肥胖通过TGFβ-RFX2-ADCY3轴破坏脂肪干细胞纤毛功能并削弱其再生能力的机制研究

本研究针对肥胖症患者脂肪来源间充质干细胞（ASCs）功能受损问题，深入探究了肥胖微环境对原发性纤毛结构和功能的影响。研究发现肥胖通过上调TGFβ信号通路，抑制转录因子RFX2表达，导致腺苷酸环化酶3（ADCY3）下调，进而引起纤毛缩短和cAMP信号紊乱。通过药理激活ADCY3可恢复纤毛长度和细胞迁移能力，为肥胖相关代谢疾病的干细胞治疗提供了新靶点。

　　

随着全球肥胖患病率的急剧上升，肥胖相关代谢性疾病已成为重大公共卫生挑战。肥胖不仅导致脂肪组织（AT）的异常扩张，更会创造一种促炎症环境，损害脂肪组织来源间充质干细胞（ASCs）的再生潜能。这些具有多向分化潜能的干细胞在组织修复和免疫调节中发挥关键作用，但其在肥胖环境中的功能变化机制尚不明确。特别值得注意的是，作为细胞"天线"的原发性纤毛，在信号转导和细胞命运决定中起着核心作用，而肥胖对其功能的影响更是知之甚少。

来自德国法兰克福大学医院的研究团队在《Communications Biology》上发表了最新研究成果，通过系统的转录组学和功能分析，揭示了肥胖微环境中ASCs功能受损的分子机制。研究人员发现肥胖通过改变TGFβ信号通路，影响纤毛关键调控因子表达，最终导致干细胞功能异常。

本研究采用了多种关键技术方法：对BMI<25、≥35和≥40三组人群的皮下ASCs进行全基因组RNA测序；通过免疫荧光染色和线扫描分析检测纤毛形态和蛋白定位；使用siRNA敲降和药理调控（SQ22536抑制剂和NKH477激活剂）干预ADCY3功能；采用时间推移显微镜进行单细胞运动轨迹分析；通过cAMP ELISA和RT-PCR验证信号通路变化。

肥胖导致ASCs转录重编程

研究人员通过对不同BMI组别ASCs的转录组分析发现，肥胖显著改变了细胞外基质（ECM）、TGFβ信号、细胞运动和分化相关通路基因表达。与瘦型捐赠者相比，肥胖组ASCs中767-768个基因下调，738-811个基因上调，表现出明显的转录重编程特征。

肥胖ASCs中ECM基因改变

研究发现肥胖ASCs中多种胶原基因（COL11A1、COL12A1、COL4A6、COL5A2）和ECM调节基因（ADAMTS12、HMCN1、MMP16、HAPLN1）表达异常。特别是TGFβ调节基因ANOS1、与胰岛素抵抗相关的GAS6以及肥胖相关脂肪因子WISP1的表达显著增加，表明ECM组成和功能发生了深刻变化。

肥胖ASCs中TGFβ通路基因失调

TGFβ信号通路在肥胖状态下显著激活。研究发现CDKN2B、ITGB5和THBS1等基因在肥胖ASCs中表达增强，而TGFBR3（betaglycan）、TAB1和CLEC3B等基因表达下降。这些变化共同促进了TGFβ信号的异常激活，影响了细胞的生长、分化和迁移能力。

运动迁移基因受肥胖影响

ASCs的运动迁移能力对其修复功能至关重要。研究发现肥胖ASCs中CDH1（E-cadherin）和CDH2（N-cadherin）表达异常，FN1（fibronectin）和LRP12表达显著增加，而CXCL12和PGF等迁移相关基因表达下降。这些变化共同导致了肥胖ASCs迁移能力的受损。

肥胖ASCs中纤毛发生基因失调

原发性纤毛长度测量显示，肥胖ASCs的纤毛明显缩短。纤毛相关基因GLI1和MYH10表达增强，而PKIG和SNX10表达下降。特别重要的是，纤毛发生关键调节因子ADCY3和CLUAP1/IFT38在肥胖ASCs中表达显著降低。

肥胖ASCs分化能力降低

功能实验表明，肥胖ASCs的成脂分化能力显著受损，只有16.99%的肥胖ASCs能够分化，而瘦型ASCs的分化率达到56.48%。关键成脂基因PPARG、ADIPOQ、FABP4和LPL表达显著降低。同时，成骨和成软骨分化能力也受到影响，RUNX2和SOX9表达下降。

肥胖ASCs中ADCY3减少

免疫荧光分析显示，ADCY3在瘦型ASCs纤毛中富集，而在肥胖ASCs中沿纤毛区域的蛋白水平显著降低。通过siRNA敲降ADCY3，瘦型ASCs的纤毛长度缩短至与肥胖ASCs相当的水平，证实了ADCY3在维持纤毛长度中的关键作用。

TGFβ驱动类似肥胖表型的纤毛缩短和基因抑制

研究发现TGFβ处理可导致瘦型ASCs纤毛缩短，并下调RFX2、ADCY3、IFT88和IFT172等纤毛关键基因表达。这表明肥胖环境中升高的TGFβ信号可能是导致纤毛缺陷的重要原因。

腺苷酸环化酶活性调节影响纤毛长度和ASCs运动

药理实验表明，ADCY抑制剂SQ22536处理可缩短瘦型ASCs纤毛长度，而ADCY激活剂NKH477处理能恢复肥胖ASCs的纤毛长度。更重要的是，NKH477处理显著改善了肥胖ASCs的运动速度、累积距离和方向性。

研究结论表明，肥胖通过诱导ASCs转录重编程，改变ECM组成和纤毛发生过程，特别是通过TGFβ-RFX2-ADCY3信号轴破坏纤毛结构和功能。这种纤毛功能障碍导致ASCs分化能力和运动迁移能力受损，进而影响其组织修复功能。研究还发现，通过药理激活ADCY3-cAMP信号轴可部分恢复纤毛完整性和细胞功能，这为治疗肥胖相关疾病提供了新的潜在靶点。

这项研究不仅深化了对肥胖环境下干细胞功能异常机制的理解，更重要的是提出了通过调节纤毛信号通路来改善代谢性疾病的新策略，为开发针对肥胖相关疾病的创新治疗方法奠定了理论基础。