肥胖期间出现的一种转录独特的具有高终末轨迹特征的人类脂肪细胞（hEOS）通过驱动适应不良性炎症促进病理进程

《Pharmacological Research》：A transcriptionally distinct population of human adipocytes with end-of-trajectory signature (hEOS) emerges during obesity to drive maladaptive inflammation

　　

肥胖期间，脂肪细胞与免疫细胞之间的适应不良相互作用会驱动肥胖相关的炎症反应，然而针对这一机制的药理学干预措施仍然匮乏。在此，研究人员在肥胖白色脂肪组织（WAT）微环境中鉴定出一个疾病 emergent、空间组织且具有保守性的免疫代谢模块，反映了脂肪细胞与巨噬细胞之间的协调串扰。通过整合来自489名个体的247,406个细胞核的单细胞核RNA测序（snRNA-seq）、空间转录组学和批量RNA测序数据，研究人员鉴定出一种转录独特的具有高终末轨迹特征（end-of-trajectory signature, EOS）的人类脂肪细胞群体（hEOS）。该群体以脂肪因子分泌受损和胰岛素信号缺陷为特征，在肥胖期间重新出现并导致致病性WAT重塑。这些hEOS细胞优先与保守的巨噬细胞亚群（Mac3）在离散的生态位中共定位，形成一个共适应的空间单元，促进适应不良的炎症。从机制上讲，缺氧条件下hEOS中HIF1A的激活与细胞外基质蛋白LAMA4的表达增加有关，这有助于生态位重塑并与Mac3巨噬细胞空间相关。数据进一步表明，LAMA4通过ITGB1介导的通路发出信号以促进Mac3细胞中的NF-κB活化。该轴的总体活性与人类BMI、HbA1c和胰岛素抵抗相关。重要的是，药理学干预使用IKKε/TBK1抑制剂amlexanox在体内改善了代谢功能障碍，并伴有脂肪细胞Lama4表达的减少和促炎性巨噬细胞活化的抑制，这与hEOS–Mac3模块的减弱一致。总之，这些发现将hEOS脂肪细胞定义为一种疾病 emergent、药理学反应性的群体，其参与了适应不良的脂肪细胞–巨噬细胞串扰，并将LAMA4–整合素–NF-κB轴确定为一个潜在的治疗靶点。

该研究针对白色脂肪组织（WAT）微环境中脂肪细胞与免疫细胞适应不良相互作用导致肥胖相关炎症及代谢功能障碍，但缺乏针对性药物干预的现状展开。研究人员通过整合多组学技术，揭示了新型脂肪细胞亚群hEOS及其与巨噬细胞的互作机制，为代谢疾病治疗提供了新靶点，相关成果发表于《Pharmacological Research》。

关键技术方法包括：整合来自489名个体的247,406个细胞核的单细胞核RNA测序（snRNA-seq）、空间转录组学和批量RNA测序数据；利用RNA速率分析、伪时间分析（Monocle）构建脂肪细胞状态转变轨迹；通过CellChat分析细胞间配体-受体相互作用；采用AAV9-aP2-shLama4进行体内脂肪细胞靶向基因敲低；利用流式细胞术、多重免疫荧光染色验证细胞共定位及表型变化；通过药理学干预实验评估IKKε/TBK1抑制剂amlexanox的治疗效果。

研究结果如下：

1. 1.
   内脏脂肪组织中的终末轨迹脂肪细胞状态：研究人员通过整合多组学数据构建单细胞核图谱，鉴定出11种主要细胞类型。RNA速率分析和伪时间分析显示脂肪细胞存在从Ad1到Ad3的连续转录轨迹，其中Ad3为终末状态。通过筛选伪时间动态基因与Ad3差异基因，确立了以ATP2B4、LAMA4等为代表的终末轨迹特征（EOS），具有高EOS评分的脂肪细胞被定义为hEOS。scCODA分析表明，hEOS组伴随巨噬细胞相关免疫区室的协调变化。
2. 2.
   EOS脂肪细胞特征定义与肥胖进展相关的适应不良脂肪细胞状态：在多个独立队列（GSE176171、GSE230912等）中验证了EOS特征的重复性，hEOS脂肪细胞比例随BMI增加而显著升高，且在肥胖个体中富集。功能分析显示，hEOS脂肪细胞脂解、胰岛素信号通路活性降低，抗原呈递和不饱和脂肪酸代谢增强，且与脂肪细胞肥大相关。
3. 3.
   hEOS脂肪细胞状态与缺氧富集的微环境相关：微环境通路富集分析显示，hEOS与缺氧、HIF1A信号通路显著相关。转录因子活性分析提示HIF1A和PPARG可能参与调控。比较内脏脂肪组织（VAT）与皮下脂肪组织（SAT）发现，VAT具有更强的缺氧和炎症应激特征，且hEOS评分更高，与BMI的正相关关系更强。
4. 4.
   Mac3巨噬细胞与hEOS脂肪细胞在肥胖中形成协调的免疫代谢模块：通过无监督聚类鉴定出Mac3和Mac6两个巨噬细胞亚群，其中Mac3与hEOS脂肪细胞亲缘关系更近，且两者间的细胞通讯更频繁。在代谢健康瘦（MHL）、代谢健康肥胖（MHO）和代谢不健康肥胖（MUO）分组中，Mac3和hEOS比例随代谢紊乱加重而增加。空间转录组学证实两者在乳腺脂肪组织中空间共分布，Mac3标记基因（ITGAX、FGD4等）富集于缺氧响应和局灶性黏附通路。
5. 5.
   LAMA4通过ITGA9/ITGB1参与肥胖中空间组织的脂肪细胞-巨噬细胞串扰：CellChat分析显示hEOS与Mac3间细胞外基质（ECM）-受体相互作用通路显著富集，其中LAMA4-ITGA9/ITGB1配体-受体对被确定为核心互作轴。空间分析显示LAMA4+脂肪细胞与ITGA9+ITGB1+巨噬细胞在生态位中共定位。体外实验表明，缺氧通过HIF1A上调脂肪细胞中LAMA4表达，重组LAMA4可促进巨噬细胞中Itgb1表达及迁移能力。体内脂肪细胞靶向Lama4敲低可改善HFD诱导的代谢表型，并降低巨噬细胞中Itgb1、Tnfa等表达。
6. 6.
   LAMA4激活Mac3巨噬细胞中ITGB1–NF-κB促炎信号程序：根据邻近脂肪细胞LAMA4表达水平分层巨噬细胞发现，高LAMA4组中Mac3与Mac6转录谱差异显著。GSVA分析显示高LAMA4环境下Mac3的迁移、黏附及炎症通路活性增强。机制上，LAMA4通过ITGA9/ITGB1–FAK–PKCα–NF-κB信号轴促进巨噬细胞活化，表现为NF-κB靶基因（Nfkb1、Rela）及炎症因子（Tnfa、Il1b）表达上调，一氧化氮（NO）产生增加。
7. 7.
   Amlexanox治疗减弱与人类代谢疾病特征相关的hEOS–Mac3轴：人群数据分析显示，hEOS和Mac3比例与HOMA-IR、BMI正相关，且Mac3特征在2型糖尿病、心血管疾病等疾病中富集。Drug2cell预测显示amlexanox可靶向调节Mac3。体内实验表明，amlexanox治疗可降低HFD小鼠体重，改善糖耐量，并抑制脂肪组织中Lama4表达及ITGAX+CD86+巨噬细胞比例。

讨论部分指出，该研究鉴定出的hEOS–Mac3模块是一种保守的、空间组织的免疫代谢单元，其通过LAMA4–整合素–NF-κB轴驱动适应不良炎症，与进化失配理论中古老应激程序的病理性再激活相关。局限性在于未考虑性别因素，且部分公共数据集缺乏详细代谢指标。结论强调，该模块为肥胖相关代谢功能障碍提供了机制框架，靶向LAMA4–整合素–NF-κB轴有望成为恢复脂肪组织稳态的药物治疗策略。