適應性產熱（Adaptive thermogenesis）是機體對外界刺激的一種代謝性產熱機制，對于維持機體體溫促進動物在寒冷環境下的生存至關重要。棕色和米色脂肪組織是非顫抖性產熱的主要組織。棕色和米色脂肪細胞的產熱活性主要依賴于解偶聯蛋白1（Uncoupling protein 1, UCP1）。Ucp1的高表達是維持棕色或米色脂肪細胞高產熱活性所必需的。冷刺激可以通過激活交感神經分泌腎上腺素作用于棕色和米色脂肪細胞的β3-腎上腺素受體，激活腎上腺能信號通路，促進PPARγ及其協同調控因子對Ucp1等產熱基因的轉錄調控。依賴腎上腺素能激活的適應性產熱降低會導致肥胖易發。

因此，促進產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全身能量消耗。在缺乏米色脂肪細胞的小鼠中可以觀察到肥胖和相關的代謝障礙。然而，米色脂肪發育和功能維持的調控機制還有待進一步闡明。SOX4是調控干細胞特性、分化和多種發育途徑的重要發育轉錄因子。

2022年11月7日，廈門大學生命科學學院在《Theranostics》發表題目為SOX4 promotes beige adipocyte-mediated adaptive thermogenesis by facilitating PRDM16-PPARγ complex的論文。廈門大學生命科學學院博士生沈煥明、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。本研究發現在長期冷刺激下，SOX4可以通過促進PRDM16-PPARγ復合體形成促進米色脂肪細胞介導的適應性產熱。
 

研究材料
本文體內實驗用到是動物模型為Pref1-Sox4過表達小鼠（賽業生物提供）。利用Adiponectin-Cre-lox系統獲得脂肪組織特異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位點構建Flox鼠，再與Adiponectin-Cre小鼠配繁獲得Adiponectin-Cre+/-:SOX4F/F。利用產熱脂肪細胞特異性表達Cre（Ucp1-Cre）的小鼠與SOX4F/F交配產生產熱脂肪組織（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）的血管基質細胞（SVF），并且導入大T抗原使其成為永生化的前脂肪細胞。根據文獻提供的方法，研究者在體外建立米色脂肪誘導分化的體系。

技術方法
采用RNA-seq、ChIP-qPCR、FAIRE assay、OCR、Co-IP、IFT、小鼠代謝等實驗技術。

技術路線

研究結果
鑒于研究者先前課題對SOX4的研究，發現前脂肪細胞特異性Pref1基因啟動子驅動SOX4過表達的Pref1-Sox4小鼠（賽業生物提供）相對于WT小鼠具有抵抗高脂飼喂（HFD）誘導的肥胖（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可能調節某些外部刺激誘導的產熱過程，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熱功能上是否發揮作用。
 

Pref1-Sox4小鼠相對于WT小鼠在長期冷刺激下的產熱增加[1]

基于此，研究者發現在長期冷刺激（CS）下Pref1-Sox4小鼠（賽業生物提供）的產熱能力相比于野生型（WT）小鼠同樣表現明顯的增強作用，而食物攝入量和運動活性沒有改變。由于Pref1-Sox4小鼠在前脂肪細胞中特異性過表達Sox4，研究者進一步探究長期冷刺激下Sox4過表達對于三大脂肪組織形態和產熱基因表達的影響。研究者發現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熱基因的表達，但不影響經典棕色脂肪組織（BAT）和性腺周圍白色脂肪組織（gWAT）的形態和產熱基因表達。正如圖示qPCR分析的產熱基因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熱基因的表達[1]

研究結論
首先，研究者發現冷刺激或β-Ar信號通路誘導產熱脂肪細胞中SOX4的表達。對不同小鼠模型的研究中研究者發現脂肪細胞特異性或產熱脂肪細胞特異性SOX4缺失的小鼠表現出明顯的冷不耐受，代謝速率和能量消耗減少，米色脂肪細胞的形成和產熱相關基因的表達削弱。這些小鼠在高脂飲食下更易發展為肥胖，并伴有嚴重的肝臟脂肪變性、胰島素抵抗和脂肪組織炎癥發生。

在細胞水平上，前脂肪細胞中敲減SOX4明顯抑制了米色脂肪細胞的發育。重要的是，成熟米色脂肪細胞SOX4的減少則大大降低了產熱相關基因的表達和細胞能量代謝速率。分子機制方面，SOX4通過與PPARγ結合并激活其轉錄功能來促進下游靶基因Ucp1的轉錄。研究者進一步發現SOX4的這些作用至少部分是通過將PRDM16招募到PPARγ以形成轉錄復合物來提高產熱基因Ucp1的表達來實現的。

基于目前用于激活米色脂肪生成的激動劑容易帶來嚴重的副作用，對心血管系統產生不良反應，迫切需要開發出一個新的藥物靶點用于激活體內米色脂肪的功能，改善機體代謝。而研究者的研究中發現的SOX4蛋白對于米色脂肪發育和功能上是至關重要的，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：
[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

產品編號：
S-KO-04427

應用方向：
代謝研究,免疫系統,心血管系統,神經系統,呼吸系統,消化系統,細胞生物學,分子生物學,造血系統

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

產品編號：
S-CKO-05186

應用方向：
代謝研究,免疫系統,心血管系統,神經系統,呼吸系統,消化系統,細胞生物學,分子生物學,造血系統

打靶方案：