学新型脂肪组织巨噬细胞亚群IMAMs及其在肥胖和代谢紊乱中的作用

背景介绍

肥胖是全球范围内越来越严重的健康问题，常伴有慢性低度炎症状态。这种状态由脂肪组织及其他代谢器官中的免疫细胞浸润和功能失调引发。在肥胖人群中，脂肪组织巨噬细胞（Adipose Tissue Macrophages，ATMs）因其在调控代谢性炎症中的重要作用而备受关注。研究表明，肥胖相关的代谢炎症是胰岛素抵抗及2型糖尿病的主要推动因素。然而，现有治疗手段大多只能缓解症状，而无法根本性解决肥胖及相关代谢紊乱的免疫病理性失调。因此，探究肥胖发展过程中涉及的免疫机制是制定有效治疗策略的关键。

巨噬细胞具有高度的功能异质性和表型可塑性，在瘦体个体的脂肪组织中，ATMs主要表现为抗炎的M2表型。然而，在肥胖状态下，ATMs会形成一种环绕坏死脂肪细胞的“花环状结构”，并表现出促炎的M1表型。传统的M1/M2分类方式无法完全概括肥胖相关的巨噬细胞复杂性，因此，迫切需要识别真正致病的ATM亚群，以便开发针对性治疗方法。

研究概述

本文作者包括来自华中科技大学同济医学院和山西医科大学等单位的学者，研究团队通过单细胞核RNA测序技术（snRNA-seq）在肥胖人群中发现了一个独特的ATM亚群，称为ATF4^hiPDIA3^hiACSL4^hiCCL2^hi炎性和代谢激活巨噬细胞亚群（Inflammatory and Metabolically Activated Macrophages，IMAMs）。这类IMAMs在肥胖患者中富集，表现出显著的迁移和促炎特性，且这一亚群的维持依赖于蛋白二硫键异构酶3（Protein Disulfide Isomerase 3，PDIA3）的表达。

研究团队发现，转录因子ATF4在代谢应激状态下促进PDIA3的表达，而PDIA3通过氧化还原机制调控RhoA的活性，进而强化IMAMs的促炎和迁移功能。此外，研究通过PDIA3小干扰RNA（siRNA）包裹的脂质体给药策略，在肥胖小鼠模型中成功抑制了高脂饮食诱导的代谢紊乱，为临床肥胖和代谢疾病的治疗提供了新的思路。

研究流程

1. IMAMs亚群的鉴定

研究团队首先利用snRNA-seq对来自瘦体和肥胖人群的脂肪组织进行了分析，识别出8个不同的ATM亚群。其中，1号群体的IMAMs在肥胖个体中显著富集，而在瘦体个体中几乎检测不到。IMAMs展示出高水平的ATF4、PDIA3、ACSL4和CCL2表达，这些标志物在瘦体个体的ATM中显著低表达。进一步的伪时间分析表明，肥胖样本中IMAMs的分化轨迹不同于瘦体个体，表明IMAMs是肥胖发展的致病性ATM亚群。

2. PDIA3在IMAMs中的作用机制

PDIA3作为IMAMs的重要分子，维持其促炎和迁移特性。实验发现，ATF4感知代谢应激后转录PDIA3的表达，PDIA3通过红氧控制RhoA的活性，增强IMAMs的迁移和促炎特性。PDIA3的上调与体重指数（BMI）、血糖、总胆固醇和甘油三酯水平呈正相关，这表明PDIA3在肥胖相关代谢紊乱中发挥重要作用。此外，PDIA3在肥胖小鼠的脂肪组织中显著上调，且主要集中在ATMs中。

3. PDIA3缺失保护小鼠免受肥胖诱导的代谢紊乱

研究团队通过构建特异性敲除PDIA3的小鼠模型，发现PDIA3缺失的小鼠在高脂饮食（HFD）诱导的肥胖模型中具有显著的抗肥胖特性，表现为体重增加减缓、胰岛素敏感性改善、脂肪细胞体积减少及血清胰岛素和甘油三酯水平降低。此外，PDIA3缺失的小鼠表现出更高的氧气消耗和二氧化碳排放，表明其新陈代谢能力增强。PDIA3缺失还减少了脂肪组织中M1巨噬细胞的比例，减弱了促炎因子（如IL-6、TNF-α等）的表达，从而减轻了肥胖相关的慢性低度炎症。

4. PDIA3与RhoA相互作用的分子机制

PDIA3与RhoA相互作用，通过防止RhoA形成分子内二硫键，使其保持活性状态。在巨噬细胞中，活性RhoA能够促进YAP信号通路，从而增强巨噬细胞的促炎和迁移能力。实验表明，PDIA3缺失的小鼠巨噬细胞中YAP信号通路受到抑制，进一步证实PDIA3在调控巨噬细胞功能中的重要作用。

5. PDIA3 siRNA脂质体抑制肥胖和代谢紊乱

为了探究PDIA3抑制剂的临床应用潜力，研究团队使用PDIA3 siRNA脂质体在肥胖小鼠中开展实验。结果显示，PDIA3 siRNA脂质体能够有效抑制肥胖小鼠的体重增长，改善血糖和胰岛素抵抗，减少脂肪组织中的M1巨噬细胞比例，增加抗炎M2巨噬细胞比例，表明PDIA3 siRNA脂质体具有潜在的肥胖和代谢紊乱治疗效果。

研究结论

本研究通过单细胞RNA测序鉴定出肥胖人群中一个特异性IMAMs亚群。该亚群的促炎和迁移特性依赖于PDIA3的表达。研究证实，ATF4作为代谢应激传感器，通过转录PDIA3表达，形成PDIA3^hiIMAMs亚群，导致肥胖和胰岛素抵抗的发展。通过靶向PDIA3表达或功能，有望在临床上减轻肥胖相关的炎症和代谢紊乱。

研究意义

该研究首次揭示了IMAMs亚群的存在及其在肥胖和代谢紊乱中的致病作用，拓展了我们对脂肪组织巨噬细胞异质性的认识，为靶向PDIA3的肥胖免疫治疗提供了重要的理论基础。特别是PDIA3 siRNA脂质体的成功应用为肥胖和代谢疾病的临床治疗开辟了新途径，展示了极大的临床转化潜力。

研究亮点

1. 新型致病性巨噬细胞亚群IMAMs的发现：IMAMs在肥胖患者中富集，并且与代谢性炎症密切相关。
2. PDIA3在IMAMs中的关键作用：PDIA3通过调控RhoA活性，增强IMAMs的促炎和迁移功能，是IMAMs维持的关键分子。
3. PDIA3 siRNA脂质体的应用前景：PDIA3 siRNA脂质体成功抑制肥胖小鼠的体重增长和代谢紊乱，为未来肥胖和代谢疾病的治疗提供了新思路。

局限性与未来展望

尽管该研究取得了重要进展，但仍存在局限性。例如，LysM-Cre PDIA3敲除模型会同时敲除中性粒细胞中的PDIA3，可能对肥胖小鼠的表型产生影响。此外，PDIA3在血清中也有分布，未来研究应进一步探讨其作为内分泌信号对其他细胞类型的潜在作用。

本研究为靶向特异性巨噬细胞亚群提供了新见解，有望为肥胖相关的代谢紊乱带来创新性治疗策略。