棕色脂肪组织（BAT）因其在调节体温和能量消耗中的关键作用而备受关注，尤其是在对抗肥胖和代谢疾病方面。尽管已有研究揭示了BAT的重要性，但关于其形成和功能维持的调控机制仍不完全清楚。为了解决这一问题，近日厦门大学生命科学学院细胞胁迫生物学国家重点实验室的研究团队在《Cell Death & Differentiation》（IF=13.7）上发表题为“SOX4 facilitates brown fat development and maintenance through EBF2-mediated thermogenic gene program in mice”的突破性研究文章，不仅阐明了SOX4在棕色脂肪发育和功能维持中的关键作用，还揭示了其通过EBF2调控热生成基因表达的分子机制，为未来开发新的治疗肥胖和代谢疾病的策略提供了重要的理论基础。APExBIO团队为本文的实验研究提供了高品质的组织和细胞裂解液产品：RIPA Lysis Buffer (Strong, without inhibitors) (Cat. No：K1120)

研究背景

肥胖是由于能量摄入超过消耗导致的，而脂肪组织在其中起着核心作用。白色脂肪组织（WAT）主要储存能量，而棕色脂肪组织（BAT）通过非颤抖性热生成来维持体温，对抵抗寒冷和预防肥胖具有重要作用。BAT中的UCP1激活导致能量以热能形式散失，增加能量消耗。研究表明，增强BAT的热能活性可以抵抗体重增加，而缺乏BAT热能功能则可能导致肥胖。此外，棕色脂肪在成人中的存在与体重下降相关，因此，促进BAT的发育和功能可能是治疗肥胖和代谢疾病的策略。尽管已有研究涉及BAT的转录调节因子，但对Ebf2的上游调节因子了解有限。

SOX4作为一个关键的转录因子，涉及细胞干性、分化和多个器官的发育。研究发现，SOX4在调节WAT中的前脂肪细胞决定和促进寒冷诱导的米色脂肪细胞形成中起作用，但其在棕色脂肪细胞命运中的具体作用尚不清楚。本研究揭示了SOX4通过激活Ebf2的转录来促进BAT的发育和热能功能，这一过程可能通过PKA激活来促进，为靶向SOX4以增强能量消耗和对抗肥胖提供了新的视角。

研究工作

SOX4在棕色脂肪组织（BAT）发育和维持中的作用

通过生成Myf5-Cre Sox4f/f小鼠（Sox4-MKO）和Ucp1-Cre Sox4f/f小鼠（Sox4-BKO），观察SOX4在BAT中的表达及其对BAT表型的影响。结果表明SOX4在BAT中表达显著减少，导致BAT变白，脂滴增大，说明SOX4对BAT的发育和维持至关重要。

Fig 1 BAT的发展和维持需要SOX4

SOX4对BAT产热功能的必要性

通过红外成像和代谢笼实验，测量Sox4-MKO和Sox4-BKO小鼠在室温和急性寒冷暴露下的体温、氧气消耗和热量产生。结果表明SOX4缺失的小鼠在寒冷暴露下体温降低，氧气消耗和热量产生减少，表明SOX4对BAT的产热功能至关重要。

Fig 2 SOX4是BAT产热所必需的

SOX4缺失促进高脂饮食诱导的肥胖

将Sox4f/f和Sox4-MKO小鼠喂食高脂饮食，观察体重变化、葡萄糖耐量和胰岛素抵抗。结果表明Sox4-MKO小鼠在高脂饮食下体重显著增加，葡萄糖耐量和胰岛素抵抗加剧，表明SOX4缺失促进肥胖。

Fig 3 BAT中SOX4的缺失促进了HFD诱导的肥胖

SOX4缺失对体内BAT选择性基因表达的影响

通过透射电子显微镜和免疫荧光分析，观察Sox4-MKO小鼠BAT的超微结构和线粒体特异性转录本。结果表明SOX4缺失导致BAT中线粒体特异性转录本减少，表明SOX4对BAT选择性基因表达至关重要。

Fig 4 SOX4的缺失会损害体内BAT选择基因的表达

SOX4在体外棕色脂肪细胞分化中的作用

通过敲低SOX4，观察棕色脂肪细胞分化过程中线粒体呼吸和脂质积累的变化。结果表明SOX4敲低导致线粒体呼吸和脂质积累减少，表明SOX4对棕色脂肪细胞分化至关重要。

Fig 5 SOX4是体外棕色脂肪细胞分化所必需的

SOX4激活EBF2促进BAT发育

通过ChIP-seq和荧光素酶报告基因实验，分析SOX4对EBF2转录的直接调控。结果表明SOX4直接激活EBF2的转录，促进BAT选择性基因的表达。

Fig 6 SOX4激活EBF2的转录，促进BAT的发展

PKA磷酸化SOX4促进其核转位并增强EBF2转录

通过免疫荧光和ChIP-qPCR分析SOX4的核定位和EBF2启动子的结合。结果表明PKA磷酸化促进SOX4核转位并增强EBF2的转录活性。

Fig 7 PKA对SOX4的磷酸化促进了其核易位，并增强了EBF2的转录

SOX4与EBF2协同增强产热基因的表达

通过免疫共沉淀和ChIP分析SOX4和EBF2在产热基因启动子上的结合。结果表明SOX4与EBF2协同作用，增强产热基因的转录，促进BAT的产热功能。

Fig 8 SOX4与EBF2协同增强产热基因的表达

研究结论

SOX4在棕色脂肪组织（BAT）的发育和热生成功能中起着关键作用。研究表明，SOX4通过促进Ebf2的转录来决定棕色脂肪的命运，这一过程可以通过PKA的激活来促进。SOX4的缺失会导致BAT的发育不良和热生成功能的受损，从而导致在寒冷暴露下的体温过低。此外，SOX4的过表达可以增强BAT的热生成基因表达，增加热量产生，从而减轻高脂饮食诱导的肥胖。这些发现表明，SOX4在调控热生成基因程序中具有重要的调节作用，靶向SOX4可能为增强能量消耗以对抗肥胖提供潜在策略。这些发现不仅深化了我们对脂肪组织生物学的理解，还为开发针对肥胖和代谢紊乱的新型治疗方法提供了科学依据。

文章精彩看点

1. 揭示SOX4在BAT发育中的新角色：首次明确SOX4在棕色脂肪发育和功能维持中的重要性。
2. SOX4与EBF2的相互作用：阐明了SOX4通过EBF2调控热生成基因表达的机制。
3. 磷酸化调控机制：揭示了SOX4的磷酸化对其功能的调控作用，为理解BAT的代谢调控提供了新视角。

不足支持（文中）

1. 机制研究的局限性：虽然研究揭示了SOX4的作用，但对其具体的分子机制仍需进一步探索。
2. 小鼠模型的局限性：研究主要基于小鼠模型，是否适用于人类尚需验证。
3. 实验样本量：部分实验样本量较小，可能影响结果的统计学显著性。

后续可展开角度

1. SOX4的作用机制：深入研究SOX4在BAT发育和功能中的具体分子机制。
2. 临床相关性：探索SOX4在肥胖和代谢疾病中的潜在临床应用。
3. 其他调控因子的研究：研究其他可能与SOX4相互作用的转录因子及其在BAT中的作用研究结论。

参考文献

[1] Wang S, He T, Luo Y, Ren K, Shen H, Hou L, Wei Y, Fu T, Xie W, Wang P, Hu J, Zhu Y, Huang Z, Li Q, Li W, Guo H, Li B. SOX4 facilitates brown fat development and maintenance through EBF2-mediated thermogenic gene program in mice. Cell Death Differ. 2024 Oct 15. doi: 10.1038/s41418-024-01397-0. Epub ahead of print. PMID: 39402212.