织氧分压差异与脂肪组织表型”研究的学术报告

本研究的主要作者包括 Max A. A. Vogel, Johan W. E. Jocken, Henrike Sell, Nicole Hoebers, Yvonne Essers, Kasper M. A. Rouschop, Merima Čajlaković, Ellen E. Blaak 和 Gijs H. Goossens。他们分别来自荷兰马斯特里赫特大学医学中心人类生物学系/营养与代谢转化研究院（NUTRIM）、德国杜塞尔多夫德国糖尿病中心的保罗·朗格汉斯整合生理学研究组、荷兰马斯特里赫特大学医学中心马斯特里赫特放射肿瘤学实验室以及奥地利魏茨 Joanneum 研究公司的材料研究所。该研究成果发表于内分泌学领域的权威期刊 *The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism*，于 2018 年 10 月正式发表（第 103 卷，第 10 期，3688-3697 页）。

本研究的学术背景聚焦于肥胖相关代谢性疾病的发生机制，特别是脂肪组织功能障碍在其中扮演的核心角色。既往研究表明，上身（尤其是腹部）肥胖与胰岛素抵抗、2型糖尿病和心血管疾病风险显著正相关，而下身（如大腿部）脂肪堆积则表现出一定的代谢保护作用。然而，导致这种脂肪储存部位（脂肪库）功能差异的潜在机制尚不完全清楚。近年来，脂肪组织微环境中的氧分压逐渐受到关注，被认为是调节脂肪细胞功能的关键因素。有研究提示，肥胖个体的脂肪组织氧分压升高，且与胰岛素抵抗相关。因此，一个引人深思的科学假设被提出：不同脂肪库之间是否存在固有的氧分压差异，而这种差异是否构成了其功能表型分化的基础？基于此，本研究设定了两大核心目标：第一，在超重/肥胖女性中，直接比较腹部与大腿皮下脂肪组织的在体氧分压；第二，在细胞水平上，探究生理范围氧分压的长期暴露对来源于不同脂肪库的人脂肪细胞功能的影响，旨在从氧气微环境的角度揭示上下身脂肪组织表型差异的机制。

本研究采用了严谨的临床与基础研究相结合的实验流程，工作流程环环相扣，逻辑清晰。研究共招募了8名BMI≥28 kg/m²的超重/肥胖、存在糖代谢受损的绝经后女性作为研究对象。所有参与者均经过严格筛选，排除了可能影响结果的干扰因素，如吸烟、糖尿病、相关药物使用等，并在研究前保持体重稳定。整个研究流程包含几个关键步骤： 首先，进行在体测量。研究人员在参与者空腹状态下，同步测量其腹部和大腿皮下脂肪组织的氧分压与血流量。氧分压测量使用了一套经过验证的双通道光化学测量系统。该系统的工作原理是：将微透析导管插入目标脂肪组织，通过灌流液提取组织间液，流经装有氧敏感膜的微型流动池，最后由光学测量单元检测并计算氧分压。通过计算稳定读数期的平均值，获得精确的在体氧分压数据。脂肪组织血流量则采用¹³³氙清除技术进行测量，通过计算示踪剂的洗脱率来定量血流量。这些在体数据为后续细胞实验提供了直接的生理参考值。 其次，采集组织样本并进行初步分析。在第二次访视时，研究人员从同一批参与者的腹部和大腿皮下脂肪组织分别采集了活检样本。一部分样本经固定、包埋后，用于组织学分析，通过苏木精-伊红染色和计算机形态计量学分析，测量了约400个脂肪细胞以评估其大小分布。另一部分样本用于分离培养人源性多能脂肪干细胞，为后续的体外细胞实验做准备。剩余组织则被速冻，用于提取RNA，通过实时定量PCR技术分析脂肪组织中与代谢、炎症相关的基因表达谱，以了解两个脂肪库的基础分子特征。 最后，也是机制探究的核心部分，即细胞水平的功能实验。研究人员将上述分离得到的HMADS细胞，在诱导其分化为成熟脂肪细胞的过程中，持续暴露于三种不同的氧浓度环境中长达14天：21% O₂（常氧，作为对照）、10% O₂（模拟肥胖个体腹部脂肪组织测得的高生理氧分压）以及5% O₂（模拟瘦个体或更低水平的生理氧分压）。气体混合物每8小时更新一次以确保氧浓度稳定。分化完成后，在常氧条件下进行了一系列功能测试：1）基因表达与脂肪因子分泌分析：收集细胞提取RNA，通过qPCR检测炎症因子等基因的表达变化；同时收集24小时培养基上清，使用高灵敏度ELISA试剂盒测定多种脂肪因子的分泌量。2）线粒体耗氧率分析：使用海马生物能量分析仪，通过顺序添加寡霉素、羰基氰-对-三氟甲氧基苯腙、鱼藤酮/抗霉素A等药物，测量了脂肪细胞的基础呼吸、ATP产生、最大呼吸能力等线粒体功能参数。3）葡萄糖摄取实验：在血清饥饿处理后，使用2-脱氧-D-葡萄糖测定脂肪细胞的基底葡萄糖摄取能力。部分耗氧率和葡萄糖摄取实验使用了来自三位供者的细胞混合池进行。所有数据均以均值±标准误表示，采用配对t检验比较不同脂肪库间的差异，采用Kruskal-Wallis检验及后续的Wilcoxon符号秩检验分析不同氧暴露水平的影响。

本研究取得了系统性的重要结果，为最初的假设提供了有力证据。 第一，关键的临床发现：在体测量结果显示，腹部皮下脂肪组织的氧分压显著高于大腿皮下脂肪组织（平均值分别为62.7±6.6 mmHg vs. 50.0±4.5 mmHg，P=0.013）。然而，两个部位脂肪组织的血流量并无统计学差异。这一发现首次直接证实了在超重/肥胖女性中，不同脂肪库存在氧分压的固有差异，且这种差异并非由血流供应不同所致，暗示了脂肪细胞自身的耗氧特性可能起主导作用。 第二，组织与基因表达特征：与大腿脂肪相比，腹部脂肪细胞的平均尺寸更小，其尺寸分布向更小的细胞偏移。基因表达分析显示，虽然两个脂肪库的炎症相关基因表达无显著差异，但腹部脂肪在成脂、线粒体生物发生和脂解相关基因的表达上显著更高，包括脂联素、PPARγ、PGC-1α、ATGL和HSL。这提示腹部脂肪在基础代谢状态上更为活跃。 第三，氧分压对脂肪细胞功能的调控作用：细胞实验结果表明，长期暴露于低生理氧分压显著降低了脂肪细胞中促炎基因的表达。在5% O₂条件下，无论细胞来源于腹部还是大腿，其IL-6、DPP-4、PAI-1等基因的表达均显著低于21%或10% O₂条件。此外，低氧还降低了腹部脂肪细胞的瘦素基因表达。这些效应在基因层面表现出较强的一致性。 第四，脂肪因子分泌的复杂响应：与基因表达变化不完全一致，脂肪因子的分泌对氧分压的响应更为复杂。5% O₂的暴露导致瘦素分泌减少，而IL-6分泌却增加，且这种效应在两个脂肪库中均存在。同时，低氧有增加大腿脂肪细胞脂联素分泌的趋势。这揭示了氧分压对脂肪细胞内分泌功能的调控是多层次且可能涉及转录后机制的。 第五，耗氧率差异的机制揭示：线粒体功能测定提供了关键机制证据。在所有氧暴露条件下，腹部来源脂肪细胞的最大耗氧率均显著低于大腿来源的脂肪细胞。特别是在生理氧条件（5%和10% O₂）下，腹部脂肪细胞的ATP转换率和非线粒体呼吸也较低。这直接说明，腹部脂肪细胞固有的线粒体呼吸能力较低，耗氧较少，这可能是导致其在体氧分压更高的细胞学基础。 第六，对葡萄糖代谢的影响：功能测试还发现，暴露于5% O₂低氧环境后，大腿脂肪细胞的基底葡萄糖摄取有增加趋势，并且在此条件下，其葡萄糖摄取能力显著高于腹部脂肪细胞。这表明低氧环境可能更有利于改善大腿脂肪细胞的葡萄糖代谢表型。 这些结果层层递进：在体氧分压差异的发现引出了对细胞耗氧能力的探究；耗氧率的差异解释了氧分压差异的可能原因；而不同氧分压环境对细胞炎症、分泌和代谢功能的调控效应，则阐明了氧微环境如何可能塑造乃至改善不同部位脂肪细胞的功能表型。

基于以上结果，本研究得出以下结论：在超重/肥胖的绝经后女性中，腹部皮下脂肪组织的在体氧分压高于大腿皮下脂肪组织，这部分归因于腹部脂肪细胞线粒体耗氧率较低。更重要的是，生理范围内的低氧环境能够下调脂肪细胞的促炎基因表达，并改善其代谢表型（如增加大腿脂肪细胞的葡萄糖摄取倾向），尽管对脂肪因子分泌的影响存在异质性。这些发现表明，脂肪组织的局部氧微环境是调节其功能的重要决定因素。脂肪细胞不仅被动地处于氧环境中，其自身的代谢活性（耗氧率）也反过来塑造了局部的氧环境，形成了一个动态的调控环路。上下身脂肪细胞在耗氧能力上的固有差异，可能共同决定了它们不同的氧微环境和功能表型，这为理解上身肥胖为何更具代谢风险提供了新的视角。

本研究具有多个突出亮点。研究发现的创新性：这是首次在人体内直接比较并证实腹部与大腿皮下脂肪组织存在显著氧分压差异的研究，填补了该领域的知识空白。研究设计的严谨性与系统性：采用了“在体测量-组织分析-体外机制验证”的完整研究链条，并且所有临床样本与体外细胞实验均来自同一批受试者，实现了精准的配对比较，极大地增强了结果的说服力。机制探讨的深度：不仅描述了现象（氧分压差异），还深入探究了其细胞机制（耗氧率差异）和功能后果（对炎症、代谢的调控），构建了从现象到机制的完整逻辑链。生理相关性的考量：体外细胞实验采用的氧浓度（5%和10% O₂）是基于前期在人体测得的数据设定，更贴近生理或病理生理状态，而非使用极端的缺氧条件（如1% O₂），使得研究结论更具生理和临床参考价值。

此外，本研究还有一些有价值的引申意义。它提示，脂肪组织氧分压可能成为一个改善脂肪组织功能障碍和代谢并发症的潜在治疗靶点。例如，通过干预手段适度降低肥胖个体（尤其是腹部）脂肪组织的氧分压，或许能够模拟低氧带来的有益效应，从而改善代谢健康。然而，作者也客观指出了研究的局限性，例如研究对象仅限于特定人群（绝经后肥胖女性），未来需在其他人群（如男性、不同种族）中验证；部分功能实验在测量时切换到了常氧条件，可能在一定程度上减弱了长期低氧暴露的效应。这些都为后续研究指明了方向。这项研究通过精妙的实验设计，揭示了氧微环境在脂肪组织功能异质性中的关键作用，为肥胖及相关代谢疾病的机制研究和潜在干预策略提供了重要的新思路。