アディポジェネシス
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アディポジェネシス（英: adipogenesis）は、幹細胞から脂肪細胞が形成される過程であり[1]、間葉系幹細胞が脂肪前駆細胞への分化が決定し、軟骨細胞や筋細胞、骨芽細胞など他の細胞種への分化能を喪失する過程、そして脂肪前駆細胞が成熟した脂肪細胞へ終末分化する過程の2段階からなる[2]。脂肪細胞は脂肪組織に内在する前駆細胞から生じる場合と、骨髄由来の前駆細胞が脂肪組織へ移動することで生じる場合がある[3]。
概要
脂肪細胞は動物の体内においてエネルギーの恒常性に重要な役割を果たしており、トリグリセリドとしてエネルギーを蓄える最大の貯蔵庫として機能している[4]。脂肪細胞は、エネルギー摂取量が消費量よりも多い時には肥大し、エネルギー消費量が摂取量よりも多い時には脂肪を動員する、という動的状態にある。これらの過程は拮抗する調節ホルモンによって高度な調節を受けており、脂肪細胞はこれらのホルモンに対して非常に高い感受性を有する。こうしたホルモンの1つであるインスリンは脂肪細胞の肥大を促進、一方で拮抗ホルモンであるアドレナリン、グルカゴン、副腎皮質刺激ホルモン（ACTH）は脂肪の動員を促進する作用を示す。アディポジェネシスは緊密に調節された細胞分化過程であり、間葉系幹細胞が脂肪前駆細胞への運命が決定され、そして脂肪前駆細胞が脂肪細胞へ分化する過程である。細胞分化は遺伝子発現パターンの変化を伴い、多能性遺伝子を発現している状態から細胞種特異的遺伝子発現への変化が生じる過程である。そのため、アディポジェネシスには遺伝子発現の調節を担う転写因子が重要な役割を果たしており、PPARγ、C/EBPといった転写因子が主要な調節因子となっている[5]。他の系統の細胞の分化と比較して、in vitroでの脂肪細胞への分化過程は信頼性が高く、in vivoでの分化の特徴の大部分が再現されている。分化した脂肪細胞の重要な特徴は、成長の停止、形態の変化、脂質生合成（リポジェネシス）に関わる遺伝子の高発現、アディポネクチンやレプチン、レジスチン（マウスにおいて。ヒトでは極めて低レベル）、TNF-αといったアディポカインの産生である。
分化
分化に関するin vitroでの研究は、3T3-L1や3T3-F442Aといった脂肪前駆細胞株、もしくは白色脂肪組織の間質血管細胞群から単離された脂肪前駆細胞を用いて行われている。In vitroでの分化は、非常に秩序だった過程である。まず、増殖中の脂肪前駆細胞は多くの場合接触阻止によって成長が停止する。成長の停止に続いて、細胞の形態が線維芽細胞型から球形へ変化し、転写因子C/EBPβ、C/EBPδが誘導される、といった最初期のイベントが生じる。次の段階は2つの重要な転写因子PPARγとC/EBPαの発現であり、これらは成熟した脂肪細胞の特徴となる遺伝子群の発現を促進する。こうした遺伝子には、aP2、インスリン受容体、グリセロリン酸デヒドロゲナーゼ、脂肪酸合成酵素、アセチルCoAカルボキシラーゼ、GLUT4をコードする遺伝子などが含まれている[6]。この過程を通じて、脂肪細胞内には脂肪滴が蓄積する。一方で、脂肪前駆細胞株の脂肪細胞への分化は効率の低さなどの困難を伴う場合がある。マウスにおけるin vivoでの研究では、細胞表面マーカーがCD45− CD31− CD34+ CD29+ Sca-1+ CD24+の脂肪前駆細胞が増殖して脂肪細胞へ分化することが示されている[7]。
In vitroにおける分化のモデル
| 細胞株 | 起源 | 分化プロトコル | ||
|---|---|---|---|---|
| 脂肪前駆細胞株 | ||||
| 3T3-L1 | Swiss 3T3のサブクローン[8] | FBS + I + D + M | ||
| 3T3-F442A | Swiss 3T3のサブクローン[9] | FBS + I | ||
| Ob17 | C57BL/6J ob/obマウス精巣上体脂肪組織[10] | FBS + I + T3 | ||
| TA1 | C3H10T1/2のサブクローン [11] | FBS + D + I | ||
| 30A5 | C3H10T1/2のサブクローン[12] | FBS + D + M + I | ||
| 1246 | CH3マウステラトカルシノーマ（teratocarcinoma）細胞株T984の脂肪細胞分化能を有するサブクローン[13] | D + M + I | ||
| 脂肪細胞への分化能を有する細胞株 | ||||
| NIH3T3 | NIH Swissマウス胎児細胞[14] | PPARγ, C/EBPα or C/EBPβ + D + M + I | ||
| Swiss 3T3 | Swissマウス胎児細胞[15] | C/EBPα | ||
| Balb/3T3 | Balb/cマウス胎児細胞[16] | C/EBPα | ||
| C3H 10T1/2 | C3Hマウス胎児細胞[17] | PPARγリガンド | ||
| Kusa 4b10 | マウス骨髄間質細胞[18] | FBS + I + D + M | ||
| C2C12 | C3Hマウス大腿筋[19] | チアゾリジンジオン | ||
| G8 | Swiss websterマウス胎児後肢筋肉[20] | PPARγ + C/EBPα + D + I | ||
| FBS = ウシ胎児血清, D = デキサメタゾン, I = インスリン, M = メチルイソブチルキサンチン, T3 = トリヨードサイロニン | ||||
転写調節
PPARγ
PPARγは核内受容体スーパーファミリーの一員であり、アディポジェネシスにおけるマスターレギュレーターである。PPARγはレチノイドX受容体（RXR）とヘテロ二量体を形成し、その後DNAに結合して下流の遺伝子のプロモーターを活性化する。PPARγは、aP2、アディポネクチン、ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼをコードする遺伝子など脂肪細胞特異的遺伝子の発現を誘導する。PPARγの活性化は、細胞形状の変化、脂質の蓄積、インスリン感受性の獲得など、成熟した脂肪細胞の特性のいくつかの面に影響を及ぼす[21]。PPARγは胚性幹細胞が脂肪細胞へ分化するために必要である[22]。また、PPARγの発現はin vitroで線維芽細胞を脂肪細胞へ転換するために十分である[23]。C/EBPやKLFのような他のアディポジェネシス促進因子もPPARγを誘導することが示されている。PPARγは成熟脂肪細胞を特徴づける遺伝子群の発現の維持にも必要である[24]。In vitroでの分化カクテルとして利用されている糖尿病治療薬チアゾリジンジオンは、PPARγの活性を促進する。
C/EBP
C/EBPは、塩基性ロイシンジッパー型に分類される転写因子群である。アディポジェネシスの誘導因子であるcAMPはC/EBPβやC/EBPδの発現を促進する[25]。分化の初期段階では、C/EBPβとC/EBPδのmRNAやタンパク質濃度の一過的上昇によって、PPARγやC/EBPαといった脂肪細胞分化を担う転写因子が活性化されると考えられている。PPARγとC/EBPαは下流の遺伝子群の発現を誘導するとともに、互いの発現を誘導するフィードバックも行う[26]。C/EBPαは脂肪細胞のインスリン感受性にも重要な役割を果たしている[27]。一方でC/EBPγは分化を抑制し、この作用はC/EBPβの不活性によるものである可能性がある。
転写カスケード
PPARγとC/EBPαはアディポジェネシスのマスターレギュレーターであるが、分化の進行においては他の転写因子も機能している。SREBP-1（ADD1）はPPARγの内因性リガンドの産生、もしくは直接的な遺伝子発現の促進によってPPARγを活性化し、CREBも分化を促進する。一方、PPARγやC/EBPαは負の調節にも応答する。TCF/LEF[28]、GATA2/3[29]、RARα[30]、SMAD6/7[31]はC/EBPβやC/EBPδの発現には影響しないものの、PPARγやC/EBPαの誘導を阻害する。
その他の調節
インスリン、IGF-1、cAMP、グルココルチコイド、トリヨードサイロニンなどの内分泌系の産物は、効率的に脂肪前駆細胞のアディポジェネシスを誘導する[32][33][34]。
インスリンとIGF
インスリンやインスリン様成長因子（IGF）は、インスリン受容体やIGF1受容体を介して脂肪細胞への分化を促進する。この作用はPI3キナーゼ阻害剤によって遮断されることから、PI3キナーゼがシグナル伝達に重要な役割を果たしていることが示唆されている[35]。
Wntシグナル
Wnt/β-カテニンシグナルは間葉系幹細胞から筋細胞や骨細胞への分化を促進し、脂肪細胞系統への運命決定を遮断することでアディポジェネシスを抑制する[36]。Wnt/β-カテニンはPPARγやC/EBPαの誘導を遮断することで脂肪前駆細胞の分化を阻害する。
BMP
骨形成因子（BMP）は、TGF-βスーパーファミリーに属する成長因子である。発現している受容体に依存して、BMP2は多能性細胞の骨形成もしくはアディポジェネシスを刺激する[37]。
老化細胞
皮下脂肪組織内の老化した脂肪前駆細胞は、脂肪細胞への分化が抑制されていることが示されている[38]。肥大性肥満の人物にみられるアディポジェネシスの低下は幹細胞や前駆細胞の減少ではなく、脂肪組織内の老化細胞の増加が原因となっている[38]。
出典
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