《Acta Biomaterialia》：Adipose stem cell-targeted local delivery of forskolin induces
de novo beige adipogenesis and adipose tissue browning to combat obesity
编辑推荐：
摘要诱导白色脂肪组织褐变是应对肥胖和代谢紊乱的有效策略。然而，现有的褐变诱导剂往往存在靶外效应且效果不持久。来自脂肪来源的间质/干细胞可经重新分化形成米色脂肪细胞，这类细胞有望实现持续产热。本研究发现，佛司可林能有效促使C3H10T1/2细胞（一种间充质干细胞系）分化为米色脂肪细
摘要
诱导白色脂肪组织褐变是应对肥胖和代谢紊乱的有效策略。然而，现有的褐变诱导剂往往存在靶外效应且效果不持久。来自脂肪来源的间质/干细胞可经重新分化形成米色脂肪细胞，这类细胞有望实现持续产热。本研究发现，佛司可林能有效促使C3H10T1/2细胞（一种间充质干细胞系）分化为米色脂肪细胞，表现为多室脂滴出现、线粒体生成与功能增强以及解偶联蛋白1表达上升。为解决佛司可林生物利用度低且缺乏靶向性的问题，我们将其封装在经FDA批准的生物降解聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚乙二醇修饰的PLGA中，制成针对脂肪来源干细胞的肽修饰佛司可林纳米颗粒。该纳米颗粒能特异性结合脂肪来源干细胞表面缺乏糖基化位点的decorin受体，从而在腹股沟白色脂肪组织中实现长时间留存与精准递送。在高脂饮食诱导的肥胖模型中，局部施用这类纳米颗粒可显著降低体重约30%，促进腹股沟白色脂肪组织褐变，缓解高脂饮食诱导肥胖小鼠的肝脏脂肪变性，同时扩大了佛司可林的治疗窗口且无明显毒性。总体而言，本研究表明佛司可林可作为有效的米色脂肪细胞重新分化诱导剂，而将其精准递送至脂肪来源干细胞可能为肥胖治疗提供新策略。
研究意义
肥胖和代谢综合征仍是全球性的健康难题，而诱导白色脂肪组织褐变的策略具有巨大治疗潜力。但现有褐变剂存在系统性毒性、靶外效应及效果不持久等问题。本研究通过证明佛司可林能促使间充质干细胞重新分化为米色脂肪细胞，填补了相关研究空白；同时我们开发了针对脂肪来源干细胞的纳米颗粒递送系统，实现药物的局部持续递送。在肥胖小鼠模型中，该纳米颗粒系统可有效促进腹股沟白色脂肪组织褐变，减轻脂肪堆积和肝脏脂肪变性，同时扩大佛司可林的治疗窗口且无明显毒性。这项研究将基于干细胞的生物策略与精准纳米医学相结合，为白色脂肪组织褐变及肥胖治疗提供了精准且持久的解决方案。
引言
肥胖已成为全球性的重大公共卫生问题，其根源在于能量摄入与消耗之间的长期失衡，且与2型糖尿病、心血管疾病和非酒精性脂肪肝病等多种代谢紊乱密切相关[1,2]。虽然药物干预和减肥手术能够实现体重下降，但其长期应用往往受到安全性问题、侵入性以及患者依从性差的限制[3]。因此，那些能够提升能量消耗而非仅限制能量摄入的治疗策略越来越受到重视。
脂肪组织是调控全身能量平衡的核心结构。白色脂肪组织主要作为能量储存库，而棕色脂肪组织则通过依赖解偶联蛋白1的非颤抖性产热作用将能量以热的形式释放[4,5]。在白色脂肪组织中出现的米色脂肪细胞为脂肪组织的可塑性与其代谢健康之间的关联提供了重要证据[6,7]。因此，诱导白色脂肪组织褐变——表现为线粒体数量增加和解偶联蛋白1表达上升——成为应对肥胖及相关代谢紊乱的可行策略[8]。目前激活米色脂肪细胞的策略大多依赖于寒冷刺激或β3-肾上腺素受体激动剂等外部因素来促使成熟的白色脂肪细胞发生褐变[9,10]。尽管这些方法在实验环境中效果显著，但存在固有局限性：在成熟脂肪细胞中诱导的褐变往往是可逆的，因为一旦停止刺激，米色脂肪细胞就会恢复为白色表型[11]；此外，直接激活成熟脂肪细胞可能会干扰其关键的能量储存功能，并引发不良的代谢副作用[12, [13], [14]]。这些问题凸显出需要寻找更为稳定且持久的产热脂肪细胞诱导方法。
除了细胞转分化之外，米色脂肪细胞还可以由存在于白色脂肪组织中的多能前体细胞——脂肪来源的间质/干细胞重新分化而来[15]。这类干细胞具有强大的增殖能力和多向分化潜能，已被证实是在脂肪组织重塑过程中产生米色脂肪细胞的生理来源[15, [16], [17]]。与成熟脂肪细胞相比，靶向这类干细胞的优势在于能够生成新的产热细胞，从而实现更持久的褐变效果。值得注意的是，皮下白色脂肪组织，尤其是腹股沟区域的白色脂肪组织，富含这类干细胞，且其褐变反应比内脏脂肪组织更为强烈，因此是实施基于前体细胞的干预措施的理想靶点[18,19]。
佛司可林是从印度姜黄中提取的一种天然二萜类化合物，是一种已得到充分研究的腺苷酸环化酶激活剂，能够提升细胞内的环腺苷单磷酸水平[20]。先前的研究已经证实了佛司可林的多种代谢益处，包括促进脂肪分解和改善血糖稳态，而且局部施用佛司可林可诱导白色脂肪组织中与褐变相关的基因表达[21, [22], [23]]。不过，目前尚不清楚佛司可林是否可以直接促使脂肪来源的间质/干细胞重新分化为米色脂肪细胞。此外，佛司可林的水溶性差、清除速度快、缺乏细胞特异性以及存在剂量限制性的系统性毒性，也阻碍了其在临床上的应用[23]。
基于纳米颗粒的药物递送系统可以通过提高药物溶解度、控制药物释放行为以及实现局部递送，有效克服上述难题[24, [25], [26], [27]]。其中，聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚乙二醇修饰的PLGA都是已被FDA批准的可生物降解聚合物，具有良好的安全性记录和丰富的临床应用经验[28]。采用这类经过临床验证的递送载体，重点在于确保其应用的可行性、制造便捷性以及符合监管要求，而非追求材料上的创新。与此同时，近期研究发现了一种线性脂肪来源间质细胞靶向肽，它能特异性结合不同物种脂肪来源干细胞表面缺乏糖基化位点的decorin受体[29, [30], [31]]。这种基于生物学特性的靶向策略能够将治疗药物精准递送至白色脂肪组织中的脂肪来源干细胞，为在体内调控这类前体细胞的命运提供了实用且可行的方法。
本研究首次证实，佛司可林能够有效促使间充质前体细胞重新分化为米色脂肪细胞。为充分发挥这一生物活性的同时降低系统性毒性，我们设计了一种针对脂肪来源干细胞的纳米颗粒递送系统，即将佛司可林封装在PLGA纳米颗粒中，并在其表面修饰该靶向肽。通过将该纳米颗粒系统局部递送至腹股沟白色脂肪组织，可实现对脂肪来源干细胞的精准靶向，促进该区域脂肪组织褐变，增强产热与能量消耗，进而缓解高脂饮食诱导肥胖小鼠的肥胖相关代谢紊乱（见图1）。通过将基于前体细胞的生物策略与精准纳米医学相结合，本研究为白色脂肪组织褐变及肥胖治疗提供了精准且持久的解决方案。
章节要点
细胞培养
C3H10T1/2细胞购自美国典型培养物收藏中心，培养时使用含有10%胎牛血清和1%青霉素-链霉素的Dulbecco改良Eagle培养基，在温度为37℃、含5%二氧化碳的培养箱中进行培养。
人类脂肪来源间充质干细胞购自美国典型培养物收藏中心，培养时使用专门的人类脂肪间充质干细胞培养基，在相应条件的培养箱中进行培养。
佛司可林可减少C3H10T1/2脂肪细胞中的脂质积累
为评估佛司可林的降脂作用，首先将C3H10T1/2细胞诱导分化为白色脂肪细胞，然后在整个分化过程中在培养基中添加佛司可林（见图2A）。首先通过MTT试验检测佛司可林在C3H10T1/2细胞中的最大安全浓度，结果显示20微摩尔浓度的佛司可林并未表现出明显的细胞毒性（见补充图S1）。根据油红O染色结果，在完全分化的细胞中观察到了许多大的单室脂滴。
结论
综上所述，本研究不仅首次确定佛司可林可作为脂肪来源干细胞重新分化为米色脂肪细胞的潜在诱导剂，还开发出了针对这类干细胞的纳米颗粒递送系统，可实现药物在腹股沟白色脂肪组织中的精准高效递送。通过使用经临床批准的PLGA纳米载体并在其表面修饰特异性靶向肽，我们证明了该递送系统能够提升药物的细胞摄取效率、延长其在组织内的停留时间，并降低系统性毒性。体内实验结果表明，该递送系统具有良好的治疗效果。
CRediT作者贡献说明
陈启岩：概念设计、研究方法、软件应用、有效性测试、数据整理、初稿撰写。周飞：结果可视化、实验研究。陈永新：实验研究、数据整理。冯哲凌：实验研究、软件应用。闵静丽：实验研究、数据整理。张磊：实验研究、数据整理。张天：实验研究、数据整理。郑颖：研究监督、有效性验证。张金明：研究监督、有效性验证、论文审阅与编辑。林立根：
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
CRediT作者贡献说明
陈启岩：初稿撰写、软件应用、项目管理、实验研究、概念设计。周飞：论文审阅与编辑、有效性验证、研究方法设计、实验研究、定量分析、数据整理。陈永新：论文审阅与编辑、软件应用、研究方法设计、实验研究。冯哲凌：论文审阅与编辑、有效性验证、研究方法设计、数据整理。闵静丽：论文审阅与编辑、有效性验证、研究方法设计、实验研究、定量分析。张磊：论文撰写——
陈启岩|周飞|陈永新|冯哲凌|闵静丽|张磊|张天|郑颖|张金明|林立根
