本研究聚焦于开发一种安全、高效、无血清的诱导平台，用于促进大黄鱼来源的脂肪干细胞向成熟脂肪细胞分化，旨在为细胞培养鱼肉中的脂肪组织生产提供可行方案。研究核心在于利用植物来源的小分子化合物替代传统动物源或药物源的诱导剂，并结合化学定义明确的血清替代系统，最终在三维培养条件下实现脂肪干细胞的高效成脂分化。

研究首先筛选了多种植物来源的小分子化合物，发现补骨脂酚和脱氢松香酸是促进脂肪干细胞成脂分化的关键活性成分。相较于传统的诱导剂组合，以这两种小分子为核心的混合物能够在含血清培养基中显著提升脂质积累水平。进一步的抑制剂实验证实，该诱导体系通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ通路来发挥作用，这与经典诱导途径机制相似，但来源更加安全、可接受。通过系统的浓度优化和脂质添加物筛选，研究确定了补骨脂酚与脱氢松香酸的最优浓度组合，并发现添加油酸和卵磷脂可进一步增强脂质积累效果，其中卵磷脂的乳化作用有助于提高油酸的细胞摄取效率。

为了彻底消除胎牛血清带来的批次不稳定性、伦理争议及食品安全隐患，研究构建了一套由生长因子、抗氧化剂和载体蛋白组成的血清替代系统。该系统与上述小分子混合物联用，能够在无血清条件下有效诱导脂肪干细胞成脂分化。实验结果显示，仅使用小分子混合物而不添加血清替代物时，细胞几乎无法启动分化；而补充血清替代系统后，细胞的脂质积累量和过氧化物酶体增殖物激活受体γ表达水平显著恢复，并与含血清对照组相当。通过逐一剔除血清替代系统中的组分，研究发现生长因子的缺失会持续降低细胞活力和成脂指标；抗氧化剂的缺失则导致活性氧积累和抗氧化酶活性升高，进而抑制分化；载体蛋白虽然不影响细胞存活，但对脂质转运和过氧化物酶体增殖物激活受体γ表达至关重要。这些结果表明血清替代系统能够有效模拟胎牛血清的关键支持功能，为无血清培养脂肪提供了可行方案。

图1 小分子混合物诱导脂肪干细胞成脂分化

在转录组水平上，研究分析了脂肪干细胞在无血清诱导体系下分化前后的基因表达变化。结果显示，分化后的细胞显著上调了与脂肪细胞分化、长链脂肪酸转运、甘油三酯代谢和脂质生物合成相关的通路，同时下调了与细胞增殖、转化生长因子β信号传导和细胞周期调控相关的基因。关键成脂转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ和增强子结合蛋白β在分化后显著上调，而早期分化抑制因子TCF21则显著下调。成熟脂肪细胞标志基因如脂滴包被蛋白PLIN2和脂联素ADIPOQ在分化后期被强烈诱导。此外，脂质摄取相关基因和脂质合成关键酶基因也同步上调。这些分子证据充分说明，该无血清小分子诱导体系能够有效驱动脂肪干细胞向功能性脂肪细胞转化。

代谢组学分析进一步揭示了分化过程中细胞的代谢重塑特征。分化后的细胞中，脂质及类脂分子显著富集，尤其是甘油磷脂、鞘脂和甘油脂类物质大量积累，而甾醇酯、脂肪酸和异戊烯醇脂类则相对减少。差异代谢物主要富集于类固醇生物合成、胆固醇代谢、甘油磷脂代谢、三羧酸循环和不饱和脂肪酸生物合成等通路。这些变化共同协调了乙酰辅酶A的代谢流向，为甘油三酯合成提供了必需的还原型辅酶Ⅱ和甘油骨架，并促进了磷脂合成以支持脂滴膜结构的扩展。分化后的细胞中甘油三酯含量显著升高，脂肪酸组成也发生明显变化：单不饱和脂肪酸比例上升，饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸比例下降。这种转变与硬脂酰辅酶A去饱和酶活性上调密切相关，有利于脂滴形成和脂质代谢稳态维持。

为实现可规模化的三维培养，研究制备了不同刚度的多孔明胶微载体，并评估了无血清诱导体系在悬浮培养条件下的适用性。低刚度微载体和高刚度微载体均能支持细胞存活，但高刚度微载体更有利于细胞增殖，而低刚度微载体在诱导阶段表现出更优的成脂分化效果。低刚度微载体上培养的细胞在诱导后脂滴覆盖率和成脂分化效率均显著高于高刚度组。转录组分析表明，低刚度微载体上的细胞显著上调了成脂关键调控因子和功能基因的表达，富集了与细胞分化、脂肪组织发育和脂肪酸转运相关的通路；而高刚度微载体上的细胞则富集了与DNA复制和细胞周期相关的通路。说明低刚度微载体通过抑制增殖相关信号、激活促分化转录网络来促进成脂分化，而高刚度微载体虽有利于扩增，但可能通过机械信号通路维持增殖状态，抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ活性，从而削弱分化能力。这一结果揭示了微载体刚度在细胞扩增与分化之间的调控作用，提示在未来的规模化生产中，可能需要针对增殖和分化阶段分别优化微载体的力学特性。

综上所述，本研究成功建立了一套基于植物小分子和化学定义血清替代系统的无血清成脂诱导平台，能够在二维和三维培养条件下有效促进大黄鱼脂肪干细胞向成熟脂肪细胞分化。该体系通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ通路，驱动广泛的转录组和代谢组重塑，促进脂质合成与积累。微载体刚度的优化进一步提升了三维培养中的分化效率。这项工作为细胞培养鱼肉中脂肪组织的规模化生产提供了一种化学成分明确、无动物源组分、可扩展的策略，并为未来优化生物反应器工艺和开发食品级诱导方案奠定了理论基础。

来源：10.1016/j.foodres.2025.118109