Sox4在间充质干细胞成脂定向中的作用机制研究

Adipocytes arise from mesenchymal stem cells (MSCs) by two steps: MSCs commit into preadipocytes; preadipocytes differentiate into adipocytes. At present, the molecular mechanism in differentiation process from preadipocytes into adipocytes is clear but the mechanism in the commitment process from MSCs to preadipocytes is unclear. The aim of this study is to investigate the key molecular and the signaling in regulating the commitment process from MSCs to preadipocytes. Our previous experiments of this proposal indicated that Sox4 inhibited the commitment process from MSCs to preadipocytes, simultaneously Sox4 did not influence the differentiation process from preadipocytes into adipocytes; BMP signaling and TGF-β signaling regulated the commitment process from MSCs to preadipocytes by controlling the expression of Sox4; Wnt signaling which activated by β-catenin was influenced via Sox4. Our study will reveal that Sox4 as a core component regulates the commitment process. In this proposal, we will systematically study the mechanism and function of Sox4 in regulating the commitment process from MSCs to preadipocytes, in molecular, cellular, rat model and clinical sample levels.

间充质干细胞分化为脂肪细胞需要经过两个阶段：间充质干细胞定向为前脂肪细胞；前脂肪细胞终末分化成为脂肪细胞。目前对调控前脂肪细胞终末分化的分子机制研究较为透彻，然而调控间充质干细胞成脂定向的分子机制却并不十分清楚。本课题意在探寻调控间充质干细胞成脂定向的关键因子和信号通路。我们的前期实验表明，Sox4可以抑制间充质干细胞成脂定向并且不影响前脂肪细胞的终末分化；BMP信号通路和TGF-β信号通路通过Sox4调控间充质干细胞成脂定向；间充质干细胞中Sox4影响过表达β-catenin激活的Wnt信号。这样就形成了以Sox4为核心的调控间充质干细胞成脂定向的网络。本课题将系统研究Sox4调控间充质干细胞成脂定向的作用机理，包括从分子水平上确定Sox4调控间充质干细胞成脂定向的下游分子机制，从细胞水平、小鼠模型以及人脂肪标本等方面确定和验证Sox4抑制间充质干细胞成脂定向的调节机制。

间充质干细胞分化为脂肪细胞需要经过两个阶段：间充质干细胞定向为前脂肪细胞；前脂肪细胞终末分化成为脂肪细胞。目前对调控间充质干细胞成脂定向的分子机制知之甚少，本研究发现调节这一过程的关键分子Sox4。Sox4是Sox家族成员之一，Sox4基因的过度激活或者缺失可以导致发育异常、先天性疾病和肿瘤等多种疾病的发生。我们研究发现，Sox4在调控间充质干细胞成脂定向过程中起到关键作用。首先我们通过PCR array、免疫印迹实验、荧光实时定量PCR实验证实了Sox4作为BMP信号通路和TGFβ信号通路的共同靶点在间充质干细胞成脂定向中发挥着重要的作用。接下来我们在间充质干细胞中敲减Sox4可以导致其失去原有的干细胞特性，从而进入脂肪定向过程。为了进一步探讨Sox4在体内脂肪定向中的作用，我们构建了Pref1-Sox4转基因小鼠。Pref1-Sox4转基因小鼠血管间质细胞（SVFs）中脂肪定向标志基因Pparγ2和Zfp423的表达较低，Ki67和CD24的表达较高。在Pref1-Sox4转基因小鼠中，我们又通过流式细胞术发现Sox4可以增加LIN-：CD34+：CD29+：SCA-1+：CD24+间充质干细胞的比例，但降低LIN-：CD34+：CD29+：SCA-1+：CD24-前脂肪细胞的比例。由此说明在体内Sox4抑制前脂肪细胞生成，减少前脂肪细胞总数，抑制脂肪定向。最后为了探究Sox4抑制间充质干细胞成脂定向的下游分子机制，我们做了荧光素酶报告质粒活性检测、免疫染色质共沉淀、免疫荧光等实验，从分子水平上证实了Sox4可以与Wnt信号通路关键组分β-catenin和LEF1形成转录复合物，Sox4增强了β-catenin与LEF1的结合；Sox4又可以结合到Lef1基因转录起始位点促进Lef1的表达，进而增强Wnt靶基因的转录，最终抑制间充质干细胞脂肪定向。这样就形成了以Sox4为核心的连接三大信号通路的调控间充质干细胞成脂定向的网络。本课题从分子水平、细胞水平、动物模型等多层次研究Sox4调控间充质干细胞成脂定向的作用机理，这为寻找预防和治疗肥胖的药物靶点提供了依据。