《Communications Biology》：Single-cell atlas reveals cellular heterogeneity and BMP5-mediated regulation of adipogenic differentiation in sheep adipose tissue
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本研究通过构建绵羊主要脂肪库的单细胞图谱，揭示了不同部位脂肪组织的细胞异质性特征。研究人员聚焦于肥尾羊特有的尾脂组织，开展纵向发育分析，发现BMP信号通路是成脂分化的关键上游调控通路，其中BMP5作为关键配体。实验证实敲低BMP5可显著降低脂肪细胞甘油三酯积累。该研究为调控畜牧动物脂肪沉积提供了潜在分子靶点，并为大型哺乳动物脂肪组织生物学研究提供了宝贵资源。
脂肪组织作为一个异质性的多功能器官，其部位特异性的细胞和分子多样性决定了功能差异。然而，与人类和小鼠相比，绵羊这类生活在复杂环境中的动物具有更特殊的脂肪储存结构，如肥尾羊的尾脂。尽管绵羊是动物产品的重要来源和生物医学研究模型，但其脂肪组织研究仍停留在批量RNA测序水平，无法揭示细胞异质性。特别是尾脂这一在人类和传统实验动物中缺失的特殊脂肪库，具有不可替代的研究价值。
为了解决这一问题，兰州大学等单位的研究人员在《Communications Biology》上发表了最新研究。他们通过单细胞RNA测序技术，构建了绵羊四个解剖部位脂肪组织的细胞图谱，并系统分析了尾脂在四个发育阶段的纵向变化。
研究人员主要采用了单细胞核RNA测序（snRNA-seq）、批量RNA测序、免疫荧光染色、BMP5 siRNA干扰、定量实时逆转录PCR（qRT-PCR）和甘油三酯检测等关键技术方法。样本来源于湖羊的不同脂肪库（背皮下脂肪、尾脂、肾周脂肪和肠系膜脂肪）以及不同发育阶段的尾脂组织（0天、2个月、4个月和6个月）。
时空单细胞图谱揭示绵羊脂肪组织细胞组成
通过分析64,770个高质量细胞，研究团队鉴定出9种主要细胞类型：脂肪干细胞和祖细胞（ASPC）、脂肪细胞（ADC）、巨噬细胞（MC）、内皮细胞（EC）、平滑肌细胞（SMC）、T细胞（TC）、成纤维细胞（FC）、淋巴管内皮细胞（LEC）和增殖细胞（PC）。不同脂肪库的细胞比例存在显著差异，尾脂中含有更高比例的ASPC，表明其具有更强的成脂潜力；而内脏脂肪中T细胞比例较高，符合内脏脂肪的典型特征。
ASPC和ADC的细胞异质性分析
ASPC可进一步分为5个亚群（ASPC1-ASPC5）。其中ASPC2特异性地在尾脂中富集，并随发育时间比例增加，高表达PDGFRA，表明其为具有成脂分化潜能的纤维脂肪生成祖细胞。ADC可分为6个亚群（ADC1-ADC6），ADC2特异性地存在于皮下脂肪，高表达FASN、SCD等脂质合成相关基因，负责脂质沉积；而ADC3主要存在于内脏脂肪，与炎症调节相关。
细胞通讯网络的特征
细胞通讯分析发现，不同脂肪库共享30条通讯通路，如ADIPONECTIN和IGF等。内脏脂肪有4条独特通路，皮下脂肪有3条独特通路（包括BMP通路），尾脂有1条独特通路（VISFATIN）。ASPC4被鉴定为所有脂肪库中的主要信号发射细胞。
脂肪发育过程中细胞通讯的变化
在尾脂发育过程中，细胞间相互作用数量逐渐减少，表明发育早期细胞通讯更为频繁。BMP通路在0天龄阶段通讯强度最高，随后逐渐降低。ASPC4和ADC6是成脂分化相关配体的主要来源。
ASPC发育轨迹的时序分析
伪时序分析显示ASPC分化存在两条命运轨迹：成脂分支和结构分支。Cluster 2基因（包括BMP5）在轨迹早期表达，可能调控脂肪细胞分化过程。
0天龄皮下脂肪与内脏脂肪的差异表达
批量转录组分析发现尾脂中289个差异表达基因，其中246个在尾脂中上调。这些基因主要富集于细胞周期和 mitosis 相关功能，与snRNA-seq结果一致，确认了BMP信号通路在皮下脂肪早期分化中的关键作用。
BMP5在成脂分化中的调控作用
功能验证实验表明，BMP5特异性表达于尾脂而非肌肉组织。敲低BMP5可显著降低脂肪细胞内甘油三酯含量，并下调下游受体基因和脂肪细胞标志基因的表达。
该研究首次建立了绵羊脂肪组织的时空单细胞图谱，揭示了不同脂肪库的细胞异质性和功能特异性。研究发现BMP信号通路（特别是BMP5作为上游配体）是调控皮下脂肪成脂分化的关键通路。这一发现不仅为理解绵羊脂肪沉积的分子机制提供了新视角，也为通过基因组选择或基因编辑培育低脂绵羊品种提供了潜在靶点。研究建立的数据库资源将有助于未来筛选更多的脂肪调控通路，对发展可持续、低成本、高效率的畜牧业具有重要意义。
