Car4阳性脂肪前体细胞通过谷胱甘肽代谢适应衰老环境并抵抗ROS的机制研究

本研究针对衰老过程中米色脂肪（beige adipocytes）诱导能力下降的难题，发现长期冷暴露可激活Car4阳性脂肪前体细胞（APCs）亚群。通过单细胞测序和功能验证，揭示该群体通过调节谷胱甘肽代谢抵抗活性氧（ROS），维持细胞内pH稳态，从而促进老年小鼠米色脂肪生成。该发现为衰老相关代谢疾病提供了新型治疗靶点。

　　

随着全球老龄化加剧，年龄相关的代谢紊乱成为重大公共卫生问题。米色脂肪细胞（beige adipocytes）作为可诱导产热的脂肪细胞亚型，在能量消耗和糖脂代谢调控中发挥关键作用。然而，衰老会显著削弱米色脂肪的生成能力，这种衰退与脂肪前体细胞（adipocyte progenitor cells, APCs）的衰老密切相关。虽然短期冷刺激对老年个体效果有限，但长期冷暴露是否能逆转这一现象尚不明确。更复杂的是，近年研究发现APCs存在高度异质性，不同亚群可能对衰老和环境刺激产生差异化响应。这些科学问题促使Masato Horino团队在《Scientific Reports》发表突破性研究。

研究采用单细胞RNA测序、流式分选和基因编辑等关键技术，以年轻（10周）和老年（80周）C57BL/6J小鼠为模型，通过4周冷暴露（10℃）模拟长期低温刺激。通过Seahorse能量代谢分析、细胞内pH检测和ROS成像等实验，系统解析了Car4阳性APCs的分子特征和生理功能。

Prolonged cold exposure induces beige adipocytes in aged mice

研究发现老年小鼠经4周冷暴露后，皮下脂肪中Ucp1⁺米色脂肪显著增加，全身耗氧量（VO₂）提升。单细胞测序揭示38个细胞簇，其中簇23和30为冷诱导APCs（CAPCs），高表达Car4和衰老标志物Cdkn2a（p16^ink4a）。

Identification of cold-induced APCs

CAPCs区别于传统Dpp4⁺脂肪干细胞，具有独特的配体-受体互作网络。冷暴露使老年小鼠Car4⁺细胞比例从2.20%增至6.42%，且该群体增殖标志物Mki67表达上调，EdU掺入实验证实其增殖能力。

Characterization of Car4-positive preadipocytes

流式分析和原位杂交显示Car4⁺细胞具有独特转录组特征。β3肾上腺素受体激动剂CL-316,243处理证实，Car4⁺细胞能显著增强APCs整体增殖。

Functional analysis of Car4 in APCs

Car4敲除（KD）导致米色脂肪分化相关基因表达下降，谷胱甘肽代谢通路（Mgst2、Gstm3等）受损。抗氧化基因Hmox-1和Gpx1在Car4⁺细胞中高表达，KD细胞对H₂O₂敏感性增加，而谷胱甘肽（GSH）补充可逆转此表型。Car4过表达（OE）则增强细胞抗氧化能力，ROS成像显示OE细胞内氧化应激水平显著降低。

Car4 is involved in the regulation of intracellular pH in preadipocytes

机制研究表明，Car4通过调节细胞内pH影响氧化还原平衡。LLOMe应激实验显示KD细胞pH酸化减弱，Seahorse分析证实Car4调控质子外排（ECAR）。OE细胞还表现出更高的氧耗率（OCR），提示代谢活性增强。

该研究首次揭示Car4⁺ APCs是老年个体响应长期冷刺激的关键细胞亚群，其通过"Car4-pH-谷胱甘肽"轴抵抗ROS，维持增殖分化能力。这一发现不仅解释了衰老脂肪组织可塑性的细胞基础，更为开发针对老年代谢疾病（如肥胖和2型糖尿病）的新型疗法提供了理论依据。研究者特别指出，Car4与已知抗氧化蛋白Car3不同，其通过GP1锚定于细胞膜，可能通过调控转运蛋白影响pH稳态，这种独特机制为后续药物设计指明了方向。尽管人类Car4⁺ APCs的功能仍需验证，但该研究无疑为对抗衰老相关代谢衰退开辟了崭新路径。