乳腺中脂肪細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和更迭

馬 暢，楊文武，董 冰*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京 100193；2.宜興市天石飼料有限公司，江蘇宜興 214258）

乳腺是唯一在機體性成熟后開始發(fā)育的組織，隨著性成熟期、妊娠期、泌乳期和退化期的激素循環(huán)變化，乳腺組織內(nèi)的細(xì)胞也進行了一系列更迭[1-3]：①在性成熟期，源于胚胎的乳腺上皮祖細(xì)胞分化成肌上皮細(xì)胞和管腔細(xì)胞，再由這2 種細(xì)胞填充基質(zhì)，形成有分支和導(dǎo)管的樹狀結(jié)構(gòu)?；|(zhì)主要由成熟的脂肪細(xì)胞組成，這些脂肪細(xì)胞也是白色脂肪儲存庫的一部分。②在妊娠期，管腔上皮細(xì)胞最終分化為腺泡上皮細(xì)胞（Alveolar Epithelial Cells，AECs）或乳腺上皮細(xì)胞。③在泌乳期，乳腺上皮細(xì)胞分泌蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪。此時，基質(zhì)的脂肪組織通過去脂化過程給AECs 提供合成乳脂的前體物質(zhì)（脂肪酸和甘油）。④在斷奶后的退化期，乳腺上皮細(xì)胞漸漸退化，白色脂肪組織迅速膨脹，重新填充基質(zhì)，形成豐厚的脂肪組織。此時乳腺基因表達(dá)與孕期類似，為脂肪組織特異的表達(dá)模式。在不同發(fā)育階段的激素和功能因子的共同作用下，胚胎來源的祖細(xì)胞不斷分化，分化后的上皮細(xì)胞和脂肪細(xì)胞相互轉(zhuǎn)化，為乳腺重復(fù)發(fā)育提供可更迭的物質(zhì)基礎(chǔ)?？梢姡橄偌?xì)胞的轉(zhuǎn)化和更迭與母畜泌乳直接相關(guān)，研究其轉(zhuǎn)化與更迭對延續(xù)母畜的生產(chǎn)效率有重要意義。本文就乳腺中脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化方面的最新研究進展做一綜述，為深度揭示乳腺發(fā)育過程中細(xì)胞更迭的機制提供參考。

1 機體內(nèi)脂肪細(xì)胞的分類

體內(nèi)的脂肪細(xì)胞依據(jù)形態(tài)和功能被分為可儲存和分解脂肪的白色脂肪細(xì)胞，用于產(chǎn)熱的棕色脂肪細(xì)胞，有泌乳功能的粉色脂肪細(xì)胞（雌性動物乳腺中）。白色脂肪細(xì)胞組成的白色脂肪組織主要分布在皮下組織和內(nèi)臟周圍，主要功能是儲存過剩能量，以備需要時進行脂肪動員。棕色脂肪主要分布在人體肩胛骨間、頸背部、腑窩等部位，在新生哺乳動物中比例較高，隨著年齡增長，棕色脂肪量逐漸減少，細(xì)胞間含有豐富的毛細(xì)血管和交感纖維末梢，通過非耦聯(lián)氧化磷酸化分解脂肪酸產(chǎn)生大量熱量，是產(chǎn)熱系統(tǒng)。粉色脂肪是近年來在乳腺中定義的具有分泌乳汁功能的分泌細(xì)胞。雖然每種細(xì)胞都有各自獨立的功能，但這3 種脂肪細(xì)胞也共同表達(dá)脂肪細(xì)胞的標(biāo)志基因，在特定條件下3 種細(xì)胞還可以實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化。

2 乳腺脂肪細(xì)胞研究的歷史進程

20 世紀(jì)80 年代，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)了乳上皮細(xì)胞與基質(zhì)之間有信號傳導(dǎo)的相互作用。除了受激素調(diào)控，乳上皮的形態(tài)發(fā)生和功能分化還取決于局部組織微環(huán)境的相互作用，細(xì)胞外基質(zhì)與細(xì)胞因子共同調(diào)控乳腺的發(fā)育[4]。發(fā)育早期的微環(huán)境包括成纖維細(xì)胞狀間充質(zhì)（Mesenchyme）和脂肪基質(zhì)（Stroma），前者決定乳腺泡的形成，后者控制導(dǎo)管的生長。脂肪基質(zhì)在性成熟前為導(dǎo)管擴張?zhí)峁┲?，在妊娠期誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞特異分化，維持乳蛋白合成，這個過程由整合素依賴途徑誘導(dǎo)完成。

隨后，科學(xué)家們證實了乳腺中的脂肪組織對上皮發(fā)育非常重要，這部分脂肪組織被稱為脂肪墊（Fat Pad）[5]。乳腺脂肪墊是一個復(fù)雜的基質(zhì)微環(huán)境，包括多種細(xì)胞類型，如脂肪細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和免疫系統(tǒng)細(xì)胞等。雖然這些細(xì)胞都有可能影響乳腺發(fā)育，但Sakakura 等[6]確認(rèn)了真正發(fā)揮作用的是脂肪墊內(nèi)的脂肪細(xì)胞。有研究也證實了上皮細(xì)胞與脂肪細(xì)胞之間有密切的相互作用，如原代乳腺上皮細(xì)胞與前脂肪細(xì)胞系3T3-L1 共培養(yǎng)時生長更迅速，并能分泌酪蛋白[7]。一些成纖維生長因子（如FGF-1、FGF-2）[8]，角化細(xì)胞生長因子FGF-7[9]，轉(zhuǎn)化細(xì)胞成長因子TGF-β[10]都是由基質(zhì)分泌。微環(huán)境分泌的IGF-1 和IGF-2 也參與了上皮細(xì)胞和脂肪細(xì)胞之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[11]。

早期的科學(xué)家們研究過乳腺脂肪、腎周脂肪、子宮系膜脂肪和皮下脂肪等不同部位的脂肪對乳腺上皮發(fā)育的作用，結(jié)果表明乳腺脂肪的作用最為明顯[12]。研究者們?nèi)コ∈笕橄倮锏纳掀そM織，形成只有脂肪組織基質(zhì)的“去上皮的脂肪墊（Cleared Fat Pad）”，發(fā)現(xiàn)孕激素（雌激素和孕酮）可誘導(dǎo)乳腺脂肪墊的血管發(fā)生，但對去上皮的脂肪墊沒有作用[13]。其他上皮腺體發(fā)育都沒有依賴脂肪細(xì)胞的現(xiàn)象，為什么脂肪組織對乳腺發(fā)育如此重要？當(dāng)時認(rèn)為脂肪組織的脂肪酶是分泌乳脂的必需酶，所以脂肪組織必須與上皮組織共存才能維持泌乳功能[14]。這時脂肪組織仍然被認(rèn)為是脂肪的儲存場所，起減震、緩沖和保溫作用，并不具備生理機能。是否脂肪墊里有未定義的成分，直到2000 年前后也沒有得到解釋。

3 乳腺中脂肪細(xì)胞研究的新進展

3.1 不同類型脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn) 近幾年，對乳腺脂肪細(xì)胞的研究揭開了新篇章，各國學(xué)者陸續(xù)證明了脂肪細(xì)胞的可轉(zhuǎn)化性[15-16]。如將同樣的2 只小鼠分別在28℃和6℃飼養(yǎng)10 d，全身脂肪組織的類型發(fā)生明顯改變，即低溫飼養(yǎng)的小鼠為了適應(yīng)環(huán)境，大部分白色脂肪組織轉(zhuǎn)化為棕色脂肪[17]。

室溫狀態(tài)下，動物的皮下脂肪大部分由白色區(qū)域構(gòu)成，在頭部的肩胛骨之間、肩胛骨下、腋窩、鎖骨和頸動脈周圍、胸腔的心臟和主動脈周圍富含棕色區(qū)域[17]。白色區(qū)域由白色脂肪細(xì)胞構(gòu)成，而棕色區(qū)域里主要含有棕色脂肪細(xì)胞和豐富的神經(jīng)血管。皮下脂肪的顏色深淺是由2 種細(xì)胞的比例和血管含量決定的。棕色脂肪細(xì)胞小，胞質(zhì)里的細(xì)胞核呈圓形，有脂滴和形狀較大的橢圓形線粒體。而白色脂肪細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi)含有占90% 的大脂滴，細(xì)胞核被擠到一邊，只有薄薄一層胞質(zhì)。白色脂肪與棕色脂肪之間沒有分隔界限，二者無縫交接的部分有一些細(xì)胞處于白色脂肪和棕色脂肪之間的過渡形態(tài)，這些過渡細(xì)胞更容易轉(zhuǎn)化為棕色脂肪細(xì)胞。

在妊娠期和泌乳期的乳腺里，皮下脂肪的實質(zhì)細(xì)胞（Parenchyma）發(fā)育成了具有分泌功能的小葉-腺泡樣粒狀組織（乳腺組織）。這些腺泡結(jié)構(gòu)是由白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來，因此從外觀上看，是由腺泡細(xì)胞逐漸替代了脂肪組織[18]。因為腺泡細(xì)胞具有脂肪細(xì)胞的基本特點，胞質(zhì)里能貯存大量脂滴，而且是從皮下脂肪細(xì)胞分化而來，又因為它們在光鏡下呈粉色，所以這種構(gòu)成小葉-腺泡粒狀組織的乳腺細(xì)胞被定義為“粉色細(xì)胞”[19]。

3.2 白色-棕色-粉色脂肪細(xì)胞的相互轉(zhuǎn)化 乳腺里的脂肪細(xì)胞包括白色脂肪細(xì)胞、棕色脂肪細(xì)胞和粉色脂肪細(xì)胞。雖然每種細(xì)胞都有各自獨立的功能，但這3 種脂肪細(xì)胞也共同表達(dá)脂肪細(xì)胞的標(biāo)志基因，且可在乳腺里相互轉(zhuǎn)化。

3.2.1 白色-棕色脂肪細(xì)胞的互相轉(zhuǎn)化 大量研究結(jié)果表明，白色脂肪細(xì)胞在持續(xù)低溫條件下可轉(zhuǎn)化為棕色脂肪細(xì)胞。低溫可以誘導(dǎo)去甲腎上腺素能纖維分生，增加棕色脂肪細(xì)胞的交感神經(jīng)支配[20]。3- 腎上腺素受體在白轉(zhuǎn)棕的過程中起重要作用，因為敲除3-腎上腺素受體雖然能正常發(fā)育白轉(zhuǎn)棕的前體細(xì)胞，但無法完成白轉(zhuǎn)棕的過程[21]。將PPARγ 去乙?；蛘咦柚筆PARγ 在273 位磷酸化則可以實現(xiàn)脂肪細(xì)胞的白轉(zhuǎn)棕[22]。

不是所有的白色脂肪細(xì)胞在一定條件下都能轉(zhuǎn)變?yōu)樽厣?，如卵巢周圍的脂肪組織[23]。目前還不清楚哪些條件是白棕互轉(zhuǎn)的決定因素，可能與脂肪里的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞有關(guān)[24]。豬的基因組沒有完整的UCP-1 基因，它缺失了第3～5 個外顯子[25]，因此新生仔豬的體溫調(diào)節(jié)能力很低，無法通過自身產(chǎn)熱獲得熱量。我國科學(xué)家將鼠的UCP-1 基因成功敲入豬的基因組，構(gòu)建了可以表達(dá)完整UCP-1 基因的豬[26]，這種豬可以減少脂肪儲存，增加體溫調(diào)節(jié)能力。

一些條件下，如從低溫恢復(fù)常溫、年齡增長、肥胖等可以使棕色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化為白色脂肪細(xì)胞[20]。很多研究提出了米色脂肪（Beige）的概念，米色脂肪也是在低溫環(huán)境誘導(dǎo)下出現(xiàn)的有脂滴儲存的單泡脂肪細(xì)胞。一些學(xué)者認(rèn)為米色脂肪細(xì)胞是一種新型細(xì)胞，因為它們不是由Myf-5 前體細(xì)胞分化而來，而白色和棕色脂肪細(xì)胞都是從Myf-5 前體細(xì)胞分化而來[27]。也有人認(rèn)為米色脂肪細(xì)胞是處于不同分生階段的棕色脂肪細(xì)胞[21]。

3.2.2 白色- 粉色脂肪細(xì)胞的相互轉(zhuǎn)化 粉色脂肪細(xì)胞是在妊娠和泌乳期由白色脂肪細(xì)胞分化而來、具有分泌乳汁功能的細(xì)胞。之前的研究認(rèn)為，乳腺上皮細(xì)胞是由脂肪墊里的上皮祖細(xì)胞分化而來[28]，后來有研究證實，的確有一部分乳腺上皮細(xì)胞來源于祖細(xì)胞的分生，而有另一部分乳腺上皮細(xì)胞是白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化形成的粉色細(xì)胞[18]。這一理論認(rèn)為，乳腺上皮細(xì)胞的發(fā)育分為2個階段：第1 階段發(fā)生在妊娠前期，由祖細(xì)胞分生的上皮細(xì)胞形成沒有脂滴儲存的乳腺腺泡；第2 階段是妊娠后期，乳腺上皮細(xì)胞發(fā)育為荷脂的上皮細(xì)胞，同時皮下脂肪組織不斷變小。正是在發(fā)育的第2 階段，皮下脂肪細(xì)胞獲得了上皮細(xì)胞的特性，轉(zhuǎn)化為粉色脂肪細(xì)胞。這些細(xì)胞再與肌上皮細(xì)胞聚集，形成了具有分泌功能的腺泡。在體外，粉色脂肪細(xì)胞也可以轉(zhuǎn)化為白色脂肪細(xì)胞，PPARγ 在這個過程中起到了關(guān)鍵作用[29]。

3.2.3 其他類型細(xì)胞的互相轉(zhuǎn)化 有研究發(fā)現(xiàn)，泌乳期的棕色脂肪細(xì)胞和米色脂肪細(xì)胞具有肌上皮細(xì)胞的特性，大約有2.5%的肌上皮細(xì)胞來源于棕色脂肪細(xì)胞，并同時具有肌上皮和脂肪細(xì)胞的表達(dá)特性[30]。泌乳期結(jié)束后，乳腺進入退化期，退化期10 d 的鼠乳腺上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為了棕色脂肪細(xì)胞[31]，表達(dá)Mmtv+和Krt14+r的乳腺上皮細(xì)胞表達(dá)了棕色脂肪細(xì)胞的標(biāo)志物[30]。目前還沒有與粉-棕互轉(zhuǎn)的相關(guān)報道。

4 研究乳腺里脂肪相互轉(zhuǎn)化對畜牧業(yè)的意義

脂肪組織在結(jié)構(gòu)上相對獨立，不同部位的脂肪祖細(xì)胞可能來源不同[32-33]。脂肪組織或能促進鄰近組織發(fā)揮功能，但還沒有得到實驗證實。在畜牧業(yè)領(lǐng)域，因為可操作性不強、發(fā)育周期長、成本高、個體差異大等因素，目前對脂肪細(xì)胞的研究多集中在小鼠。羊的胚胎在孕晚期可表達(dá)棕色脂肪的特征基因（如UCP-1），隨著出生后年齡增長，這些基因的表達(dá)逐漸消失[34]，這恰與母鼠乳腺里棕色脂肪出現(xiàn)和消失的時間點相吻合。如果能證實二者存在相關(guān)性，對認(rèn)識家畜泌乳期的生理特點和實現(xiàn)繁殖季的精準(zhǔn)溫度調(diào)控就會有重要意義。新西蘭奶牛中UCP-1 的SNP 與泌乳量直接相關(guān)[35-36]，羊的UCP-1 表達(dá)量與皮下脂肪儲脂量直接相關(guān)[34]。這些實驗證據(jù)都指向了棕色脂肪細(xì)胞與有泌乳功能的粉色脂肪細(xì)胞之間的密切轉(zhuǎn)化關(guān)系。但母豬又與牛羊有所區(qū)別，豬的基因組不含有完整的UCP-1 基因，小豬從初生到成年都沒有棕色脂肪組織，母豬乳腺的細(xì)胞轉(zhuǎn)化和更迭也就具有特殊性。因此需要研究工作者不斷探索，從而深度揭示其細(xì)胞學(xué)變化的特點，從機制上挖掘提高母豬乳腺泌乳力的可能。

5 小 結(jié)

研究乳腺細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和更迭對母畜泌乳直接相關(guān)，對延續(xù)母畜的生產(chǎn)效率有重要意義。關(guān)于乳腺里白色、棕色和粉色脂肪之間互相轉(zhuǎn)化的機理研究目前還不明晰，還需要組織學(xué)家、細(xì)胞學(xué)家和生理學(xué)家的共同努力，深度揭示不同脂肪細(xì)胞在何種條件下、何種調(diào)控因子下、以何種模式進行相互轉(zhuǎn)化。隨著研究手段和方法的更新，對脂肪細(xì)胞的研究會更加深入。脂肪細(xì)胞將不再有單一的儲能功能，它們對實現(xiàn)特異性組織的功能有重要的作用。