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脂肪也能减肥？单细胞测序告诉你原因 | 10x文章解析
发布日期：2018-08-14浏览：
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Burl等人采用10x单细胞RNA测序（scRNA-seq）综合鉴定了脂肪基质细胞和免疫细胞的亚群。 研究人员通过一系列结果证明10x单细胞测序技术作为一种强有力的研究工具，不仅可用于脂肪形成的机制解析，而且能发现基质细胞亚群之间新的功能互作。
<1> 10x单细胞测序技术检测了超过33000个基质细胞，这些细胞分别来源于正常条件下和ADRB3激活情况下的附睾WAT（eWAT）和腹股沟WAT（iWAT）组织。
<2> 单细胞测序在eWAT和iWAT中均鉴定出了不同的ASC细胞亚群，这些亚群在脂肪生成过程中的作用存在差异。ADRB3激活使eWAT中增殖的ASC细胞的增加。
<3> 单细胞测序鉴定出eWAT细胞中不同的免疫细胞类型，包括占据脂肪形成位置的增殖巨噬细胞。
题目
Deconstructing Adipogenesis Induced by β3-Adrenergic Receptor Activation with Single-Cell Expression Profiling
Published: Cell Metabolism (IF: 20.565)
VOLUME 28, ISSUE 2, P300-309.E4, AUGUST 07, 2018
研究背景
哺乳动物体内的脂肪主要分为白色脂肪和棕色脂肪两种。白色脂肪的主要作用是将体内多余能量以脂肪的形式储存起来，而棕色脂肪则能将脂肪转化为热量。白色脂肪是导致肥胖的“坏脂肪”，而棕色脂肪是能够减肥的“好脂肪”。随着年龄的增长，人体内棕色脂肪细胞会逐渐减少。研究表明，β3-Adrenergic Receptor（ADRB3）的持续激活可以诱导各种白色脂肪组织中棕色脂肪细胞（BAs）的产生。我们先前的研究发现，附睾的白色脂肪组织（eWAT）的重构包含巨噬细胞对白色脂肪细胞的清除和脂肪祖细胞的分化。此外，我们通过FACS、免疫组化等实验证明表达PDGFRA分子标记的脂肪干细胞（ASCs）会迁移到白色脂肪细胞被清除的位置进行增殖，并快速分化为棕色脂肪细胞。
通过CL激活ADRB3为上述棕色脂肪形成的研究提供了一个有力的模型，该过程进展快速（3-4天），且包含了不同类型细胞的相互作用（巨噬细胞和脂肪干细胞等）。然而，传统的流式细胞术和FACS等实验技术应用有限，无法评估脂肪基质细胞的异质性，描绘细胞分化轨迹。10x单细胞测序技术可以同时检测数千个单细胞的转录水平，提供比整体转录组分析更为准确和综合的转录信息。与细胞分选和组化分析等技术结合后，单细胞测序不仅能鉴定出不同的细胞亚群和状态，而且可以推测细胞分化的轨迹。
研究思路
研究结果
1. 单细胞测序揭示了基质细胞的异质性，并描绘了细胞分化轨迹
首先，研究人员分离了空白对照和CL处理小鼠附睾白色脂肪组织（eWAT）的基质细胞。随后通过磁珠对这些基质细胞进行了分选，将细胞分成了Lin+细胞（主要为免疫细胞）和Lin-细胞（其他基质细胞）。最后，对这四组细胞分别进行10x单细胞测序。
应用10x Genomics软件包对单细胞测序数据进行分析。首先对CL处理组和对照组的Lin-细胞进行t-SNE混合降维分析。通过K-means聚类分析共得到了八个大类（图1A）。随后根据不同聚类细胞间的差异表达基因分析，将八大类细胞定义为四类脂肪干细胞（ASC1，ASC2, Diff. ASC和Pro. ASC），成纤维细胞（FBs），血管内皮细胞（VECs）及少量的自然杀伤T细胞（NKTs）和巨噬细胞（MACs）。
图1 小鼠eWAT中ASC细胞的异质性
根据处理条件不同，将混合聚类的两个样本再分开展示（图1B）。结果发现，CL处理改变了主要ASC亚型（ASC1，ASC2）的表达谱，并诱导产生了两个新的亚型（Diff. ASC和Pro. ASC）。Pro. ASC细胞显著上调了细胞周期基因的表达，表明这些细胞有活跃的增殖能力。而Diff. ASC细胞中主要表达了早期脂肪形成相关基因。脂肪形成的主要调控基因Cebpa和Pparg在CL诱导产生的两个细胞亚型中显著上调（图2A）。随后，我们对Diff. ASC和Pro. ASC中参与脂肪形成的基因的表达进行分析，并绘制分化轨迹。如图2B所示，这些细胞分为了三个分化阶段，最左边的细胞主要表达Pdgfra和Cdca8，中间的细胞Cebpa和Plin1高表达，而右边的细胞表达Cebpa，Plin1和Adig。为了进一步研究脂肪形成过程，研究人员用Seurat对增殖和分化的细胞（Diff. ASC和Pro. ASC）重新进行了聚类分析。结果分析主要得到了3大类细胞，分别对应了干细胞的增殖，早期脂肪分化和晚期分化阶段（图2C）。
图2 CL处理诱导脂肪分化轨迹
2. 单细胞测序证明巨噬细胞的动态变化
ADRB3诱导的脂肪形成需要通过巨噬细胞清除死亡的白色脂肪细胞。为了研究免疫细胞在该过程的作用，对空白对照和CL处理小鼠eWAT的Lin+细胞也进行了单细胞测序分析。通过t-SNE降维分析（图3A），得到了巨噬细胞/树突细胞（MAC1/DEND和MAC2），NKTs，VECs，VSMCs，少量的网状细胞（RET）及与NKTs、巨噬细胞/树突细胞密切相关的增殖细胞（Prolif）。CL刺激显著增加了巨噬细胞的数量，显著减少了NKTs细胞的数量（图3B）。
图3 Lin+脂肪基质细胞的单细胞分析
3. ADRB3激活诱导产生了少量的增殖细胞
ADRB3激活也诱导皮下iWAT中棕色脂肪细胞的出现。在之前的研究发现部分棕色脂肪细胞来自于细胞增殖或脂肪干细胞。单细胞测序分析了iWAT的Lin-细胞，聚类也得到了两大类ASCs细胞。这两类ASCs细胞中脂肪形成标记基因caveolin-1和G0s2基因表达存在差异（图4B），ASC1细胞更接近分化的细胞。K-means聚类发现CL处理显著增加了增殖细胞（Prolif）的数量（图5A）。这一小群增殖细胞的表达谱研究发现，CL处理上调了增殖标记基因Birc5和早期脂肪形成基因Car3的表达（图4C）。这些细胞同样上调了增殖相关基因和分化相关基因的表达（图4D）。上述结果证明单细胞测序可以鉴定出在传统转录组测序和免疫组化研究中检测不到的少量的增殖/分化细胞。
图4 iWAT中ASC细胞的单细胞测序分析
参考文献：
Burl RB, Ramseyer VD, Rondini EA, Pique-Regi R, Lee YH, Granneman JG. Deconstructing Adipogenesis Induced by β3-Adrenergic Receptor Activation with Single-Cell Expression Profiling. Cell Metab. 2018;28(2):300-309.e4
Burl RB, Ramseyer VD, Rondini EA, Pique-Regi R, Lee YH, Granneman JG. Deconstructing Adipogenesis Induced by β3-Adrenergic Receptor Activation with Single-Cell Expression Profiling. Cell Metab. 2018;28(2):300-309.e4脂肪也能减肥？单细胞测序告诉你原因 | 10x##新文章解析
Burl等人采用10x单细胞RNA测序（scRNA-seq）综合鉴定了脂肪基质细胞和免疫细胞的亚群。 研究人员通过一系列结果证明10x单细胞测序技术作为一种强有力的研究工具，不仅可用于脂肪形成的机制解析，而且能发现基质细胞亚群之间新的功能互作。
10x单细胞测序技术检测了超过33000个基质细胞，这些细胞分别来源于正常条件下和ADRB3激活情况下的附睾WAT（eWAT）和腹股沟WAT（iWAT）组织。
单细胞测序在eWAT和iWAT中均鉴定出了不同的ASC细胞亚群，这些亚群在脂肪生成过程中的作用存在差异。ADRB3激活使eWAT中增殖的ASC细胞的增加。
单细胞测序鉴定出eWAT细胞中不同的免疫细胞类型，包括占据脂肪形成位置的增殖巨噬细胞。
题 目
Deconstructing Adipogenesis Induced by β3-Adrenergic Receptor Activation with Single-Cell Expression Profiling
Published: Cell Metabolism (IF: 20.565)
VOLUME 28, ISSUE 2, P300-309.E4, AUGUST 07, 2018
研究背景
哺乳动物体内的脂肪主要分为白色脂肪和棕色脂肪两种。白色脂肪的主要作用是将体内多余能量以脂肪的形式储存起来，而棕色脂肪则能将脂肪转化为热量。白色脂肪是导致肥胖的“坏脂肪”，而棕色脂肪是能够减肥的“好脂肪”。随着年龄的增长，人体内棕色脂肪细胞会逐渐减少。研究表明，β3-Adrenergic Receptor（ADRB3）的持续激活可以诱导各种白色脂肪组织中棕色脂肪细胞（BAs）的产生。我们先前的研究发现，附睾的白色脂肪组织（eWAT）的重构包含巨噬细胞对白色脂肪细胞的清除和脂肪祖细胞的分化。此外，我们通过FACS、免疫组化等实验证明表达PDGFRA分子标记的脂肪干细胞（ASCs）会迁移到白色脂肪细胞被清除的位置进行增殖，并快速分化为棕色脂肪细胞。
通过CL激活ADRB3为上述棕色脂肪形成的研究提供了一个有力的模型，该过程进展快速（3-4天），且包含了不同类型细胞的相互作用（巨噬细胞和脂肪干细胞等）。然而，传统的流式细胞术和FACS等实验技术应用有限，无法评估脂肪基质细胞的异质性，描绘细胞分化轨迹。10x单细胞测序技术可以同时检测数千个单细胞的转录水平，提供比整体转录组分析更为准确和综合的转录信息。与细胞分选和组化分析等技术结合后，单细胞测序不仅能鉴定出不同的细胞亚群和状态，而且可以推测细胞分化的轨迹。
研究思路
研究结果
1. 单细胞测序揭示了基质细胞的异质性，并描绘了细胞分化轨迹
首先，研究人员分离了空白对照和CL处理小鼠附睾白色脂肪组织（eWAT）的基质细胞。随后通过磁珠对这些基质细胞进行了分选，将细胞分成了Lin+细胞（主要为免疫细胞）和Lin-细胞（其他基质细胞）。##后，对这四组细胞分别进行10x单细胞测序。
应用10x Genomics软件包对单细胞测序数据进行分析。首先对CL处理组和对照组的Lin-细胞进行t-SNE混合降维分析。通过K-means聚类分析共得到了八个大类（图1A）。随后根据不同聚类细胞间的差异表达基因分析，将八大类细胞定义为四类脂肪干细胞（ASC1，ASC2, Diff. ASC和Pro. ASC），成纤维细胞（FBs），血管内皮细胞（VECs）及少量的自然杀伤T细胞（NKTs）和巨噬细胞（MACs）。
图1 小鼠eWAT中ASC细胞的异质性
根据处理条件不同，将混合聚类的两个样本再分开展示（图1B）。结果发现，CL处理改变了主要ASC亚型（ASC1，ASC2）的表达谱，并诱导产生了两个新的亚型（Diff. ASC和Pro. ASC）。Pro. ASC细胞显著上调了细胞周期基因的表达，表明这些细胞有活跃的增殖能力。而Diff. ASC细胞中主要表达了早期脂肪形成相关基因。脂肪形成的主要调控基因Cebpa和Pparg在CL诱导产生的两个细胞亚型中显著上调（图2A）。随后，我们对Diff. ASC和Pro. ASC中参与脂肪形成的基因的表达进行分析，并绘制分化轨迹。如图2B所示，这些细胞分为了三个分化阶段，##左边的细胞主要表达Pdgfra和Cdca8，中间的细胞Cebpa和Plin1高表达，而右边的细胞表达Cebpa，Plin1和Adig。为了进一步研究脂肪形成过程，研究人员用Seurat对增殖和分化的细胞（Diff. ASC和Pro. ASC）重新进行了聚类分析。结果分析主要得到了3大类细胞，分别对应了干细胞的增殖，早期脂肪分化和晚期分化阶段（图2C）。
图2 CL处理诱导脂肪分化轨迹
2. 单细胞测序证明巨噬细胞的动态变化
ADRB3诱导的脂肪形成需要通过巨噬细胞清除死亡的白色脂肪细胞。为了研究免疫细胞在该过程的作用，对空白对照和CL处理小鼠eWAT的Lin+细胞也进行了单细胞测序分析。通过t-SNE降维分析（图3A），得到了巨噬细胞/树突细胞（MAC1/DEND和MAC2），NKTs，VECs，VSMCs，少量的网状细胞（RET）及与NKTs、巨噬细胞/树突细胞密切相关的增殖细胞（Prolif）。CL刺激显著增加了巨噬细胞的数量，显著减少了NKTs细胞的数量（图3B）。
图3 Lin+脂肪基质细胞的单细胞分析
3. ADRB3激活诱导产生了少量的增殖细胞
ADRB3激活也诱导皮下iWAT中棕色脂肪细胞的出现。在之前的研究发现部分棕色脂肪细胞来自于细胞增殖或脂肪干细胞。单细胞测序分析了iWAT的Lin-细胞，聚类也得到了两大类ASCs细胞。这两类ASCs细胞中脂肪形成标记基因caveolin-1和G0s2基因表达存在差异（图4B），ASC1细胞更接近分化的细胞。K-means聚类发现CL处理显著增加了增殖细胞（Prolif）的数量（图5A）。这一小群增殖细胞的表达谱研究发现，CL处理上调了增殖标记基因Birc5和早期脂肪形成基因Car3的表达（图4C）。这些细胞同样上调了增殖相关基因和分化相关基因的表达（图4D）。上述结果证明单细胞测序可以鉴定出在传统转录组测序和免疫组化研究中检测不到的少量的增殖/分化细胞。
图4 iWAT中ASC细胞的单细胞测序分析
参考文献：
Burl RB, Ramseyer VD, Rondini EA, Pique-Regi R, Lee YH, Granneman JG. Deconstructing Adipogenesis Induced by β3-Adrenergic Receptor Activation with Single-Cell Expression Profiling. Cell Metab. 2018;28(2):300-309.e4
