小鼠模型在發(fā)現(xiàn)組蛋白變體H1.2調(diào)控脂肪組織產(chǎn)熱研究中的應(yīng)用

脂肪細(xì)胞分為白色脂肪細(xì)胞和棕色脂肪細(xì)胞，但是在寒冷暴露或β3-腎上腺素刺激下，第三種形式的脂肪細(xì)胞—米色脂肪細(xì)胞(具有棕色脂肪細(xì)胞樣產(chǎn)熱表型)在白色脂肪組織（WAT）中被誘導(dǎo)，這一過程被稱為棕色化。誘導(dǎo)具有產(chǎn)熱能力的棕色和米色脂肪細(xì)胞的數(shù)量可激活能量消耗，防止高脂飲食（HFD）誘導(dǎo)的肥胖，改善高脂血癥，并改善小鼠的全身葡萄糖穩(wěn)態(tài)和胰島素敏感性。因此，了解調(diào)控棕色化的機(jī)制將有助于開發(fā)針對(duì)肥胖和相關(guān)代謝并發(fā)癥的新療法。

2023年7月6日，武漢大學(xué)鄭凌團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》發(fā)表題為“Linker histone variant H1.2 is a brake on white adipose tissue browning”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)連接組蛋白變體H1.2在產(chǎn)熱脂肪中高度表達(dá)，并且是米色脂肪細(xì)胞激活的剎車分子，能夠感應(yīng)產(chǎn)熱刺激并通過調(diào)控Il10rα表達(dá)來抑制白色脂肪組織棕色化，H1.2-Il10rα信號(hào)軸在脂肪組織產(chǎn)熱中的調(diào)控作用對(duì)研究肥胖及其相關(guān)代謝疾病的發(fā)病機(jī)理有重要的參考價(jià)值。
 

圖片來源：《Nature Communications》
（https://www.nature.com/articles/s41467-023-39713-w）

研究材料
在這項(xiàng)研究中，研究人員利用H1.2^flox/flox小鼠與adiponectin-Cre小鼠雜交得到了C57BL/6背景的脂肪細(xì)胞特異性H1.2敲除小鼠（H1.2AKO），其中使用的H1.2^flox/flox小鼠是由賽業(yè)生物提供的。此外研究者還運(yùn)用了原代脂肪細(xì)胞、人皮下脂肪樣本等進(jìn)行研究。

研究方法
作者采用了多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，包括各種組織學(xué)染色、WB、qPCR、轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)序（RNA-seq）、染色質(zhì)免疫共沉淀（ChIP）、染色質(zhì)免疫共沉淀測(cè)序（ChIP-seq）和雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)等。

技術(shù)路線

01 確認(rèn)了組蛋白H1.2在脂肪組織中的表達(dá)量響應(yīng)產(chǎn)熱刺激
02 通過H1.2AKO小鼠和H1.2過表達(dá)小鼠確認(rèn)H1.2是產(chǎn)熱的負(fù)調(diào)節(jié)因子
03 探究H1.2調(diào)控能量代謝的機(jī)制
04 通過HFD喂養(yǎng)模型證明H1.2是肥胖的重要靶點(diǎn)
05 通過脂肪組織原位注射回補(bǔ)Il10rα證明H1.2對(duì)代謝的改善作用依賴于Il10rα

研究結(jié)果

H1.2在米色和棕色脂肪細(xì)胞中高表達(dá)并響應(yīng)溫度刺激^[1]
 

H1.2AKO小鼠能量消耗更高^[1]

為探究H1.2的生理功能，利用H1.2AKO小鼠進(jìn)行了RNA-seq，發(fā)現(xiàn)變化基因集中在PPARα信號(hào)通路（其中，H1.2^flox/flox小鼠由賽業(yè)生物提供）。代謝籠監(jiān)測(cè)小鼠的耗氧量，發(fā)現(xiàn)在白天，H1.2AKO小鼠的耗氧量與WT小鼠相比顯著性升高，說明H1.2AKO小鼠具有較高的基礎(chǔ)代謝率。此外，在H1.2AKO小鼠iWAT中產(chǎn)熱相關(guān)重要基因Ucp1的轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平都有顯著性升高，而在BAT中沒有明顯差異，如圖2所示。
 

H1.2在冷刺激下調(diào)節(jié)iWAT轉(zhuǎn)化^[1]

既然H1.2AKO小鼠的產(chǎn)熱基因表達(dá)更高，接下來作者將小鼠放于6℃的環(huán)境中，檢測(cè)H1.2AKO小鼠和WT小鼠在冷刺激下的產(chǎn)熱情況。發(fā)現(xiàn)H1.2AKO小鼠對(duì)冷刺激更耐受，而在iWAT中過表H1.2（H1.2OE）的小鼠對(duì)冷刺激更不耐受，如圖3所示。
 

Il10rα在H1.2AKO小鼠的成熟脂肪細(xì)胞中表達(dá)量下調(diào)^[1]

為了尋找H1.2A調(diào)控iWAT產(chǎn)熱的生理機(jī)制，研究人員對(duì)WT小鼠和H1.2AKO小鼠iWAT中的RNA-seq結(jié)果進(jìn)行了分析。將差異基因進(jìn)行GO（Gene Ontology）信號(hào)通路富集，發(fā)現(xiàn)變化最明顯的基因富集在體液免疫方面，包括細(xì)胞識(shí)別、白介素介導(dǎo)的免疫應(yīng)答、B細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)等，暗示H1.2可能通過調(diào)控iWAT中的免疫細(xì)胞來影響產(chǎn)熱。qPCR檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在H1.2AKO小鼠的iWAT中Il10的轉(zhuǎn)錄水平有顯著性下調(diào)，Il10的受體Il10rα的轉(zhuǎn)錄水平也有顯著性下降，而Il10rβ的轉(zhuǎn)錄水平?jīng)]有差異。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證H1.2AKO小鼠的iWAT中Il10rα的降低發(fā)生在成熟脂肪細(xì)胞，還是其他細(xì)胞類型，作者從WT和H1.2AKO小鼠iWAT中分離出相應(yīng)的血管基質(zhì)層（SVF）細(xì)胞和成熟脂肪細(xì)胞（MA），分別檢驗(yàn)其中Il10rα的表達(dá)量。結(jié)果表明，H1.2AKO小鼠iWAT中Il10rα的下降主要發(fā)生在成熟脂肪細(xì)胞。冷刺激下也可以看到同樣的現(xiàn)象，如圖4所示。
 

圖5 H1.2AKO小鼠抵御HFD喂食誘導(dǎo)的肥胖和代謝紊亂^[1]

作者還發(fā)現(xiàn)，不論是在肥胖的小鼠還是肥胖的人群中，H1.2的表達(dá)量都顯著升高。并且，在高脂食物食物喂養(yǎng)下，H1.2AKO小鼠體重更低，脂肪更少，氧消耗更高，糖代謝更好，產(chǎn)熱基因的表達(dá)水平也更高，伴隨著更低的Il10rα表達(dá)量，如圖5所示。
 

H1.2AKO小鼠對(duì)代謝的改善作用依賴Il10rα^[1]

為了證明H1.2AKO小鼠對(duì)代謝改善的作用依賴于Il10rα，在iWAT中原位注射腺相關(guān)病毒AAV-Il10rα，發(fā)現(xiàn)過表達(dá)Il10rα后抵消了H1.2AKO小鼠脂肪積累更少，改善糖代謝的作用，說明H1.2AKO主要是通過調(diào)控Il10rα的表達(dá)來影響產(chǎn)熱和代謝，如圖6所示。

研究結(jié)論

WT米色脂肪細(xì)胞與H1.2缺失的米色脂肪細(xì)胞中Il10rα水平變化^[1]
 

該研究闡明了組蛋白變體H1.2在脂肪能量代謝中的功能機(jī)制，即H1.2AKO可以通過調(diào)控Il10rα的表達(dá)來影響產(chǎn)熱和代謝。該研究中H1.2-Il10rα信號(hào)軸在脂肪組織產(chǎn)熱中的調(diào)控作用對(duì)研究肥胖及其相關(guān)代謝疾病的發(fā)病機(jī)理有重要的參考價(jià)值。

原文檢索：
[1] Yuan Y, Fan Y, Zhou Y, Qiu R, Kang W, Liu Y, Chen Y, Wang C, Shi J, Liu C, Li Y, Wu M, Huang K, Liu Y, Zheng L. 2023. Linker histone variant H1.2 is a brake on white adipose tissue browning. Nature Communications, 14:3982 doi: 10.1038/s41467-023-39713-w