多年耐力运动训练重塑超重或肥胖成人的腹部皮下脂肪组织

Years of endurance exercise training remodel abdominal subcutaneous adipose tissue in adults with overweight or obesity

作者信息Cheehoon Ahn, Tao Zhang, Gayoung Yang, Thomas Rode, Pallavi Varshney, Sophia J Ghayur, Olivia K Chugh, Hui Jiang, Jeffrey F Horowitz
PMID39256590
期刊Nat Metab
发布时间2024-09
DOI10.1038/s42255-024-01103-x

实验完整度

中

研究包含人体横断面队列、组织学分析、蛋白质组学、靶向免疫印迹和离体功能实验,但缺乏干预性和体内机制验证。

主要模型

久坐肥胖成人腹部皮下脂肪组织活检样本 规律运动肥胖成人腹部皮下脂肪组织活检样本 离体血管生成模型(aSAT explant培养) 脂肪基质血管成分3D球状体培养模型

重点核对

运动组每周METs显著高于久坐组(57.6±44.8 vs 5.8±6.0,p=0.001) 运动组VO2peak(mL/kg FFM/min)显著高于久坐组(54.1±7.0 vs 44.5±4.3,p<0.001) 运动组HOMA-IR和Adipo-IR显著低于久坐组 运动组aSAT毛细血管密度显著高于久坐组(p=0.0231) 运动组aSAT中VEGFα蛋白丰度显著升高(p=0.0246)

摘要

腹部皮下脂肪组织(aSAT)的结构和代谢功能异常是许多肥胖相关健康并发症的基础。耐力运动可改善超重/肥胖成人的心脏代谢健康,但耐力训练对aSAT的影响尚不清楚。我们将定期运动超过2年的超重/肥胖成人规律运动者与匹配良好的非运动者进行横断面比较。在此我们显示,与非运动者相比,运动者的aSAT具有更高的毛细血管密度、更低的Col6a丰度和更少的巨噬细胞。这伴随着血管生成、核糖体、线粒体和脂肪生成蛋白丰度的增加。运动者aSAT中参与蛋白质翻译、脂肪生成和转录直接调控的磷酸化蛋白的丰度也更高。探索性离体实验表明,从运动者aSAT培养的样本比非运动者具有更高的血管生成能力和更高的脂质储存能力。规律运动可能在重塑aSAT结构和蛋白质组特征方面发挥作用,这可能有助于维持心脏代谢健康。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
长期规律有氧运动是否可在不依赖脂肪量的情况下重塑超重/肥胖成人腹部皮下脂肪组织的结构、蛋白质组和重塑能力?
核心机制
规律运动可能通过增强血管生成、减少Col6a介导的纤维化、降低巨噬细胞浸润、上调核糖体和线粒体蛋白以及增强脂肪生成相关蛋白的表达,来改善aSAT的储存功能。
主要证据
通过匹配脂肪量的横断面比较,发现运动者aSAT中毛细血管密度增加、Col6a减少、巨噬细胞减少,蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析显示核糖体、线粒体和脂肪生成相关通路富集,离体实验显示运动者aSAT的血管生成和脂质储存能力增强。
研究意义
研究揭示了长期运动可能通过重塑aSAT结构和蛋白质组来改善心脏代谢健康,为运动干预肥胖相关并发症提供了新的见解。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

队列匹配与体能测试

比较规律运动者与久坐者的基线特征和体能差异,并匹配脂肪量。

招募52名超重/肥胖成人,根据自我报告活动量分为运动组和久坐组,从中选择16对脂肪量匹配的受试者,进行身体成分、最大摄氧量测试和血液生化检测。

2

aSAT组织学分析

比较运动组与久坐组脂肪组织的结构特征,包括毛细血管密度、ECM成分和巨噬细胞浸润。

对脂肪活检样本进行组织学染色,包括GS-lectin染色测量脂肪细胞大小,CD31染色测量毛细血管密度,Sirius Red和免疫荧光染色测量胶原亚型,CD14和CD206染色测量巨噬细胞。

3

蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析

鉴定运动组与久坐组aSAT中差异表达蛋白和磷酸化位点,并富集相关通路。

对8对匹配样本进行TMT标记的LC-MS/MS分析,包括全局蛋白质组和磷酸化蛋白质组,并进行通路富集和激酶富集分析。

4

靶向免疫印迹验证

验证关键蛋白(核糖体、线粒体、脂代谢相关)的表达差异。

采用传统Western blot和JESS毛细管电泳技术,测量多种蛋白的丰度,包括核糖体蛋白S3、S6,线粒体氧化磷酸化亚基,以及FASN、SREBP1、ATGL、HSL等脂代谢相关蛋白。

5

离体血管生成实验

评估运动组与久坐组aSAT的血管生成能力差异。

将新鲜脂肪组织切成小块,包埋于Matrigel中,用内皮细胞生长培养基培养11天,量化毛细血管出芽密度。

6

离体3D球状体培养

评估运动组与久坐组脂肪基质血管成分的脂质储存和基因表达差异。

从新鲜脂肪组织分离SVF,培养3D球状体,诱导脂肪分化,在第20天和27天进行组织学染色和mRNA表达分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
双能X射线吸收扫描仪GELunar
生物电阻抗分析仪InBody--
跑步机----
自行车测功计Corvival, Lode--
代谢车Physiodyne IncMax-II
Bergström针----
Coleman抽吸针Mentor Worldwide LLC--
葡萄糖饮料FisherbrandGTT
切片机LeicaRM2235
显微镜载玻片Thermofisher109508-WH
抗淬灭封片剂ThermofisherProlong
天狼星红Sigma-Aldrich36554-8
正常山羊血清ThermofisherPI31872
二抗 AlexaFlour 488InvitrogenA11008
二抗 AlexaFlour 647InvitrogenA21240
生物素化二抗ThermofisherNC9801827
HRP标记链霉亲和素ThermofisherS911
酪胺信号放大试剂ThermofisherB409533
Hoechst 33342InvitrogenH3570
RIPA裂解液Thermofisher89901
蛋白酶抑制剂混合物SigmaP8340
磷酸酶抑制剂混合物2SigmaP5726
磷酸酶抑制剂混合物3SigmaP0044
组织研磨仪IIQiagen--
BCA蛋白定量试剂盒Thermofisher23225
TMT 16-plex标记试剂ThermofisherA44520
胰蛋白酶/Lys-C混合物Promega--
高pH反相分离柱AgilentZorbax
磷酸化肽段富集试剂盒(TiO2)ThermoScientificA32993
磷酸化肽段富集试剂盒(Fe-NTA)ThermoScientificA32992
高pH反相分离试剂盒Pierce84868
Orbitrap Fusion质谱仪Thermo Fisher Scientific--
RSLC Ultimate 3000纳升超高效液相色谱Dionex--
PepMap RSLC C18色谱柱Thermo Scientific--
EasySpray离子源Thermo Fisher Scientific--
Q Exactive HF质谱仪Thermo Fisher Scientific--
Acclaim PepMap C18色谱柱ThermoScientific--
硝酸纤维素膜----
抗兔IgG HRP二抗Cell Signaling Technology7074
抗小鼠IgG HRP二抗Cell Signaling Technology7076
增强化学发光试剂Biorad1705061
增强化学发光试剂Fisher34095
Fluorchem E成像仪ProteinSimple--
膜蛋白总蛋白染色试剂ThermoFisher24580
JESS毛细管电泳系统ProteinSimple--
JESS分离模块ProteinSimpleSW-W003
葡萄糖检测试剂盒ThermoFisherTR-15221
游离脂肪酸检测试剂盒Fujifilm Medical SystemsNC9517309,
总胆固醇检测试剂盒Wako Chemicals999-02601
高密度脂蛋白胆固醇检测试剂盒Wako Chemicals997-01301
甘油三酯检测试剂盒SigmaT2449
胰岛素化学发光免疫分析SiemensSiemens
总脂联素ELISA试剂盒R&DDRP300
高分子量脂联素ELISA试剂盒R&DDHWAD0
瘦素ELISA试剂盒R&DDLP00
Luminex多重检测试剂盒MerckHSTCMAG-28SK
内皮细胞生长培养基(EGM添加EBM-2)LonzaCC3202
基质胶Corning356231
胶原酶缓冲液AMSBIO1745401
100μm细胞筛网SigmaCLS431752
αMEM培养基Thermofisher12571063
内皮细胞生长培养基-2Thermofisher50306189
细胞计数器Life Technologies--
96孔超低吸附板Thermofisher12566490
24孔低吸附板Thermofisher07200602
胰岛素SigmaI6634
脱铁转铁蛋白SigmaT1147
骨形态发生蛋白7R&D354BP
胎牛血清ThermofisherA3840101
脂肪乳SigmaI141
Triton X-100SigmaT8787
BODIPY染色剂ThermofisherP3922
振动切片机LeicaVT1200
共聚焦显微镜NikonA1
RNA提取试剂盒Qiagen74004
高容量cDNA反转录试剂盒Life Technologies4368813
PrimeTime qPCR检测试剂IDT--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
受试者筛选与匹配
运动组定义:中等至高强度有氧运动>30min/次,≥4天/周,持续>2年;久坐组定义:无规律运动;匹配变量:性别、脂肪量、年龄、BMI
阅读提示:Methods:Subjects
样本采集
禁食条件:标准化晚餐和零食;运动暂停2-3天;aSAT活检部位(脐周10cm)
阅读提示:Methods:Sample collection
组织学分析
染色批次和曝光时间一致性;样本量(n=15/组,因为有1对样本组织量不足)
阅读提示:Methods:Histological assessment;Figure legends:图2、图3
蛋白质组学分析
样本量(n=8/组);TMT标记和LC-MS/MS参数;差异蛋白FDR<0.1,磷酸化肽段p<0.01
阅读提示:Methods:Untargeted global and phosphoproteomics;Extended Data Figure 2A
离体血管生成实验
组织块大小(<1mm³)、培养时间(11天)、培养基(EGM-supplemented EBM-2)、Matrigel用量(40μL)
阅读提示:Methods:Ex vivo angiogenesis assay;Figure 6C
离体球状体培养
SVF分离方法、细胞接种密度(30,000细胞/孔)、培养时间点(第20和27天)、成脂诱导培养基成分
阅读提示:Methods:Ex vivo spheroid culture;Figure 6D, 6E