基于UCP启动子保守性与人类特异性调控元件的脂肪细胞产热转录因子预测研究

本研究通过跨物种比较分析UCP1、UCP2和UCP3基因启动子区域，结合计算生物学方法预测了579个转录因子(TFs)在脂肪细胞产热中的调控作用。团队开发了基于响应元件(RE)频率与UCP1共表达的相关性评分系统，鉴定出EN1、POU6F1等人类特异性调控因子，揭示转座元件导致的人鼠UCP1启动子差异。研究发现人类UCP1启动子与UCP2的相似性高于啮齿类同源基因，为理解人类脂肪细胞产热的转录调控提供了新框架。

　　

在代谢性疾病日益成为全球健康挑战的背景下，脂肪细胞的产热能力被视为潜在治疗靶点。作为线粒体产热的关键介质，解偶联蛋白1(UCP1)的调控机制在啮齿类模型中已有较多研究，但其在人类中的转录调控仍存在显著知识空白。尤其值得注意的是，人类与模式生物在UCP1基因调控区域存在显著差异，这使得从动物模型到人类应用的转化面临挑战。匈牙利德布勒森大学健康科学学院"One Health"研究所的Beata B.Toth团队通过计算生物学方法，系统分析了人类、小鼠和大鼠UCP基因家族的启动子特征，揭示了物种特异性调控规律。

研究人员采用多组学整合分析策略：首先通过UCSC基因组浏览器和EPD数据库进行启动子序列比对，结合JASPAR的转录因子结合位点预测；其次利用AlphaFold2预测蛋白结构并进行跨物种比对；最后通过人类颈部脂肪细胞的RNA-seq数据验证预测结果。样本来源于不同FTO rs1421085基因型捐赠者的皮下与颈部深层脂肪组织，经白色/棕色分化方案培养获得。

比较分析显示UCP启动子存在物种特异性差异
系统发育树证实UCP1在氨基酸序列和编码序列上具有高度保守性，但启动子区域出现1419bp和658bp的人类特异性片段。这些区域包含MLT1G等转座元件，侧翼存在DLX2等同源域转录因子结合位点。值得注意的是，人类UCP1启动子的转录因子响应元件(RE)谱与UCP2的相似度(72%)高于小鼠UCP1(53%)，提示调控网络的进化重组。

计算预测揭示人类特异性调控节点
在-690bp处发现独特的回文序列"TCTAATTAGA"，可作为EN1、HOXA5等9种同源域TF的结合位点。通过RE频率与表达相关性评分，POU6F1、TEAD4等因子被鉴定为潜在负调控因子，而RXRA:VDR异源二聚体显示促产热作用。特别值得注意的是，NFIL3的RE在灵长类中保守但在啮齿类中缺失，其表达与脂肪分化状态无关，提示组成型调控特征。

增强子复合体形成与表观调控机制
启动子近端-263bp区域聚集了HIF1A、EGR1等因子，可能形成调控复合体。表观分析显示p300/CBP乙酰转移酶可能参与人类特异性调控，而PGC1α作为PPARγ共激活因子则表现出广谱UCP调控功能。转座元件如Alu序列通过改变染色质可及性，可能促进这些调控模块的物种特异性演化。

这项研究建立了首个系统评估UCP1调控因子的计算模型，不仅证实PPARγ/RXR等经典通路的作用，更发现EN1、HOXA5等发育相关因子在人类脂肪产热中的新功能。研究强调人类与模式生物在UCP1调控上的根本差异，为开发特异性代谢疗法提供理论依据。特别值得注意的是，约15%的预测TF-RE位点与ChIP-seq数据吻合，包括RBPJ、HIF1A等Notch和缺氧信号通路成员，这为理解环境应激与产热的耦合机制开辟了新视角。论文提出的"RE频率-共表达"评分系统可推广至其他组织特异性基因的调控网络研究。