MACanalyzeR揭示PPARγHIGH/GDF15HIGH脂质相关巨噬细胞促进棕色脂肪产热扩张的分子机制

为解决肥胖背景下棕色脂肪组织（BAT）功能失调的免疫调控机制问题，意大利罗马第二大学团队开发单细胞分析工具MACanalyzeR，发现高表达PPARγ和GDF15的脂质相关巨噬细胞（LAMs）通过激活PPAR信号通路维持BAT产热特性，为代谢疾病治疗提供新靶点。该研究发表于《Nature Communications》。

　　

在代谢疾病日益流行的今天，棕色脂肪组织（BAT）因其独特的产热能力成为研究热点。然而，肥胖如何通过免疫细胞调控BAT功能仍存在认知空白。传统观点认为巨噬细胞在肥胖中主要起促炎作用，但近年发现脂质相关巨噬细胞（LAMs）具有代谢保护功能，这种矛盾现象在BAT中尤其令人困惑。更棘手的是，现有技术难以全面解析巨噬细胞的异质性及其对代谢组织的精确调控机制。

意大利罗马第二大学的研究团队通过开发创新性计算工具MACanalyzeR，结合多组学分析，揭示了肥胖背景下巨噬细胞调控BAT功能的全新机制。研究发现，在高脂饮食（HFD）诱导的肥胖模型中，一类高表达PPARγ和生长分化因子15（GDF15）的LAMs亚群通过激活PPAR信号通路，维持BAT产热特性和脂质代谢稳态。这一发现不仅解释了不同肥胖模型（HFD与db/db）中BAT功能差异的免疫学基础，更为代谢性疾病治疗提供了新的干预靶点。相关成果发表在《Nature Communications》杂志。

研究团队运用三大关键技术：1）自主开发的MACanalyzeR计算框架（含FoamSpotteR、MacPolarizeR和PathAnalyzeR模块）进行单细胞转录组深度解析；2）利用PPARγ髓系特异性敲除（MAC^PPARGKO）和骨髓移植（BMT）小鼠模型开展功能验证；3）通过配体-受体互作分析（CellChat）和多重免疫荧光技术揭示细胞间通讯机制。样本来源于HFD喂养的C57BL/6小鼠和db/db小鼠的BAT基质血管组分（SVF）。

脂质相关巨噬细胞在肥胖小鼠BAT中积累
通过比较db/db（遗传性肥胖）和HFD（饮食诱导肥胖）模型，研究发现两种肥胖状态下BAT均出现LAMs显著积累，但表型迥异。HFD组LAMs与产热基因表达正相关，而db/db组呈现负相关。免疫荧光证实TREM2⁺ LAMs在HFD小鼠BAT中特异性富集。

MACanalyzeR鉴定肥胖BAT中的泡沫样巨噬细胞
FoamSpotteR模块首次揭示BAT LAMs具有泡沫样特征（fMACs），但其分子特征不同于动脉粥样硬化斑块中的经典泡沫细胞。这些细胞高表达能量代谢和溶酶体相关基因，提示独特的脂质处理能力。

HFD与db/db小鼠BAT LAMs极化状态差异
MacPolarizeR分析显示HFD组LAMs呈现修复型（M2样）极化，而db/db组为过渡态。PathAnalyzeR进一步发现HFD组LAMs脂肪酸合成代谢增强，而db/db组偏向氧化磷酸化（OXPHOS），这种代谢重编程差异可能是BAT功能差异的关键。

产热活性LAMs中PPAR通路激活
RNA速率分析显示HFD组LAMs分化轨迹明确，且PPARγ表达显著升高。髓系特异性敲除PPARγ（MAC^PPARGKO）导致BAT出现白色脂肪样转化，伴随空腹血糖升高和胆固醇代谢紊乱，证实PPARγ是维持BAT身份的核心调控因子。

PPARγ^HIGH LAMs通过GDF15信号维持BAT特性
CellChat分析鉴定出HFD特异性GDF15信号通路。实验证实PPARγ直接调控GDF15表达，且GDF15⁺ LAMs在冷暴露模型中同样富集。骨髓移植（BMT）实验显示巨噬细胞源性GDF15缺失会损害BAT产热基因表达，确立GDF15是代谢保护的关键效应分子。

这项研究通过创新性技术平台揭示了肥胖背景下巨噬细胞调控BAT功能的全新范式。不同于传统认知，研究发现HFD诱导的PPARγ^HIGH/GDF15^HIGH LAMs通过双重机制维持代谢健康：一方面通过PPARγ介导的转录重编程增强脂质处理能力，另一方面通过分泌GDF15远程调控脂肪细胞代谢。这不仅解释了临床观察中饮食干预与遗传性肥胖的疗效差异，更提供了代谢疾病治疗的精准靶点——靶向巨噬细胞PPARγ-GDF15轴或可成为改善BAT功能的新策略。

研究的突破性体现在三方面：1）开发MACanalyzeR工具实现巨噬细胞多维度解析；2）发现LAMs功能异质性决定代谢结局；3）确立GDF15作为BAT-免疫对话的核心介质。尽管在代谢测量和时间动态分析方面存在局限，但这项工作为理解免疫代谢调控开辟了新视角，其计算框架可拓展至其他组织微环境研究。未来研究可探索PPARγ激动剂与GDF15联用对代谢疾病的治疗潜力，或通过单细胞多组学进一步解析LAMs亚群异质性。