本研究由Hahn Nahmgoong、Yong Geun Jeon和Eun Seo Park等人完成，主要研究机构包括首尔国立大学生物科学学院分子生物学与遗传学研究所、大邱庆北科学技术院（DGIST）新生物学系以及首尔国立大学医学院内科学系。通讯作者为Jong Kyoung Kim和Jae Bum Kim。该研究于2022年3月1日发表在Cell Metabolism期刊上。

在哺乳动物中，白色脂肪组织主要分为内脏附睾脂肪组织（epididymal adipose tissue, EAT）和皮下腹股沟脂肪组织（inguinal adipose tissue, IAT），二者在发育起源、解剖位置、代谢刺激响应等方面存在显著差异。EAT在肥胖早期迅速扩张，容易出现纤维化和慢性低度炎症，而IAT的扩张主要依赖脂肪细胞肥大，且在寒冷刺激下能够产生米色脂肪细胞。尽管已有研究表明脂肪干细胞（adipose stem cells, ASCs）的亚群差异可能介导这些脂肪库特异性特征，但此前尚未对EAT和IAT中的ASC异质性进行系统的并排比较，也未在单细胞水平上考察肥胖刺激下两个脂肪库ASC的选择性响应。该研究旨在利用单细胞RNA测序技术（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq），系统比较正常和肥胖小鼠EAT与IAT中ASC亚群的分子特征、分化轨迹及其在脂肪库特异性重塑中的作用。

研究首先对正常饮食（normal chow diet, NCD）喂养的雄性成年小鼠的EAT和IAT中Lin⁻（CD31⁻/CD45⁻）基质血管组分（stromal vascular fractions, SVFs）进行scRNA-seq分析。去除间皮细胞后，共获得11,225个质量合格的细胞。无监督聚类分析显示，EAT来源的ASCs分为4个簇（EN1–EN4），IAT来源的ASCs分为7个簇（IN1–IN7）。通过Palantir伪时间分析，研究者将EAT的ASC簇划分为三个分化阶段：阶段1（ES1，簇EN1）为多能干细胞，表达BMP家族基因；阶段2（ES2，簇EN2–EN3）为早期定向前脂肪细胞，高表达CEBPD等早期脂肪生成标志物；阶段3（ES3，簇EN4）为晚期定向前脂肪细胞，表达FABP4等晚期标志物。IAT的ASC簇同样分为IS1（IN1–IN4）、IS2（IN5）和IS3（IN6–IN7）三个阶段。通过表面标志物DPP4和ICAM1的流式细胞分选（FACS）验证了这三个阶段的存在：DPP4⁺细胞富集S1标志物，DPP4⁺/ICAM1⁺细胞富集S2标志物，ICAM1⁺细胞富集S3标志物。实验表明，ES2和ES3细胞在成脂诱导条件下脂滴形成和成脂标志基因表达显著高于ES1细胞，而ES1细胞具有更高的增殖活性和成骨分化潜能。此外，EAT中定向前脂肪细胞（ES2+ES3）的比例显著高于IAT，并且新生脂肪生成（de novo adipogenesis）在EAT中更为活跃。在幼鼠和成年雌性小鼠中，S2和S3 ASC比例也较高，与这些模型中新脂肪生成增强的现象一致。人类内脏脂肪组织中也鉴定出类似的分化阶段，表明该ASC层级在物种间具有保守性。

为了探究ASC固有特征与组织微环境对脂肪生成潜能的相对贡献，研究者进行了ASC移植实验。将从GFP转基因小鼠中分选的GFP⁺/DPP4⁺ ES1和IS1 ASC分别移植到野生型小鼠的EAT和IAT中。结果显示，移植到同源脂肪库后，65%的供体ES1细胞进入ES2/ES3群体，而仅14.3%的供体IS1细胞进入IS2/IS3群体。在交叉移植实验中，将ES1细胞移植到IAT后，52.2%的供体细胞仍进入ES2/ES3群体；将IS1细胞移植到EAT后，仅24.3%进入IS2/IS3群体。这表明ASC的固有特征而非组织微环境主要决定其向脂肪前体细胞定向的能力。基因本体分析显示，ES1富集基因与脂肪细胞分化相关（如TLE3、EGR2），而IS1富集基因与冷诱导产热和经典Wnt信号通路相关。Wnt2是IS1中表达最高的Wnt家族基因。在IS1 ASC中敲低Wnt2后，成脂分化显著增强；而在ES1中敲低Wnt2对成脂潜能无显著影响，说明Wnt2以脂肪库特异性方式抑制IAT中的脂肪生成定向。

在肥胖刺激下，EAT和IAT的ASC响应也存在差异。研究者合并分析了NCD、2周高脂饮食（HFD）和10周HFD小鼠的scRNA-seq数据。HFD喂养后，EAT中出现了新的ASC簇（ENH4–ENH11），IAT中出现新簇（INH4–INH13）。在EAT中，3天或7天HFD即可显著增加ES1 ASC总数，且Ki67染色证实其增殖增强。通过条件培养基实验发现，来自3天HFD EAT脂肪细胞的条件培养基可促进ES1增殖，且该活性对热处理敏感。配体-受体分析提示FGF和TGFβ信号可能介导这一过程。在ES1 ASC中敲低FGFR1或TGFBR2可阻断HFD脂肪细胞条件培养基诱导的增殖。相反，IAT ASC在HFD早期未出现显著增殖或阶段比例变化。这些结果表明，EAT脂肪细胞在肥胖早期分泌的FGF和TGFβ等因子可选择性促进ES1 ASC增殖，进而驱动EAT特异性的新生脂肪生成。

在长期肥胖状态下，EAT发生纤维化和炎症，而IAT纤维化和炎症反应较轻。伪时间分析揭示EAT ASC在肥胖中出现两种命运分支：命运1终末簇ENH10在10周HFD后出现，高表达COL1A1、CCN2、CCL2等细胞外基质和炎症相关基因，且TGFβ信号通路增强。该簇高表达表面标志物SDC1。流式分析证实SDC1⁺ ASC在HFD喂养后EAT中显著增多，且SDC1⁺ ASC为CD9⁺ ASC的亚群，后者已知是促纤维化细胞。命运2终末簇ENH3和ENH11则富集成脂分化相关基因。相比之下，IAT ASC在肥胖中未出现命运分支。在炎症方面，IAT ASC选择性高表达CXCL14，该因子可通过抑制CXCL12-CXCR4轴抑制单核细胞迁移。体外单核细胞迁移实验显示，CXCL14肽可抑制来自HFD EAT条件培养基诱导的单核细胞迁移。在IAT ASC中敲低CXCL14则增强单核细胞迁移。通过体内siRNA注射在IAT中敲低Cxcl14后，HFD小鼠IAT中单核细胞浸润显著增加。这些结果表明，EAT特异性SDC1⁺ ASC促进纤维炎症重塑，而IAT特异性CXCL14⁺ ASC通过分泌CXCL14抑制炎症反应。

米色脂肪细胞主要在IAT中产生，EAT几乎不产生。通过投影分析，研究者发现EAT簇EN1可投影到IAT簇IN1–IN3，EN2–EN3投影到IN5，EN4投影到IN6–IN7，但没有EAT簇投影到IN4簇。IN4簇高表达TMEM26和IL33等米色脂肪前体标志物，并具有与其他IAT ASC不同的分化轨迹。IN4簇高表达表面标志物BST2。流式分析显示BST2⁺ ASC几乎仅存在于IAT。与BST2⁻ ASC相比，体外分化的BST2⁺ ASC脂肪细胞UCP1和DIO2表达显著升高，而一般成脂标志物和脂滴积累无显著差异。冷暴露后IAT中BST2⁺ ASC比例升高，HFD喂养后比例降低。此外，IN4簇还高表达CXCL13和PDPN，这些基因与淋巴结纤维母细胞网状细胞的发育相关。将IAT按与淋巴结的距离分为近淋巴结IAT（PL-IAT）和远淋巴结IAT（DL-IAT），发现BST2⁺ ASC在PL-IAT中显著富集。淋巴结切除术后，IAT中BST2⁺ ASC比例降低，UCP1表达及冷暴露或β3肾上腺素受体激动剂CL316,243诱导的米色脂肪形成均受损。这些结果表明，IAT特异性BST2⁺ ASC是米色脂肪前体细胞，淋巴结微环境对维持其数量和产热功能具有重要作用。

该研究通过scRNA-seq系统绘制了EAT和IAT中ASC亚群的分子图谱，揭示了脂肪库特异性ASC亚群在脂肪生成、纤维化、炎症和米色脂肪形成中的关键作用。研究发现，ASC固有特征决定其成脂潜能，EAT脂肪细胞分泌的FGF和TGFβ驱动ES1增殖，SDC1⁺ ASC介导EAT纤维化，CXCL14⁺ ASC抑制IAT炎症，BST2⁺ ASC作为IAT米色脂肪前体受淋巴结调控。这些结果从ASC异质性角度深入阐明了白色脂肪库功能差异的细胞学基础，为理解肥胖相关代谢紊乱的脂肪分布依赖性提供了新的理论框架，也为靶向特定ASC亚群干预代谢疾病提供了潜在策略。该研究的亮点包括：首次并排比较了EAT和IAT的ASC单细胞图谱，鉴定了多个脂肪库特异性ASC亚群及其表面标志物，通过移植实验区分了固有特征与微环境的作用，并发现淋巴结调控米色脂肪前体细胞的全新机制。