Micro-CT在小鼠脂肪组织的识别和分离研究中的应用
Micro-CT用于小鼠脂肪研究
导语
随着生活水平的提升，全世界的肥胖人口正在迅速增加。脂肪过多还会增加心脏病和2型糖尿病（最常见的糖尿病）的风险。近年来研究表明，与肥胖相关的疾病危险性不只是与脂肪总量有关，更与脂肪在体内的分布有关。因此，越来越多的研究将重点放在对脂肪组织的差异性研究中，而不是简单地仅考虑总体肥胖程度。在这些研究中，Micro-CT因为其高分辨率，无创伤等优点，被广泛应用于精确定位局部脂肪，为肥胖及代谢疾病的检查和诊断提供准确的依据。
1、腹部脂肪分析
根据体内不同部位脂肪聚积的表现，肥胖可以分为腹形肥胖和外周型肥胖两种。其中腹型肥胖的脂肪主要聚集在腹部表皮和内脏脏器周围，又称为向心形肥胖。此类肥胖是导致高血压、高血糖或脂代谢紊乱、心血管疾病的一大诱因。
腹部脂肪包括内脏脂肪（腹内脂肪）和皮下脂肪（腹壁脂肪）。这两者主要通过腹壁肌肉隔开，即下图中箭头所指的位置。
图1 小鼠的Micro-CT三维重建图（顶部）。在L1的近端和L5椎骨的远端之间定义了腹部感兴趣区域（虚线）。下面显示了两个界标中每一个的横截面。箭头指示将内脏与皮下脂肪分开的肌肉层。
内脏脂肪分布于腹壁肌肉内缘以及脊柱前缘之间的腹腔及腹腔后的区域。内脏脂肪过多是身体代谢紊乱的表现，长期内脏脂肪会导致高血脂、心脑血管疾病、身体器官机能下降等并发症。
皮下脂肪分布于腹部皮肤轮廓及腹壁肌肉外缘之间的区域，其主要作用是绝热和贮存。同样，皮下脂肪的累积也会造成肥胖。一般内脏脂肪的累积和消耗都比较容易，而皮下脂肪则相反，一旦累积起来就很难消耗，故皮下脂肪的定量研究对于预防肥胖也至关重要。下图为小鼠椎间盘水平位置的CT图像，可以发现通过密度和结构上的差异可以区分各个器官和组织。
图2 椎间盘水平位置的小鼠腹部横切显微CT图像。
在相关内脏脂肪和皮下脂肪定量分析研究中，常用的参数如下所示：
|
名称 |
简写 |
单位 |
解释及意义 |
|
内脏脂肪体积 |
VAT |
mm3 |
内脏脂肪的体积 |
|
皮下脂肪体积 |
SAT |
mm3 |
皮下脂肪的体积 |
|
总脂肪体积 |
TAT |
mm3 |
VAT和SAT的总和 |
|
体脂率 |
Fat Ratio |
% |
TAT与TV的比值 |
Micro-CT扫描可提供足够高的对比度和信噪比，整个小鼠体内的脂肪组织的识别和分离结果如下图所示。使用骨骼部位作为解剖地标，可以对感兴趣的区域进行精确定义，既可以用于不同动物之间的测量，也可以用于同一动物内的多次测量。
图3.（a）小鼠的显微CT三维重建图，通过骨骼分布定义目标区域。（b）对比发现小鼠大多数脂肪组织位于腹部区域，同时胸腔和腿部的低密度（脂肪）组织患病率较低。（c）为了量化这些不同体室中的脂肪量，将不同密度的组织分离并分类为脂肪（黄色）、瘦肉（红色）或骨骼（白色）。（d）来自三只不同的低脂肪，中脂肪或高脂肪动物的代表性图像。皮下脂肪显示为灰色，内脏脂肪显示为红色。
2、或许你知道脂肪还有“棕色”的嘛？
人体内脂肪含有两种形态和功能完全不同的脂肪，除了不那么友善的“白色脂肪”（WAT），还有一种脂肪名为“棕色脂肪”（BAT）。
白色脂肪包含上文所说的皮下脂肪与内脏脂肪，是人体中含量最多的脂肪组织，主要功能是将体内多余的能量以脂肪的形式储存起来。
棕色脂肪是人体内另一种脂肪组织，存在颈部、锁骨、肾脏和脊髓等区域，当被低温激活时，棕色脂肪会利用血液中的糖和脂肪在体内产生热量。
通常而言，棕色脂肪在新生儿体内含量最为丰富，可以帮助婴幼儿抵御严寒。随着年龄的增长，人体内的棕色脂肪越来越少。棕色脂肪作为“优秀”脂肪，在脂肪产热和促进能量代谢方面发挥重要作用。
在实验中，确定小鼠棕色脂肪组织数量的能力在肥胖和糖尿病的研究中至关重要。以下为使用Micro-CT对小鼠肩胛部位棕色脂肪的分离示意图。
图 4 小鼠肩胛部位横截扫描图。蓝色代表棕色脂肪区域，左右为两种不同形态的棕色脂肪。
参考文献：
[1]Y. K , Luu, and, et al. In vivo quantification of subcutaneous and visceral adiposity by micro-computed tomography in a small animal model[J]. Medical Engineering & Physics, 2009.
[2]Judex S , Luu Y K , Ozcivici E , et al. Quantification of Adiposity in Small Rodents using Micro-CT[J]. other, 2010, 50(1).
[3]陈春林. 基于Micro-CT的脂肪测量软件设计开发[D]. 2014.
[4]Marko L , Deike H , Nancy N , et al. Non-Invasive Quantification of White and Brown Adipose Tissues and Liver Fat Content by Computed Tomography in Mice[J]. Plos One, 2012, 7(5):e37026.
