KLF2通过上调GATA2转录抑制鸡脂肪生成的新机制及其对人类脂肪代谢的启示

《Scientific Reports》：KLF2 may suppress chicken adipogenesis by enhancing the GATA2 transcription

本研究针对脂肪生成调控机制不清的问题，聚焦KLF2在脂肪细胞分化中的作用。研究人员以鸡前脂肪细胞ICP1为模型，结合人类脂肪组织数据分析，发现KLF2通过抑制PPAR信号通路、增强线粒体生物能量学和上调GATA2转录，显著促进前脂肪细胞增殖同时抑制其分化。该研究揭示了KLF2调控脂肪生成的新机制，为代谢性疾病治疗提供了新靶点。

　　

脂肪组织作为主要由脂肪细胞组成的结缔组织，在人类和动物能量平衡调节中扮演重要角色。脂肪组织发育或功能异常会增加心血管疾病、糖尿病、癌症等慢性疾病风险。脂肪生成是从前体细胞形成成熟脂肪细胞的过程，被认为是治疗代谢相关疾病的重要靶点。虽然对啮齿类动物的研究已经揭示了转录调控在脂肪生成中的关键作用，但在非啮齿类物种中的研究仍然缺乏。

鸡作为一种模型生物具有独特优势：它们仅含有白色脂肪组织，且脂肪细胞从头合成脂肪的能力有限，大部分细胞内脂质来源于肝脏合成的脂肪酸。此外，肉鸡在正常饲养条件下表现出明显的内脏脂肪积累倾向，这与人类成年脂肪组织的特征相似。基因组序列比对显示鸡与人类基因组具有基础同源性，约60%的鸡基因与人类基因高度相似。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，研究人员探讨了KLF2在人类脂肪组织中的表达模式，并深入研究了KLF2影响鸡脂肪生成的分子机制。研究发现为脂肪组织发育的分子机制提供了新的见解。

研究人员主要应用了以下关键技术方法：利用人类蛋白图谱数据库分析KLF2表达模式；通过Western blot、实时荧光定量PCR等技术检测基因表达；采用细胞增殖测定、流式细胞术分析细胞周期；通过RNA测序分析转录组变化；使用荧光素酶报告基因 assay 检测启动子活性；运用染色质免疫沉淀技术分析转录因子结合位点；借助荧光显微镜和透射电镜观察线粒体形态结构。

Expression patterns of KLF2 in human adipose tissue

研究人员基于公开的HPA数据分析了KLF2在人类脂肪组织中的表达模式。结果显示，脂肪组织中的KLF2转录本水平显著高于其他组织。此外，脂肪组织中的KLF2转录本与性别、年龄和部位显著相关。分层研究发现，在研究的12个分层中，有9个分层显示男性脂肪组织的KLF2转录本高于女性。特别地，在60-69岁年龄组，男性皮下脂肪组织的KLF2转录本显著高于女性。研究人员还发现皮下和腹部脂肪组织之间的KLF2转录本在12个分层中的4个存在显著差异。Spearman等级检验显示皮下脂肪组织与内脏脂肪组织中的KLF2转录本水平呈显著正相关。

KLF2 modulated the proliferation and differentiation of chicken preadipocytes

Western blot分析显示，在油酸盐诱导的ICP1细胞脂肪生成分化过程中，KLF2表达在最初24小时增加，随后随时间推移而降低。细胞增殖实验表明，KLF2过表达显著增强了ICP1细胞的增殖，而KLF2敲低则抑制了细胞增殖。流式细胞术结果显示，与空载体组相比，KLF2过表达的细胞在G0/G1期百分比降低，在S期和G2/M期百分比增加。油红O染色显示，KLF2过表达细胞的脂质储存显著低于空载体组。实时PCR分析表明，KLF2过表达增加了增殖细胞核抗原和MKI67的表达，同时抑制了PPARγ和C/EBPα在ICP1细胞中的表达。

KLF2 increases mitochondrial density and cristae density in chicken preadipocytes

荧光显微镜分析显示，与对照组相比，KLF2过表达提高了线粒体强度，而KLF2敲低导致ICP1细胞中线粒体密度降低。KLF2过表达显著提高了线粒体DNA与核DNA的比率，而KLF2敲低显著降低了细胞中线粒体DNA与核DNA的比率。透射电镜显示，与空载体组相比，KLF2过表达的ICP1细胞线粒体形态发生改变，表现为尺寸减小、结构完整性改善和嵴密度增加。ATP定量检测表明，KLF2过表达细胞的ATP水平相比空载体对照组有统计学显著升高。

Effect of KLF2 overexpression on the expression patterns of chicken preadipocytes

RNA测序用于检测KLF2过表达对ICP1细胞基因转录谱的影响。KLF2过表达细胞与空载体组之间有173个差异表达基因，其中73个基因上调，100个基因下调。基因本体富集分析表明，KLF2过表达细胞中上调的差异表达基因显著富集于8个术语，均与线粒体内膜蛋白复合物和线粒体呼吸链相关。京都基因与基因组百科全书富集分析显示，KLF2过表达细胞中上调的差异表达基因显著富集于p53信号通路、氧化磷酸化、心肌收缩、嘧啶代谢和谷胱甘肽代谢。基因集富集分析证明，在KLF2过表达细胞中，与动粒、有丝分裂核分裂、DNA复制和细胞周期相关的基因集上调。

Effect of KLF2 on the promoter activities of function genes in PPAR signaling pathway

为阐明KLF2对PPAR信号级联基因表达的影响，研究了其对ICP1细胞中PPARγ、C/EBPα、FASN、LPL、FABP4、PLIN1、ACACA和SCD启动子活性的影响。数据显示KLF2过表达抑制了PPARγ、C/EBPα、ACACA和FABP4的启动子活性，而增强了鸡FASN、LPL和PLIN1的启动子活性。相应地，沉默KLF2表达增强了PPARγ、C/EBPα、ACACA和FABP4的启动子活性，同时降低了FASN、LPL和PLIN1的启动子活性。

KLF2 activated the GATA2 transcription in chicken preadipocytes

研究了KLF2对ICP1细胞中GATA2转录的影响。结果表明，与对照组相比，KLF2过表达增强了GATA2的启动子活性。相反，KLF2敲低显著抑制了鸡GATA2构建体的启动子活性。实时PCR和Western blot分析显示，与对照组相比，KLF2过表达提高了GATA2表达，而KLF2敲低降低了ICP1细胞中的GATA2表达。生物信息学分析在鸡GATA2启动子内鉴定出一些预测的KLF2结合位点。染色质免疫沉淀PCR分析证明KLF2蛋白在鸡GATA2启动子区域有富集。

本研究揭示了KLF2在脂肪生成调控中的多重作用机制。KLF2不仅通过抑制PPAR信号通路关键基因的表达来抑制脂肪细胞分化，还通过增强线粒体生物能量学和促进细胞周期进程来刺激前脂肪细胞增殖。特别重要的是，研究发现KLF2能够直接结合GATA2启动子区域并上调其转录，这为理解脂肪生成调控网络提供了新的视角。

尽管研究发现KLF2与GATA2表达呈正相关，且KLF2与PPARγ表达呈负相关，但未能证实GATA2与PPARγ表达之间存在负相关关系。因此，本研究结果不足以证实GATA2是连接KLF2功能与PPAR信号通路和线粒体功能的中介因子。

该研究的创新之处在于首次系统阐述了KLF2通过调控PPAR信号通路、线粒体生物能量学和GATA2表达来协调前脂肪细胞增殖与分化的分子机制。这些发现不仅丰富了我们对脂肪生成调控网络的理解，也为开发针对肥胖和相关代谢性疾病的新治疗策略提供了重要的理论依据。特别是KLF2在人类脂肪组织中表达的模式特征，为其在人类代谢性疾病中的潜在作用提供了线索。