小鼠模型在助力研究米色脂肪如何成為對抗肥胖的潛在新靶點中的應(yīng)用

適應(yīng)性產(chǎn)熱（Adaptive thermogenesis）是機(jī)體對外界刺激的一種代謝性產(chǎn)熱機(jī)制，對于維持機(jī)體體溫促進(jìn)動物在寒冷環(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，激活腎上腺能信號通路，促進(jìn)PPARγ及其協(xié)同調(diào)控因子對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)實驗用到是動物模型為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loxP位點構(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。

本文體外實驗，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、小鼠代謝等實驗技術(shù)。

技術(shù)路線

研究結(jié)果
鑒于研究者先前課題對SOX4的研究，發(fā)現(xiàn)前脂肪細(xì)胞特異性Pref1基因啟動子驅(qū)動SOX4過表達(dá)的Pref1-Sox4小鼠（賽業(yè)生物提供）相對于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），但對食物攝入量和運動活動沒有明顯影響（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)明顯的增強作用，而食物攝入量和運動活性沒有改變。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信號通路誘導(dǎo)產(chǎn)熱脂肪細(xì)胞中SOX4的表達(dá)。對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)來實現(xiàn)的。

基于目前用于激活米色脂肪生成的激動劑容易帶來嚴(yán)重的副作用，對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生不良反應(yīng)，迫切需要開發(fā)出一個新的藥物靶點用于激活體內(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抗肥胖和代謝疾病的藥物靶點。

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：
KOCMP-20677-Sox4-B6J-VA

產(chǎn)品編號：
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：
CKOCMP-20677-Sox4-B6J-VA

產(chǎn)品編號：
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：