適應(yīng)性產(chǎn)熱（Adaptive thermogenesis）是機(jī)體對(duì)外界刺激的一種代謝性產(chǎn)熱機(jī)制，對(duì)于維持機(jī)體體溫促進(jìn)動(dòng)物在寒冷環(huán)境下的生存至關(guān)重要。棕色和米色脂肪組織是非顫抖性產(chǎn)熱的主要組織。棕色和米色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱活性主要依賴于解偶聯(lián)蛋白1（Uncoupling protein 1, UCP1）。Ucp1的高表達(dá)是維持棕色或米色脂肪細(xì)胞高產(chǎn)熱活性所必需的。冷刺激可以通過激活交感神經(jīng)分泌腎上腺素作用于棕色和米色脂肪細(xì)胞的β3-腎上腺素受體，激活腎上腺能信號(hào)通路，促進(jìn)PPARγ及其協(xié)同調(diào)控因子對(duì)Ucp1等產(chǎn)熱基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。依賴腎上腺素能激活的適應(yīng)性產(chǎn)熱降低會(huì)導(dǎo)致肥胖易發(fā)。

因此，促進(jìn)產(chǎn)熱可能是控制肥胖的有效方法。激活米色脂肪組織可顯著促進(jìn)全身能量消耗。在缺乏米色脂肪細(xì)胞的小鼠中可以觀察到肥胖和相關(guān)的代謝障礙。然而，米色脂肪發(fā)育和功能維持的調(diào)控機(jī)制還有待進(jìn)一步闡明。SOX4是調(diào)控干細(xì)胞特性、分化和多種發(fā)育途徑的重要發(fā)育轉(zhuǎn)錄因子。

2022年11月7日，廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在《Theranostics》發(fā)表題目為SOX4 promotes beige adipocyte-mediated adaptive thermogenesis by facilitating PRDM16-PPARγ complex的論文。廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生沈煥明、何婷、王帥、碩士生侯玲鳳是該文章的共同第一作者，李博安教授和郭慧玲助理教授為該文章的共同通訊作者。本研究發(fā)現(xiàn)在長期冷刺激下，SOX4可以通過促進(jìn)PRDM16-PPARγ復(fù)合體形成促進(jìn)米色脂肪細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性產(chǎn)熱。
 

研究材料
本文體內(nèi)實(shí)驗(yàn)用到是動(dòng)物模型為Pref1-Sox4過表達(dá)小鼠（賽業(yè)生物提供）。利用Adiponectin-Cre-lox系統(tǒng)獲得脂肪組織特異Sox4敲除的小鼠模型。研究者首先在小鼠Sox4基因Exon 1中插入兩個(gè)loxP位點(diǎn)構(gòu)建Flox鼠，再與Adiponectin-Cre小鼠配繁獲得Adiponectin-Cre+/-:SOX4F/F。利用產(chǎn)熱脂肪細(xì)胞特異性表達(dá)Cre（Ucp1-Cre）的小鼠與SOX4F/F交配產(chǎn)生產(chǎn)熱脂肪組織（棕色和米色脂肪組織）特異性SOX4 KO的小鼠。

本文體外實(shí)驗(yàn)，研究者分離了腹股溝皮下白色脂肪組織（iWAT）的血管基質(zhì)細(xì)胞（SVF），并且導(dǎo)入大T抗原使其成為永生化的前脂肪細(xì)胞。根據(jù)文獻(xiàn)提供的方法，研究者在體外建立米色脂肪誘導(dǎo)分化的體系。

技術(shù)方法
采用RNA-seq、ChIP-qPCR、FAIRE assay、OCR、Co-IP、IFT、小鼠代謝等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

技術(shù)路線

研究結(jié)果
鑒于研究者先前課題對(duì)SOX4的研究，發(fā)現(xiàn)前脂肪細(xì)胞特異性Pref1基因啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)SOX4過表達(dá)的Pref1-Sox4小鼠（賽業(yè)生物提供）相對(duì)于WT小鼠具有抵抗高脂飼喂（HFD）誘導(dǎo)的肥胖（圖1 A），緩解了葡萄糖不耐受和胰島素抵抗（圖1 B-C），并改善了能量代謝效率（圖1 D），但對(duì)食物攝入量和運(yùn)動(dòng)活動(dòng)沒有明顯影響（圖1 E）。這表明SOX4可能調(diào)節(jié)某些外部刺激誘導(dǎo)的產(chǎn)熱過程，促使研究者想去探究脂肪組織中的SOX4在長期冷刺激過程中的產(chǎn)熱功能上是否發(fā)揮作用。
 

Pref1-Sox4小鼠相對(duì)于WT小鼠在長期冷刺激下的產(chǎn)熱增加[1]

基于此，研究者發(fā)現(xiàn)在長期冷刺激（CS）下Pref1-Sox4小鼠（賽業(yè)生物提供）的產(chǎn)熱能力相比于野生型（WT）小鼠同樣表現(xiàn)明顯的增強(qiáng)作用，而食物攝入量和運(yùn)動(dòng)活性沒有改變。由于Pref1-Sox4小鼠在前脂肪細(xì)胞中特異性過表達(dá)Sox4，研究者進(jìn)一步探究長期冷刺激下Sox4過表達(dá)對(duì)于三大脂肪組織形態(tài)和產(chǎn)熱基因表達(dá)的影響。研究者發(fā)現(xiàn)Pref1-Sox4小鼠在長期冷刺激下，選擇性增強(qiáng)了腹股溝皮下白色脂肪組織（iWAT）中米色脂肪的生成和產(chǎn)熱基因的表達(dá)，但不影響經(jīng)典棕色脂肪組織（BAT）和性腺周圍白色脂肪組織（gWAT）的形態(tài)和產(chǎn)熱基因表達(dá)。正如圖示qPCR分析的產(chǎn)熱基因mRNA水平（圖2 A-C），三個(gè)脂肪組織的代表性圖像（圖2 D）和H&E染色的結(jié)果所示。
 

Pref1-Sox4小鼠特異性增加皮下白色脂肪組織中米色脂肪的形成和產(chǎn)熱基因的表達(dá)[1]

研究結(jié)論
首先，研究者發(fā)現(xiàn)冷刺激或β-Ar信號(hào)通路誘導(dǎo)產(chǎn)熱脂肪細(xì)胞中SOX4的表達(dá)。對(duì)不同小鼠模型的研究中研究者發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞特異性或產(chǎn)熱脂肪細(xì)胞特異性SOX4缺失的小鼠表現(xiàn)出明顯的冷不耐受，代謝速率和能量消耗減少，米色脂肪細(xì)胞的形成和產(chǎn)熱相關(guān)基因的表達(dá)削弱。這些小鼠在高脂飲食下更易發(fā)展為肥胖，并伴有嚴(yán)重的肝臟脂肪變性、胰島素抵抗和脂肪組織炎癥發(fā)生。

在細(xì)胞水平上，前脂肪細(xì)胞中敲減SOX4明顯抑制了米色脂肪細(xì)胞的發(fā)育。重要的是，成熟米色脂肪細(xì)胞SOX4的減少則大大降低了產(chǎn)熱相關(guān)基因的表達(dá)和細(xì)胞能量代謝速率。分子機(jī)制方面，SOX4通過與PPARγ結(jié)合并激活其轉(zhuǎn)錄功能來促進(jìn)下游靶基因Ucp1的轉(zhuǎn)錄。研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)SOX4的這些作用至少部分是通過將PRDM16招募到PPARγ以形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物來提高產(chǎn)熱基因Ucp1的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。

基于目前用于激活米色脂肪生成的激動(dòng)劑容易帶來嚴(yán)重的副作用，對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生不良反應(yīng)，迫切需要開發(fā)出一個(gè)新的藥物靶點(diǎn)用于激活體內(nèi)米色脂肪的功能，改善機(jī)體代謝。而研究者的研究中發(fā)現(xiàn)的SOX4蛋白對(duì)于米色脂肪發(fā)育和功能上是至關(guān)重要的，因此有望成為新的作為對(duì)抗肥胖和代謝疾病的藥物靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：
[1]Shen H, He T, Wang S, et al. SOX4 promotes beige adipocyte-mediated adaptive thermogenesis by facilitating PRDM16-PPARγ complex[J]. Theranostics, 2022, 12(18): 7699-7716.

 

SOX4 KO小鼠

品系名稱：
C57BL/6J-Sox4em1C/Cya

品系編號(hào)：
KOCMP-20677-Sox4-B6J-VA

產(chǎn)品編號(hào)：
S-KO-04427

應(yīng)用方向：
代謝研究,免疫系統(tǒng),心血管系統(tǒng),神經(jīng)系統(tǒng),呼吸系統(tǒng),消化系統(tǒng),細(xì)胞生物學(xué),分子生物學(xué),造血系統(tǒng)

打靶方案：

 SOX4 flox小鼠

品系名稱：
C57BL/6J-Sox4em1Cflox/Cya

品系編號(hào)：
CKOCMP-20677-Sox4-B6J-VA

產(chǎn)品編號(hào)：
S-CKO-05186

應(yīng)用方向：
代謝研究,免疫系統(tǒng),心血管系統(tǒng),神經(jīng)系統(tǒng),呼吸系統(tǒng),消化系統(tǒng),細(xì)胞生物學(xué),分子生物學(xué),造血系統(tǒng)

打靶方案：