撰文|马莹 郭明伟 张俊 仲银召 闪光余

编辑| 孟美瑶

校对| 张俊

背景介绍

众所周知，有规律的运动能够预防并治疗肥胖和糖尿病。研究运动益处的分子机制能帮助我们鉴定出有效的生物标志物和治疗靶点。然而，运动产生的效应涉及一系列复杂的生理过程，包括通过改变关键基因和蛋白质的表达来促进不同器官系统的改善性适应，因此研究具体的分子机制是一项极具挑战性的工作。本文作者假设运动效益是通过直接影响单个组织内的不同细胞类型和调节组织内/组织间的通讯而发生的。在本文中，作者利用最新的单细胞技术和计算生物学方法，在分子、细胞类型特异性和跨组织水平上同时研究机体响应运动和肥胖的过程。

白色脂肪组织（WAT）和骨骼肌（SkM）是最易受到肥胖和运动影响的内分泌器官，因此二者一直是组织水平研究的重点。皮下和内脏白色脂肪（scWAT和vWAT）是两个主要的白色脂肪库。两种WAT都由成熟脂肪细胞和基质血管组分（SVF）组成。其中，基质血管组分包括脂肪干细胞（ASCs）和多种免疫细胞。SkM的细胞组成也是具有高度异质性，它由结缔组织包围，其组分包括肌纤维、间充质干细胞（MSCs）、卫星细胞、成纤维脂肪祖细胞（FAPs）和免疫细胞等。目前，许多研究利用单细胞或单核RNA测序解析了肥胖、冷刺激或β-肾上腺素处理下WAT的异质性细胞组成，但几乎没有对运动干预后的分析。此外相比于WAT，单细胞测序对SkM的解析存在着局限性，并且现有研究多聚焦于SkM的细胞类型表征和组织再生。尚未有研究在单细胞层面解析运动对多组织对抗肥胖的有益影响。

在本文中，作者在单细胞和多组织层面解析了scWAT、vWAT、SkM中运动训练和饮食诱导肥胖的相反效果，并且提供了一个在代谢组织中肥胖-运动单细胞变化图谱，同时揭示了MSCs为响应肥胖和运动干预而介导组织特异性和组织间交流变化的重要作用。

敲黑板啦！

1. 在两种白色脂肪组织和骨骼肌种解析运动-肥胖的单细胞图谱；

2. 运动和肥胖对MSCs的ECM和昼夜节律基因有着相反影响；

3.  运动和肥胖的组织内和组织间交流以MSCs为中心；

4. MSCs中具有较大运动效应的基因与人类代谢特征相关。

研究结果

1.     饮食诱导肥胖和运动的表型及三种代谢组织的特征分析

作者利用HFD诱导6周龄的C57BL/6N雄性小鼠肥胖，并且进行自主跑轮运动干预(图1A)。在表型上，HFD小鼠体重增加并表现葡萄糖不耐受（图1C和1F）。虽然HFD没有显著影响跑步距离（图1D），但HFD小鼠摄入更多的卡路里，尤其是在不运动的时候（图1E）。并且对于组织和单细胞水平的相关性分析也证明了以上结果（扩展图1A-1F）。随后，作者收集以上小鼠的scWAT、vWAT和SkM并进行转录组学分析。