Cell子刊 | 32色光谱流式方案揭示高脂饮食下脂肪来源线粒体转移网络

随着人们生活质量的不断提升，肥胖已成为一种普遍的代谢性疾病，影响着近50%国人的身体健康。近年来的研究表明，脂肪细胞线粒体的胞外转移在肥胖的发展中起到重要作用。健康状态下，脂肪组织中的巨噬细胞将从邻近的脂肪细胞中获取线粒体，从而调节系统代谢稳态，抑制肥胖；高脂饮食下，线粒体向巨噬细胞的转移受阻，导致脂肪组织代谢下降，使肥胖加速。（图1）

 

图1. 不用饮食结构下，脂肪细胞线粒体表现出差异化转移路径

 

为更深入地探索脂肪线粒体转移路径及其影响因素，华盛顿大学医学院Brestoff等人在利用脂肪细胞线粒体特异性荧光报告小鼠模型（MitoFAT）结合Cytek^® Aurora 全光谱流式细胞分析仪32色光谱流式表型分析方案展开研究，发现饮食中的长链脂肪酸（如猪油中的主要成分）能够直接抑制巨噬细胞捕获线粒体，并促使脂肪来源线粒体更多地向血液、其他器官（如心脏）转移，相关研究成果于2022年9月发表于Cell Metabolism。

 

线粒体转移网络表征方法

研究人员收集了小鼠附睾白色脂肪（eWAT），腹股沟白色脂肪（iWAT）及肩胛间棕色脂肪（BAT）用于光谱流式检测（图2.A），32色光谱流式数据经UMAP聚类分为21个细胞类群（图2.B，C），其中包含16个先天及适应性免疫细胞类群及5个CD45-非免疫细胞类群（如内皮细胞，簇1、2、18；脂肪祖细胞，簇4,、10等）。脂肪来源线粒体荧光报告信号（mtD2）在各细胞类群中的占比由时钟图（图2.D）中的灰色“指针”长度表示，用于定性展示线粒体向各类群细胞（由指针图中的“点”表示，其大小代表细胞丰度）的转移程度。

 

图2. 线粒体转移网络光谱流式表征方法

   

衰老和高脂饮食对线粒体转移网络的影响

借助上述检测方案，研究人员对比了年龄和高脂饮食诱导的肥胖下，三种脂肪组织中线粒体转移网络的差异，以揭示不同线粒体转移路径的影响因素。比较老年和青年小鼠发现，尽管在老年小鼠中存在脂肪团显著积累以及脂肪形态变化，但线粒体向巨噬细胞的转移并未受到抑制（图3.A）。高脂饮食，尤其是猪油喂养下，对脂肪细胞线粒体的转移产生组织差异性的影响。

 

数据显示（图4.B），猪油（富含长链脂肪酸，LCFA）喂养下，eWAT中的线粒体向巨噬细胞的转移受阻，而BAT中的线粒体向各细胞类群的转移增强。相比之下，氢化椰子油（中长链脂肪酸为主）喂养组并未发现显著的线粒体转移抑制。为此，研究人员推断饮食中脂肪酸链长为线粒体转移路径的调控因素，并发现该作用依赖于硫酸乙酰肝素而非脂肪酸转运蛋白CD36。

 

图3. 衰老与高脂饮食两种肥胖诱导因素下的线粒体转移网络

 

 

血液中脂肪来源线粒体流式分析

在确认LCFA作为线粒体转移路径的重要调控因素后，研究人员进一步利用Cytek® Aurora全光谱流式细胞分析仪开发了血液中游离线粒体检测方案，以探究LCFA调控向血液的转运。方案以FSC作为触发通道，检测无细胞血浆中0.4 μm以上的样本颗粒（排除EV干扰），并通过CD41、TER-119、CD45染色排除血小板、红细胞、免疫细胞碎片，最终根据mtD2信号定位脂肪来源线粒体（图4.A）。数据显示，猪油高脂喂养下，血液中脂肪来源线粒体丰度显著提升，心脏组织样本中可观察到脂肪来源线粒体的存在（图4.C）。

 

为细分线粒体例子何种脂肪组织，研究人员构建了棕色脂肪（BAT）线粒体荧光报告小鼠（MitoBAT）。通过与MitoFAT小鼠的对比，发现血浆中线粒体主要来自WAT（图4.A）。此外，该研究通过巨噬细胞清除实验进一步确认了巨噬细胞是调控脂肪细胞来源的线粒体进入血液的关键影响因素。

 

图4. LCFA高脂饮食下，可在血液、心脏中发现脂肪来源线粒体

 

 

结论

本研究充分利用Cytek^® Aurora全光谱流式细胞分析仪超多色分析与亚微米颗粒表征性能，建立了线粒体转移网络高维表征方案，深度解析了多种肥胖诱导条件下的线粒体转移途径，以及膳食脂肪对线粒体转运的影响因素。丰富的实验数据加深了人们对脂肪细胞与免疫细胞间通讯机制的理解，并为线粒体转移疗法的改进提供了理论基础。更多实验详情，欢迎阅读文献原文。

 

参考文献：

Borcherding N, Jia W, Giwa R, et al. Dietary lipids inhibit mitochondria transfer to macrophages to divert adipocyte-derived mitochondria into the blood[J]. Cell Metabolism, 2022.

 

 

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