哺乳動物體內存在三種不同類型的脂肪細胞，分別為白色、棕色和米色脂肪細胞。它們分別在不同的代謝調節過程中起到重要作用。近些年來，科研人員一直致力於研究這三種不同脂肪細胞的分化過程，即如何從脂肪前體細胞(Adipocyte progenitor)分化為富含脂滴的脂肪細胞(Adipocyte)。
脂肪前體細胞作為間充質幹細胞(Mesenchymal stem cell)的一種，廣泛分佈於身體各處的結締組織中，它們可以在不同的誘導條件下分化為脂肪細胞或是肌成纖維細胞(Myofibroblast)。PDGFRα和PDGFβ是當前兩個常用的脂肪前體細胞的標記物，但它們在除脂肪前體細胞外的表達有明顯不同。PDGFα常見於胚胎時期的神經脊(Neural crest)和中胚層(Mesoderm)中，同時也在成年體的成纖維細胞(Fibroblastic cell)和間充質前體細胞(Mesenchymal progenitor)中表達。PDGFβ的表達在胚胎和成年期與PDGFα有部分重疊，但是更普遍表達於壁細胞(Mural cell)中，這其中包含了血管周細胞(Pericyte)和平滑肌細胞(Smooth muscle cell)。介於這兩種蛋白表達的明顯不同，人們對PDGFα和PDGFβ在不同發育時期和不同脂肪類型前體細胞中的表達也一直存在爭議。
2020年3月30日，美國Oklahoma Medical Research Foundation的
Lorin E. Olson團隊（共同一作為孫成宜和Hiromi Sakashita）在Cell Stem Cell雜誌上發表文章Mosaic Mutant Analysis Identifies PDGFRα/PDGFRβ as Negative Regulators of Adipogenesis，共新建立了5種小鼠基因模型以進行：1)對PDGFα,PDGFβ在細胞前體中表達的系統比較；2)瞭解PDGFRα和PDGFβ在不同脂肪前體細胞中對脂肪分化的調節作用。
Cre-LoxP重組系統之前被廣泛應用於小鼠特異位點的基因插入和基因敲除。然而這項重組技術在脂肪分化研究中的應用一直存在瓶頸，這是因為當前的各項研究並未發現一種特異性的脂肪前體細胞的標記物。因此，無論是進行基因插入或是基因敲除，非特異性的Cre表達都有可能影響脂肪前體細胞之外的細胞或是組織的功能，進而影響研究結論。此次研究的小鼠模型構建中則使用了Cre-LoxP, Flp-FRT聯合重組系統，Cre-LoxP用於激活或敲除細胞中PDGFR或PDGFR 通路，同時表達Flp，進而誘導FRT重組以激活Tomato信號來標記細胞。這項重組技術可以在不影響脂肪組織整體形態與功能的前提下，追蹤小範圍的脂肪前體細胞中PDGFα或PDGFβ的通路變化對脂肪分化的影響。
科研人員首先使用全身型Sox2-Cre 對PDGFα及PDGFβ在早期脂肪發育中的分佈進行比較。研究發現，Sox2-Cre;PDGFα-Flp誘導的Tomato可以標記94.4%的脂肪前體細胞和近乎100%的脂肪細胞，而Sox2-Cre;PDGFβ-Flp誘導的Tomato則標記了83.9%的脂肪前體細胞和大約50%的脂肪細胞。在成年脂肪細胞分化過程的研究則使用了誘導型UBC-CreER配合低劑量Tamoxifen 標記，結果表明UBC-CreER;PDGFα-Flp誘導的Tomato陽性脂肪細胞比例可佔到在不同脂肪組織中總標記細胞數量的5-70%。與之相反的是，Tomato標記的脂肪細胞在UBC-CreER;PDGFβ-Flp小鼠中幾乎無法被檢測到，Tomato標記細胞主體組成依然是周細胞和平滑肌細胞。接下來，科研人員增加了在成年細胞分化追蹤過程中的Tamoxifen的劑量，發現在高劑量Tamoxifen的作用下，UBC-CreER;PDGFβ-Flp中Tomato標記的外膜成纖維細胞(Adventitial fibroblast)開始出現，並與高劑量Tamoxifen組UBC-CreER;PDGFα-Flp中的Tomato標記有趨同趨勢。同時，科研人員發現高脂食物飼餵的高劑量Tamoxifen組UBC-CreER;PDGFβ-Flp小鼠會明顯增加Tomato陽性脂肪細胞的標記量，這一點與低劑量Tamoxifen組中的標記量明顯不同。這些結果表明，
相較於PDGFβ陽性的周細胞或平滑肌細胞，間充質細胞或外膜成纖維細胞才是脂肪前體細胞的主要組成部分。此次研究同樣利用了Cre-LoxP, Flp-FRT聯合重組系統來檢測PDGFR/激活或是敲除在脂肪前體細胞中的影響。研究人員給予UBC-CreER;PDGFα-Flp和UBC-CreER;PDGFβ-Flp小鼠低劑量Tamoxifen, 以達到在不影響脂肪整體組織水平代謝的前提下調節小部分前體細胞中PDGFα或是PDGFβ的激活水平。相似原理的Tomato標記結果表明，在前體細胞中敲除PDGFα或是PDGFβ均可促進其分化成為脂肪細胞，這個過程包括了白色，棕色及米色脂肪前體細胞。而激活PDGFα則可以使前體細胞趨向分化成為肌成纖維細胞，且此過程是可逆的。
這篇文章首次在脂肪分化的研究中使用了小範圍細胞突變追蹤(Mosaic mutant analysis)的方法，進一步闡明瞭脂肪細胞的來源，以及兩種常用標記因子PDGFα和PDGFβ在脂肪分化中的調節作用。同時，文章結果也支持了小範圍細胞突變追蹤在脂肪分化研究中的可行性，希望以此能支持更多細胞突變追蹤的研究應用思路。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.03.004
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