- Типи клітин Білий адипоцит Астроцитокардіоміоцит Ендотеліальний Ентероцит Еозинофіл Еритроцит Сперматогонія Фібробласт Гепатоцит Мастоцит Скелетна мускулатура Нейрон Подоцит Кератиноцит
Типи клітин
Одномолекулярні адипоцити, або білі жирові клітини, знаходяться здебільшого як частина жирової тканини, хоча вони також можуть бути розкидані по сполучній тканині. Білий колір (іноді жовтуватий) відноситься до кольору жиру в його свіжому стані. Вони спеціалізуються на накопиченні енергії у вигляді нейтральних жирних кислот, коли енергетичний баланс позитивний. Більшість адипоцитів у дорослому організмі належать до цього типу, однокулярних, тобто вони містять у своїй цитоплазмі одну велику краплю жиру. Існують інші типи адипоцитів, такі як багатокутні, або адипоцити коричневого жиру, бежевого та рожевого.
1. Морфологія
Типові одноочні адипоцити мають округлу форму. Розмір клітин мінливий, і коли вони заповнені запасними речовинами, вони можуть досягати до 100 або 150 мкм в діаметрі (малюнки 1 і 2). Діаметр адипоцитів змінюється з розвитком. Наприклад, у людини у плода воно становить 40-50 мкм, у новонароджених - 50-80 мкм, у немовлят - 90-130 мкм, у худих дорослих - 50-200 мкм, а у дорослих з ожирінням вона коливається між 90 і 270 мкм. Максимальний розмір обмежений дифузією кисню та взаємодією з позаклітинним матриксом.
Малюнок 1. Ліворуч: жирова тканина з області матки щурів, забарвлена трихромом Массона. Справа: жирова тканина з тильної сторони язика щура, забарвлена гематоксилін-еозином. Рисунок 2. Одноклітинні адипоцити зі сполучною тканиною. Трихромне фарбування. Жирова тканина
Біла жирова тканина
Коричнева жирова тканина
Великі адипоцити, як правило, розташовані в неправильних гексагональних скупченнях, з'єднаних щілинними переходами, і, отже, можуть скоординовано реагувати на електричні сигнали. Невідомо, чи всі клітини жирового депо з’єднані, чи це зв’язок відбувається групами.
Навколо плазматичної мембрани зрілих адипоцитів знаходиться шар позаклітинного матриксу, який називається зовнішня пластинка, схожа на базальну пластинку епітелію. Цей лист може виступати як селективний бар’єр або як опорна структура для клітини. Він містить колаген VI типу, ламінін та гепаран сульфат, але не фібронектин. Фібронектин присутній у зовнішній пластині незрілих адипоцитів, але у зрілих він замінюється ламініном.
Позаклітинний матрикс дуже важливий для самого адипоцита, оскільки він впливає на його розмір та диференціацію. Наприклад, було запропоновано, що велика кількість колагену типу VI у позаклітинному матриксі жирової тканини є важливою для контролю розширення клітин. З іншого боку, преадипоцити не переростають у зрілі адипоцити, якщо вони не можуть вивільнити металопротеазу МТ1-ММП. Металопротеази розкладають позаклітинний матрикс. Тобто позаклітинний матрикс фізично регулює гіпертрофічний ріст адипоцитів. Жирові клітини прилипають через інтегрини до фібронектинів, ламінінів та колагену. Існує ціла серія змін в ланцюгах інтегрину, які спрямовують преадипоцити на диференціювання у зрілі адипоцити. Інтегрини також можуть бути відповідальними за зондування розміру клітини.
2. Ріст і проліферація адипоцитів
Під час ембріонального розвитку існують клітини, які містять крапельки жиру, видимі через 6 місяців гестації в гіподермі та нутрощах, і під час народження мають діаметр приблизно від 15 до 80 мкм.
Жирова тканина може рости або за рахунок збільшення розміру клітин вже існуючих адипоцитів (гіпертрофія), або за рахунок проліферації та утворення нових адипоцитів (гіперплазія або адипогенез). Обидва явища можуть мати місце, коли енергетичний баланс позитивний.
Збільшення розмірів адипоцитів є першим кроком до ожиріння, а гіперплазія виникає при важкому ожирінні. Надлишок калорій призводить до гіпертрофії адипоцитів, і якщо матеріал продовжує зберігатися, може стимулюватися гіперплазія або утворення нових адипоцитів. Спостереження вказують на те, що адипоцити можуть досягати лише максимального розміру клітини і що коли це досягається, починається проліферація клітин. Таким чином, гіпертрофія зазвичай передує адипогенезу під час розростання жирової тканини. Великі адипоцити виділяють паракринні речовини, які вербують преадипоцити. Великі адипоцити стають стійкими до дії інсуліну. Гіпертрофія адипоцитів у людей пов’язана з підвищеним ризиком розвитку діабету 2, незалежно від загального ожиріння. Крім того, гальмування гіперплазії може призвести до ектопічного відкладення жиру в печінці та м’язах, що може призвести до захворювань, пов’язаних з ожирінням.
Адипогенез відбувається з мезенхімальних стовбурових клітин типу фібробластів, які знаходяться в самій жировій тканині і підтримують активну популяцію протягом усього життя особини. У різних відкладах або навіть в межах одного відкладення жирові клітини можуть походити від мезенхімальних клітин, ембріональним походженням яких можуть бути нервові гребені або мезодерма. Існує дві фази: фаза компромісу, в якій стовбурова клітина стає преадипоцитом, і фаза диференціації, яка призводить до того, що преадипоцит стає зрілим адипоцитом. Ці стовбурові клітини знаходяться поблизу судин. Кількість одноочних адипоцитів в організмі людини генетично визначається до раннього віку.
Чи реагує область тіла з жировою тканиною на проліферацію, залежить від кількох факторів, таких як наявна популяція клітин-попередників, здатність до перфузії крові та щільність іннервації нерва. Наприклад, існує зворотна залежність між щільністю іннервації та збільшенням швидкості проліферації. Крім того, деякі гормони, такі як інсулін або тестостерон, впливають на адипоцити, але, схоже, впливають більше на розмір клітин, ніж на проліферацію. Однак в організмі є два великі відділи для зберігання жиру: вісцеральний та підшкірний, а гіперплазія більше пов’язана з підшкірними, а гіпертрофія - з вісцеральними відкладеннями. Походження різне для обох, і їх фізіологія та функції також різні.
3. Функції
Основна функція адипоцитів полягає у накопиченні енергії у вигляді жирів. Однак його функції ширші. Таким чином, відомо, що вони також важливі для підтримки гомеостазу глюкози та ліпідів в організмі. Крім того, залежно від розташування в тілі жирового відкладення, де знаходиться адипоцит, його функція буде різною.
Запас енергії
Основна місія адипоцитів - зберігати поживні речовини у вигляді нейтральних тригліцеридів, щоб вони могли виділятися під час фізичних вправ або нестачі їжі. З позаклітинного середовища вони можуть захоплювати глюкозу і перетворювати її в жирні кислоти, а також містять жирні кислоти та холестерин. Жирова тканина дуже гнучка, коли йдеться про накопичення або виділення енергії. У періоди надлишку їжі він зберігає жирні кислоти, які виділяються, коли потрібна енергія. Ліпіди, не розчиняючись у воді, краще зберігаються, ніж глікоген. Кількість ліпідів зберігає вдвічі більше тієї ж кількості глюкози. Один грам ліпідів зберігає близько 38 кДж. Магазин не тільки економить енергію, але також запобігає позаматкові жирові відкладення та ліпотоксичність в інших клітинах (особливо в м’язах та печінці).
Близько 80% вільного (нестерифікованого) клітинного холестерину знаходиться на мембранах крапель ліпідів. Жирові відкладення функціонують як раковина для холестерину у худих особин. 25% загального холестерину в організмі у людини міститься в жирових запасах у нормальних людей. Кавеоли багаті на адипоцити, в яких є як кавеолін 1, так і кавеолін 2. Взаємодія двох кавеолінів має важливе значення для утворення кавеол в адипоцитах. Ця олігомеризація сильно залежить від холестерину. Рецептор інсуліну знаходиться в кавеолах адипоцитів. Під час росту жирової краплі кавеоліни з плазматичної мембрани переміщуються до мембрани крапельки жиру, тоді як в них входить багато холестерину. Насправді саме холестерин активує перенесення кавеолінів, щоб полегшити розширення жирової краплі.
Ліпогенез передбачає включення та зберігання тригліцеридів всередині адипоциту (рис. 3). Основним шляхом синтезу ліпідів є попередник sn-гліцерин-3-фосфату, який перетворюється в моно, ді або тригліцериди шляхом етерифікації жирних кислот, яка відбувається в ендоплазматичній сітці. Інсулін є гормоном, який сприяє цьому процесу, оскільки збільшує включення глюкози в адипоцит, з якого утворюється 3-Р гліцерин, необхідний для утворення тригліцеридів. Гліцерин 3-P також може утворюватися з інших джерел, таких як лактат або певні амінокислоти. Інсулін відіграє додаткову роль, оскільки він пригнічує ліполіз. Включення глюкози відбувається в основному через транспортер GLU4, розташований у мембрані адипоцитів. Цей рецептор вбудовується у везикули, а пізніше в ендосоми, коли рівень інсуліну низький, але коли рівень інсуліну підвищується, а інсулін активує свої рецептори, GLU4 потрапляє на поверхню та включає глюкозу.
Рисунок 3. Ліпогенез та ліполіз (модифіковано з Rutkowski et al., 2015).
Ліполіз - це розпад тригліцеридів із крапель жиру до жирних кислот (рис. 3). Ферменти, відповідальні за ліполіз, знаходяться на поверхні жирової краплі, яка у відповідь на гормональний подразник збільшує свою кількість або рекрутується з цитозолю. Ці жирні кислоти виділяються в позаклітинне середовище.
Ендокринна
На додаток до своєї функції як клітини для зберігання резервних речовин, адипоцити є дуже активними клітинами в секреції білків і гормонів, відомих під загальною назвою адипокіни. Жирова тканина є найбільшою ендокринною структурою в організмі і здатна виділяти понад 500 активних молекул, званих адипокінами, деякі з них із запальною активністю. Адипокіни, такі як лептин та адипонектин, беруть участь у метаболізмі. Лептин діє в гіпоталамусі, де регулює споживання їжі, тоді як адипонектин викликає чутливість до інсуліну в печінці та м’язах. Адипоцити виділяють молекули не тільки пов’язані з метаболізмом, але також з імунітетом, васкулогенезом або перебудовою позаклітинного матриксу.
Захист
Шар жиру, який осідає під дермою, а також резервна тканина, служить багатьом тваринам як теплоізолятор проти дуже низьких температур. Підшкірно-жирові відкладення амортизують механічні пошкодження шкірного покриву.
Haczeyni H, Bell-Anderson KS, Farrell GC. 2018. Причини та механізми збільшення та жирового розширення адипоцитів. Огляд ожиріння. 19: 406-420.
Хаусман Д.Б., ДіГіроламо М.Бартнесс TJ. Хаусман Дж. Дж., Мартін Р. Дж. 2001. Біологія проліферації білих адипоцитів. Огляд ожиріння. 2: 239-254.
Папа Б.Д., Уоррен КР, Паркер К.К., Кован, Каліфорнія. 2016. Мікросередовище контролю долі та функції адипоцитів. Тенденції розвитку клітинної біології. 26: 745-5
Рутковський Й.М., Штерн Й.Х., Шерер ПЕ. 2015. Клітинна біологія розширення жиру. Журнал клітинної біології. 208: 501-512.