利用基因敲除鼠模型研究BAMBI基因在脂肪细胞形成中的作用及分子机制

Adipose tissue dysfunction underpins the association of obesity with the development of metabolic disease. Modulating adipogenesis has emerged as a potential protective mechanism that reduces adipose tissue dysfunction. Our recent work has identified BMP and Activin Membrane-Bound Inhibitor (BAMBI) as a potent negative regulator of adipogenesis in vitro. The present investigation aims to extend these findings and determine the physiological significance of BAMBI with respect to adipogenesis in vivo. Using methods of ethology, cell biology and molecular biology, we will perform detailed characterizations of adipose tissue (adipocyte size and number and inflammation) in BAMBI knockout mice maintained on a standard chow diet or a high fat diet (HFD). This approach will also provide information involving in food intake, body weight, blood chemistry (insulin, glucose and lipids) as well as insulin and glucose tolerance in the body. In order to investigate the potential mechanism, BAMBI, β-catenin, Wnt3a, TGF-β1 BMP-4 and adipocyte markers (PPARγ, C/EBPα, aP2, adiponectin, G3PDH, GLUT4 etc.) mRNA/protein levels in adipose tissue will also be determined. The results and conclusions will increase the understanding of the mechanisms regulating adipogenesis and provide new insights into the pathophysiology of obesity-related diseases, which occur as a result of adipocyte hypertrophy resulting in systemic, chronic inflammation. This knowledge also provides a framework for future investigations into the role of BAMBI in cell fate determination and may ultimately help to identify novel therapeutic strategies aimed at ameliorating the metabolic sequelae of obesity such as cardiovascular disease and type 2 diabetes.

脂肪组织功能失调是肥胖诱发众多代谢疾病的重要因素，调控脂肪细胞形成是维持脂肪组织正常功能的关键。我们新近研究表明BAMBI在离体脂肪细胞形成中发挥显著的负调控作用，但在体内脂肪细胞形成中的生理学作用及机理尚未可知。本项目拟在前期研究基础上，以BAMBI-/-小鼠为研究对象，在正常与高脂日粮饲喂下，综合利用行为学、细胞生物学和分子生物学等研究手段，分析BAMBI-/-小鼠在摄食与体重、脂肪细胞形态、脂肪组织炎症反应方面的变化，研究相关代谢参数（血清中insulin、glucose和lipids含量，机体内insulin和glucose耐受性等）的表达水平，探讨脂肪组织中BAMBI、β-catenin、Wnt3a、TGF-β1、BMP-4和脂肪细胞分化标志因子的表达量，揭示BAMBI在体内脂肪细胞形成中的生理学作用及其机理，为进一步研究脂肪细胞形成机理奠定基础，为治疗肥胖及相关疾病提供新思路。

肥胖是二十一世纪全球共同面临的一个最具挑战性的健康问题。肥胖不仅与心血管疾病，糖尿病，动脉粥样硬化等慢性代谢疾病密切相关，而且还增加罹患肿瘤的风险。脂肪组织功能失调是肥胖诱发众多慢性代谢疾病的重要因素。新近研究表明，脂肪组织功能的维持主要取决于机体内脂肪细胞形成的能力。脂肪细胞形成包括间充质干细胞的增殖、定向及分化，这一过程不仅受各种脂肪细胞转录因子的级联调控，而且受多种旁分泌、内分泌因子及信号通路的调节。.近年来我们实验室报道了成纤维细胞生长因子(FGF-1),以旁分泌作用方式，通过FGFR1/FRS2/Ras/Erk1/2级联反应，促进人原代前体脂肪细胞(phPAs)和SGBS人前体脂肪细胞株的定向和分化。这一研究成果为进一步在分子水平探索脂肪细胞形成的复杂机理提供了强有力的研究平台。为了寻找FGF下游的脂肪调节因子及肥胖治疗靶点，实验室利用FGF-1处理的phPAs为试验材料，通过基因芯片技术筛选了FGF-1调节的下游靶基因。本文着重探索了其中一个候选基因——BAMBI在脂肪细胞形成中的作用及其机理。该基因为TGF-β信号通路的伪受体，其在脂肪形成中的作用还未见报道。 .本项目以BAMBI敲除鼠为实验材料，利用动物行为学、分子生物学、细胞生物学等实验技术分析了BAMBI在脂肪形成中的重要作用。.获得的主要研究结果如下：.1. 成功建立稳定的C57/BL6J品系的BAMBI KO小鼠繁育体系；.2. 在标准日粮饲喂条件下，缺失BAMBI基因可显著提高机体胰岛素敏感性及葡萄糖耐受性；.3. 在标准日粮饲喂条件下，雌性BAMBI KO小鼠体重显著减轻，而雄性BAMBI KO小鼠棕色脂肪组织重量较WT组均显著增加；.4. 在高脂日粮饲喂条件下，BAMBI缺失对小鼠体脂含量及脂肪形态的影响存在性别差异；.5. BAMBI基因在小鼠不同部位脂肪组织中的表达存在显著差异；在高脂日粮饲喂条件下，BAMBI KO小鼠不同部位脂肪组织形态及大小亦存在显著差异；.6. BAMBI缺失能显著促进棕色脂肪细胞脂滴的聚集，棕色脂肪标志基因的高表达。.以上实验结果证实，在体内脂肪细胞形成过程中，BAMBI起着显著的负调控作用，。以上结果为进一步研究BAMBI基因在肥胖发病机理中的作用奠定基础；为改善脂肪组织功能提供新的治疗思路。