微精选

在《Nature》期刊发表的这篇文章中，德国科研团队揭示了母体肥胖通过影响胎儿肝脏库普弗细胞的代谢编程，诱发后代脂肪肝疾病的机制。研究发现，母体高脂饮食使胎儿KCs发生HIF1α依赖的代谢重编程，促使其分泌载脂蛋白，增强肝细胞脂质积累，导致成年脂肪肝。耗竭异常KCs并用正常单核细胞补充可逆转脂肪肝表型，而敲除巨噬细胞HIF1α则阻断了该过程。该研究首次将肝脏巨噬细胞定位为母体营养信息的跨代传递者，拓展了发育起源健康与疾病理论，为母体肥胖相关脂肪肝的预防和治疗提供了新思路。

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研究背景

近年来，母体肥胖已被广泛认为是影响后代健康的重要环境因素，尤其与代谢性疾病的发生密切相关。肝脏作为关键的代谢器官，其固有巨噬细胞——Kupffer细胞（KCs）在胚胎早期即定植于肝脏，参与肝脏发育及维持组织稳态。尽管已有研究揭示母体营养状态能影响胎儿免疫细胞的发育，尤其是脑内微胶质细胞的功能编程，但肝脏巨噬细胞是否同样作为母体环境的“信息传递者”，并在成年后引发疾病尚未明确。此外，代谢相关脂肪肝病（MAFLD）发病率随全球肥胖率上升而增加，肝脏巨噬细胞在疾病进展中的作用逐渐受到关注，但其在母体肥胖诱导的脂肪肝发病机制中的具体贡献仍待阐明。

本研究利用母体肥胖小鼠模型，系统探讨了母体高脂饮食对胎儿Kupffer细胞的代谢及转录编程影响，揭示了Kupffer细胞在发育阶段受到的代谢重编程可持续至成年，进而驱动脂肪肝的发生。研究发现，母体肥胖通过诱导Kupffer细胞内低氧诱导因子HIF1α的活化，促使其代谢状态从氧化磷酸化转向糖酵解，导致其分泌包括载脂蛋白在内的多种促脂质积累的因子，促进肝细胞脂质摄取和沉积。通过特异性耗竭并替换Kupffer细胞，或敲除HIF1α基因，均能有效缓解后代脂肪肝病变，明确了Kupffer细胞的发育期功能扰动是脂肪肝发病的因果因素，凸显了胎儿来源巨噬细胞作为母体环境信息的跨代传递者的重要角色。

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研究发现

本研究揭示了母体肥胖通过影响肝脏常驻巨噬细胞——Kupffer细胞（KCs）的发育编程，导致子代成年后脂肪肝疾病（FLD）的发生。具体而言，母体肥胖诱导KCs发生HIF1α依赖的代谢重编程，使其从氧化磷酸化转向糖酵解代谢状态，这种改变在成年期持续存在，促进肝细胞脂质摄取和积累，进而引发脂肪肝。通过新生儿期耗竭KCs并用未经历高脂饮食的单核细胞补充，能够逆转脂肪肝表型，进一步证明了KCs在疾病发病中的关键作用。此外，敲除巨噬细胞中特异性基因Hif1a阻断了KCs的代谢重编程，显著预防了脂肪肝的发生，表明HIF1α是母体肥胖影响KCs功能的核心调控因子。

母体高脂饮食导致子代肝脏脂质显著积累，表现为脂肪肝，且这一表型独立于子代的体重和白色脂肪组织重量变化。 KCs在母体肥胖条件下表现出炎症激活和代谢状态改变，转向糖酵解代谢，伴随关键代谢酶和转运蛋白表达下降。 利用双重谱系追踪模型证实，KCs在母体肥胖条件下仍保持卵黄囊起源，未被骨髓来源的单核细胞替代。 KCs通过分泌载脂蛋白（如APOE和APOA1）等旁分泌因子促进肝细胞脂质积累，体外共培养实验和体内耗竭补充实验均支持此机制。 巨噬细胞特异性敲除Hif1a基因阻断了KCs的代谢重编程，显著减少肝脏脂质积累，阻止脂肪肝形成。 单核核RNA测序和ATAC测序揭示母体肥胖引起KCs表观遗传和转录组持续变化，尤其是脂质代谢和炎症相关基因的调控，进一步支持KCs作为母体环境信息的“跨代信使”。 这些发现表明，母体肥胖通过HIF1α介导的KCs代谢和功能重编程，驱动子代成年期脂肪肝的发生，提供了潜在的早期干预靶点。

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临床意义

母体肥胖可通过胚胎期影响肝巨噬细胞发育，导致后代肝脏脂质代谢异常，发生脂肪肝，提示孕期母体代谢状态对下一代肝脏健康的深远影响。  肝巨噬细胞（Kupffer细胞）作为胎儿时期早期肝脏定植的组织常驻巨噬细胞，其代谢重编程和转录谱持久改变是脂肪肝发病的关键驱动因素，显示了巨噬细胞在代谢疾病发病中的核心作用。  代谢重编程依赖于巨噬细胞内缺氧诱导因子HIF1α的活化，阻断HIF1α可有效预防由母体肥胖引起的后代脂肪肝，提示HIF1α通路为潜在的干预靶点。  通过新生小鼠期特异性清除异常编程的Kupffer细胞，并用正常单核细胞补充，可逆转脂肪肝表型，暗示细胞治疗或靶向巨噬细胞重塑的治疗策略具有可行性。  肝巨噬细胞通过分泌载脂蛋白（如APOE、APOA1）促进肝细胞脂质摄取，引发脂肪积累，揭示了免疫细胞与肝细胞之间代谢调控的关键通讯机制。强调孕期母体体重管理和营养干预的重要性，防止母体肥胖对胎儿肝脏免疫代谢系统的负面编程。  HIF1α及其下游代谢通路可作为新型药物开发目标，旨在阻断母体肥胖引发的肝巨噬细胞异常编程，预防脂肪肝。  巨噬细胞的细胞治疗策略，如早期清除异常巨噬细胞并替换为功能正常的单核细胞，可能成为防治母体肥胖引发的代谢性肝病的创新疗法。  载脂蛋白及其相关代谢标志物的检测或能早期识别高风险新生儿，实现早期干预。  总之，该研究从细胞发育学和代谢免疫学角度，揭示了母体肥胖对后代肝脏健康的深远影响，明确了肝巨噬细胞的发育编程在脂肪肝疾病中的核心驱动作用，为临床预防和治疗代谢性脂肪肝提供了新的理论依据和潜在干预靶点。

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实验策略

1. 小鼠模型构建与处理：  采用C57BL/6JRcc遗传背景母鼠，3-4周龄开始高脂（HFD）或对照饮食（CD）饲养8周后交配。 交配后维持母鼠饮食，分组设计包括母体饮食（HFD或CD）、哺乳期母鼠饮食及断奶后子代饮食（HFD或CD）交叉组合。 交叉哺育控制哺乳期影响，断奶后饮食控制后天饮食影响。

2. 细胞命运追踪：  通过Tnfrsf11aCre和Ms4a3FlpO双重遗传标记系统，分别标记胚胎卵黄囊来源和骨髓单核细胞来源，鉴定KCs起源。

3. 肝脏组织学与脂质检测：  冷冻切片油红O染色检测中性脂质沉积；石蜡切片苏木精-伊红染色（H&E）评估肝组织形态学。 脂质组学采用直接注射质谱（direct infusion MS）分析肝脏脂质种类和丰度。

4. 肝免疫细胞分离与流式细胞分析：  肝脏机械和酶消化制备单细胞悬液，低速离心去除肝细胞，富集免疫细胞。 多色流式染色检测KCs及其他免疫细胞亚群，含代谢相关蛋白（如GLUT1、SDHA）多参数检测。

5. RNA测序和多组学分析：  分选纯化的KCs和肝细胞进行SMART-Seq2文库构建，Illumina平台测序。 进行差异表达分析、基因共表达网络分析（hCoCena）、转录因子活性推断（CollecTRI、DecoupleR）。 采用单核RNA-seq和ATAC-seq联合技术，分析肝脏细胞群转录组及染色质开放状态。

6. 体外共培养与功能验证：  分离肝细胞和KCs进行非直接接触的共培养，利用LD540荧光标记中性脂质，实时动态监测肝细胞脂质累积。 加入重组蛋白（APOE、APOA1、TNF）测试其对肝细胞脂质累积的影响。

7. 巨噬细胞耗竭与移植实验:  利用Clec4f-DTR小鼠，新生期用白喉毒素耗竭KCs，随后静脉注射未受母体肥胖影响的骨髓单核细胞及造血祖细胞，检测脂肪肝表型变化。

8. 蛋白质组学分析:  KCs细胞裂解后，蛋白酶消化，采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行蛋白质定量和鉴定，结合MaxLFQ算法进行定量归一化。

9. 代谢组学和血清炎症因子检测:  代谢组学由商业平台Metabolon完成，数据经归一化、批次校正后进行统计和通路富集分析。 血清多重细胞因子和趋化因子分析（Luminex），评估系统性炎症状态。

10. 统计和生物信息学分析:  根据数据类型选用t检验、ANOVA、多重假设检验校正（FDR）等统计方法。 使用R语言及Bioconductor包进行数据处理、可视化和功能注释。 多组学数据集均公开在GitHub，保证可重复性。

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数据解读

图1：母体肥胖导致后代脂肪肝疾病（FLD）

Figure 1 旨在探究母体肥胖对其后代肝脏脂肪代谢及脂肪肝疾病发生的影响。通过建立母体肥胖小鼠模型，结合多组学分析，评估后代肝脏脂质积累及相关基因表达变化。  A. 母体肥胖小鼠模型的建立示意图。作者通过特定饮食干预生成不同母体肥胖状态的小鼠模型，为后续研究提供实验基础。  B. 对后代小鼠肝脏进行油红O（ORO）染色以检测脂质积累。结果显示，不同母体肥胖及饮食组合的后代肝脏中脂质沉积存在差异，部分组别表现出明显的脂肪肝病理特征。染色图像代表性地展示了11个不同实验组小鼠的肝脏脂质分布情况，比例尺为200μm。  C. 利用QuPath软件对B图中ORO染色图像进行定量分析。通过小提琴图展示每只小鼠2至10张图像的脂质积累中位数和四分位数。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）并结合Tukey多重比较检验，重点比较CDMCDLCD、CDMCDLHFD和HFDMCDLCD三组的脂质积累差异。结果显示这些组别间脂质积累存在显著差异，反映母体肥胖及饮食对后代肝脂质沉积的影响。  D. 对所有实验组后代小鼠肝脏进行脂质组学分析，并通过主成分分析（PCA）进行可视化。样本量分别为CDMCDLCD（3只）、CDMCDLHFD（6只）、HFDMCDLCD（4只）、HFDMHFDLCD（6只）、HFDMCDLHFD（4只）和HFDMHFDLHFD（5只）。PCA结果揭示不同组别肝脏脂质组成存在明显差异，提示母体肥胖及饮食干预改变了后代肝脏脂质代谢。  E. 对分选得到的库普弗细胞（KCs）进行整体RNA测序，并通过PCA分析各组样本的转录组差异。每个点代表一只小鼠，样本量分别为CDMCDLCD（2只）、CDMCDLHFD（6只）、HFDMCDLCD（3只）、HFDMHFDLCD（5只）、HFDMCDLHFD（4只）和HFDMHFDLHFD（2只）。PCA显示不同组别KCs的基因表达谱存在明显分离，反映母体肥胖及饮食对后代肝脏免疫细胞转录特征的影响。  F. 利用KCs的RNA-seq数据中变异最大的5000个基因进行水平共表达网络分析。左图展示了基因网络的聚类结果，右图显示各聚类模块在不同实验条件下的组别折叠变化（GFC）及其富集的信号通路。结果表明，不同组别KCs中存在特定基因表达模块显著变化，相关通路包括氧化磷酸化等代谢过程。  G. 选取F图中差异表达基因（DEGs）与注释基因集的交集，绘制热图展示关键基因的表达变化。热图中涉及的基因主要与氧化磷酸化（OxPhos）等代谢功能相关，反映母体肥胖对后代KCs代谢基因表达的调控。  结论： 母体肥胖通过影响后代肝脏脂质积累和库普弗细胞的基因表达，促进了后代脂肪肝疾病的发生。脂质组学和转录组分析揭示了母体肥胖及饮食干预对后代肝脏代谢及免疫细胞功能的深远影响。

图2：母体肥胖后肝巨噬细胞保持卵黄囊起源，并通过旁分泌信号诱导脂滴积累

Figure 2 旨在探究母体肥胖对肝巨噬细胞（Kupffer cells, KCs）起源的影响及其对肝细胞脂滴积累的作用机制。通过构建双重命运追踪小鼠模型，结合体外共培养和体内细胞耗竭及转移实验，分析KCs的起源及其通过旁分泌信号诱导脂滴积累的功能。  A. 实验设计为构建Tnfrsf11aCre;Rosa26LSL-YFP;Ms4a3FlpO;Rosa26FSF-tdTomato双重命运追踪小鼠，用于区分不同起源的巨噬细胞群体。该方案通过遗传标记实现对肝巨噬细胞起源的追踪。  B. 利用该双重命运追踪模型的谱系追踪策略示意图，显示了巨噬细胞从红髓系祖细胞（EMP）和粒单系祖细胞（GMP）分化的过程。绿色表示表达YFP的细胞，红色表示表达tdTomato的细胞，黄色表示同时表达两者的细胞。  C. 通过流式细胞术检测11-12周龄CDMCDLCD（对照饮食组）和HFDMCDLCD（高脂饮食组）小鼠肝巨噬细胞中YFP和tdTomato的标记效率。结果显示，无论母体是否肥胖，KCs主要保持YFP阳性，表明其仍然保持卵黄囊起源的特征，未被GMP来源的单核细胞显著替代。  D. 设计了肝细胞体外培养实验，将来自普通饮食小鼠的肝细胞与来自CDMCDLCD或HFDMCDLCD小鼠的KCs共培养，观察脂滴积累的动态变化。  E. 通过LD540染料的荧光强度实时成像，定量分析肝细胞在与CDMCDLCD或HFDMCDLCD小鼠来源KCs共培养4小时内脂滴的积累情况。结果显示，与CDMCDLCD组相比，HFDMCDLCD组KCs显著促进肝细胞脂滴的积累，提示肥胖母体来源的KCs通过旁分泌机制诱导肝细胞脂质沉积。  F. 构建肝巨噬细胞耗竭及单核细胞/造血干祖细胞转移的母体肥胖模型。通过注射白喉毒素（DT）耗竭KCs，并转移单核细胞和造血干祖细胞，评估KCs在脂滴积累中的作用。  G. 利用油红O（ORO）染色检测上述模型中肝脏脂质沉积情况。结果显示，耗竭KCs后转移单核细胞和造血干祖细胞的小鼠肝脏脂质沉积显著减少，表明KCs在母体肥胖诱导的肝脂滴积累中发挥关键作用。  H. 通过QuPath软件对油红O染色图像进行定量分析，采用小提琴图展示各组肝脏脂质沉积的分布情况。统计分析显示，KCs耗竭组与对照组相比，肝脏脂质沉积显著降低，进一步支持KCs介导的脂滴积累机制。  结论： 母体肥胖不会改变肝巨噬细胞的卵黄囊起源，肥胖母体来源的KCs通过旁分泌信号促进肝细胞脂滴积累，肝巨噬细胞在母体肥胖诱导的肝脂质沉积中发挥关键作用。

图3：出生后脂肪肝由HIF1α依赖的KCs发育编程驱动

Figure 3 展示的是关于KCs（库普弗细胞）在母体肥胖条件下的HIF1α依赖性代谢重编程如何推动后代脂肪肝发展的实验结果。  a. 在这个实验模型中，研究者们通过去除Hif1a基因来评估它在KCs中的作用。这些小鼠分为四组：母体肥胖+野生型（HFDMCD WT）、母体肥胖+敲除型（HFDMCD KO）、对照+野生型（CDMCD WT）和对照+敲除型（CDMCD KO）。所有鼠的母体在妊娠期间都处于高脂饮食（HFD）下。  b. 图中展示了不同实验组小鼠肝脏的ORO（Oil-red-O）染色，这是一种用于检测脂质积累的染色方法。结果显示，与野生型相比，Hif1a敲除小鼠（HFDMCD KO）显示出显著减轻的肝脂肪变性，这提示Hif1a的存在促进了脂质积累。  c. ORO染色的定量分析进一步证实，在母体肥胖条件下，Hif1a的基因敲除显著降低了后代肝脏的脂质积累。  d. 通过肝脏脂质组学的主成分分析（PCA），可以观察到不同实验组之间的脂质谱差异。结果显示，母体肥胖且Hif1a未敲除的后代（HFDMCD WT）与其他组（包括Hif1a敲除组和对照组）在脂质组成上存在显著差异，提示母体的HFD诱导脂肪肝与HIF1α路径有关。  e. 从分离的KCs的RNA测序分析也表明，母体肥胖主要影响了KCs的转录程序，而不是终生饮食状态。HFDMCD KO小鼠的KCs聚集到与母体瘦弱条件类似的位置上，显示出发育程序事件的逆转。  f-h. 通过转录组和蛋白质组分析，研究识别了KCs中由HIF1α调控且由母体肥胖诱导的分泌性配体及其可能的对应肝细胞受体。这为理解KCs通过分泌因子将其编程状态传递给肝细胞以驱动脂质蓄积提供了线索，尤其是发现了大量的载脂蛋白和凝血因子在细胞间通讯中扮演重要角色。  总结：Figure 3的数据表明，HIF1α在库普弗细胞中的特定基因敲除可以部分抵消母体肥胖对后代诱发脂肪肝的影响，提示HIF1α在此代谢重编程过程中的关键作用。此外，结果也支持KCs作为代际信号传递者，将母体的营养信号转化为持久的肝脏功能障碍。

图4：母体肥胖诱导后代KCs的表观遗传和转录变化

Figure 4 展示了关于母体肥胖如何诱导后代库普弗细胞（KCs）发生表观遗传和转录变化的研究结果。  a. snRNA-seq（单核RNA测序）和ATAC-seq（开放染色质分析）的一体化分析，通过UMAP（统一流形逼近投影）展示了五种不同的KCs状态。这些状态是通过结合不同的转录和染色质可及性数据来识别的。  b. 点图显示了不同KC状态中特异性高表达的基因，揭示了在母体肥胖条件下的KCs中，某些基因表达的变化。例如，有些状态中MHC class II相关的基因（如H2-Aa, H2-Ab1和Cd74）以及其他免疫调节和代谢应答基因（如Pparg, Lilr4b和Lgals3）表达增加。  c. 热图展示了在不同聚类中的转录因子活性的预测情况。结果表明，在母体肥胖条件下，新生的KCs状态的特定转录因子（例如HIF1α、Jun、Ets1和Esr2）的活性增加。  d. 小提琴图比较了在所有KCs状态下，母体瘦弱组和母体肥胖组间Apoe和Apoa1的表达水平。结果显示，母体肥胖状态下，这些基因的表达显著增加。  e. ATAC-seq峰覆盖图显示了Apoe基因位点在不同组别间的染色质开放情况。结果标识了在母体肥胖条件下，特定转录因子结合位点（如PPARγ–RXRα和PPARα）的染色质开放程度增加，这可能激活了Apoe基因的表达。  f. 实验通过在体外培养的肝细胞中加入APOE或APOA1蛋白，观察其对脂质积累的影响。结果表明，与对照组相比，APOE和APOA1显著促进了脂质的积累，特别是APOE的效果更为显著。  总结：Figure 4展示的数据强调了母体肥胖如何通过诱导代谢和转录因子的持久性变化，导致后代KCs中某些基因，特别是那些编码载脂蛋白的基因表达的上调。这些变化可能直接促进了肝细胞中脂质的积累，从而加剧脂肪肝的发生。通过识别这些关键分子路径，研究为深入理解母体肥胖与后代代谢疾病的关系提供了新视角，并带来潜在的干预靶点。

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主要结论

母体肥胖通过HIF1α依赖性的代谢重编程影响后代的库普弗细胞（KCs），这种影响使KCs在成人阶段持续促进肝细胞中的脂质积累，从而导致脂肪肝的发展。通过敲除KCs中的Hif1a基因，研究者们展示了可以阻止这种由母体肥胖引起的代谢重编程，进而预防后代脂肪肝的发生。此外，研究确定了载脂蛋白在此过程中作为KCs与肝细胞之间的重要信号转导分子的作用，强调了母体代谢状态对后代健康及疾病的长期影响。这为潜在的治疗干预和防治母体肥胖相关的代谢疾病提供了新的视角和靶点。

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讨论总结

这项研究支持了一个重要的观点，即卵黄囊来源的组织驻留巨噬细胞（如库普弗细胞）在健康和疾病的发育起源概念中扮演着关键角色。研究表明，这些细胞在发育过程中的扰动可能导致成人阶段的肝脏病理生理变化。与之前的研究类似，研究发现脑的微胶质细胞在神经发育和行为障碍中有重要作用。而这项研究表明，库普弗细胞在母体肥胖的条件下，通过HIF1α依赖的代谢开关使其从氧化磷酸化转向糖酵解，从而影响成年后肝脏的脂质代谢。值得注意的是，这种现象并非源于母体免疫激活或系统性炎症，而是其间接导致的代谢物和脂质通过胎盘对巨噬细胞功能的调节。  研究指出，针对HIF1α的基因敲除排除了卵母细胞、肝细胞及其祖细胞的发育编程作为脂肪肝的主要驱动因素，强调了库普弗细胞作为代际信号传递者的重要性。这些细胞能够在胎儿阶段感知母体的营养信号，并将此信息转换成长久的转录程序，以影响成年生命。此外，通过去除各种由母体肥胖诱导的信号因子（如载脂蛋白）的试验，研究进一步确认了这些因子在母体肥胖引发的脂质积累中的作用。

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