【摘 要】
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骨形成蛋白和激活素的跨膜蛋白抑制因子(BMP and Activin Membrane-Bound Inhibitor,BAMBI)是一种跨膜糖蛋白,因其胞内结构与TGFβ家族的I型受体相比较短且缺乏丝氨酸/苏氨酸磷激酶信号传导结构域,因此也被称为TGFβ的伪受体。前期研究结果表明,在人的脂肪细胞中,利用si RNA干扰BAMBI的表达可促进人前体脂肪细胞的分化,并缓解经典Wnt/β-cateni
【基金项目】
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转基因生物新品种培育重大专项(编号:2016ZX08006003); 陕西省重点研发计划项目(编号:2017ZDXM-NY-077); 财政部和农业农村部:国家现代农业产业技术体系(编号:CARS-35);
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骨形成蛋白和激活素的跨膜蛋白抑制因子(BMP and Activin Membrane-Bound Inhibitor,BAMBI)是一种跨膜糖蛋白,因其胞内结构与TGFβ家族的I型受体相比较短且缺乏丝氨酸/苏氨酸磷激酶信号传导结构域,因此也被称为TGFβ的伪受体。前期研究结果表明,在人的脂肪细胞中,利用si RNA干扰BAMBI的表达可促进人前体脂肪细胞的分化,并缓解经典Wnt/β-catenin信号通路以及TGFβ信号通路对脂肪细胞成脂分化的抑制效果。这一发现也让我们对BAMBI基因在肉用动物肉质改良方面的作用产生了兴趣。而本实验室研究结果也验证了在猪原代前体脂肪细胞中,BAMBI能通过经典Wnt/β-catenin信号通路调控其聚脂分化。但到目前为止,对于BAMBI基因对于脂肪细胞聚脂分化的研究还仍有不足,对于BAMBI基因调控脂肪生成的机制探讨还有待进一步加深。因此,本试验以C57BL/6小鼠为研究对象,利用Cre-lox P系统构建了脂肪特异性BAMBI敲除小鼠(BAMBI AKO),并分离了小鼠白色和棕色前体脂肪细胞,在活体组织和细胞水平上通过实时荧光定量PCR(RT-q PCR),蛋白免疫印迹,转录组测序,油红O染色,免疫荧光染色等手段探究了BAMBI对脂肪生成的影响及其机制。获得如下主要结果:1.脂肪特异性BAMBI敲除小鼠构建成功。本试验利用lox P-Cre技术构建了脂肪特异性BAMBI敲除小鼠(BAMBI AKO mice)。在该小鼠的腹股沟白色脂肪组织(i WAT)及附睾白色脂肪组织(e WAT)中,BAMBI的m RNA、蛋白表达水平极显著下降(P<0.01),表明脂肪特异性BAMBI敲除小鼠构建成功。2.BAMBI AKO小鼠呈肥胖表型,并伴随有胰岛素抵抗和脂肪肝现象出现。常脂饲喂14 w后,对照组小鼠和BAMBI AKO小鼠的体重,各组织重以及成脂标志基因表达水平之间无显著差异,而在高脂饲喂14 w后,BAMBI AKO小鼠的体重,肝脏组织,i WAT,e WAT和棕色脂肪组织(BAT)重量以及脂肪细胞面积均显著上升,小鼠呈肥胖表型。而在BAMBI AKO小鼠脂肪组织,肝脏组织和肌肉组织中的Akt(Ser473)信号通路磷酸化水平也显著降低,表明小鼠产生胰岛素抵抗现象(P<0.05)。此外,脂肪特异性敲除BAMBI基因后,小鼠肝脏中的脂质积累增多,最终导致小鼠肝脏代谢紊乱。3.BAMBI敲除促进小鼠原代脂肪细胞成脂分化。为了探究BAMBI是否能对前体脂肪细胞也产生相同的影响,我们分离了小鼠的前体脂肪细胞。结果发现,BAMBI敲除后,BAMBI AKO小鼠白色和棕色前体脂肪细胞中成脂标志基因(PPARγ,a P2,C/EBPβ)在m RNA和蛋白水平上均显著上升(P<0.05),表明BAMBI敲除促进了小鼠白色前体脂肪细胞和棕色前体脂肪细胞的成脂分化过程。油红O和Bodipy染色结果也验证了实时荧光定量PCR和Western blot的结果,表明BAMBI对脂肪细胞的成脂分化具有抑制作用。4.BAMBI通过调节ROS水平促进小鼠原代脂肪细胞聚脂分化。为了进一步探索BAMBI对脂肪生成的作用机制,本试验通过高通量转录组测序技术对两组小鼠的i WAT,e WAT和BAT进行了测序,分别筛选出了1356,194和1300个差异表达基因(DEGs),并且通过实时荧光定量PCR验证了测序数据的可靠性。此外,KEGG通路富集分析显示DEGs主要在调节机体内环境的氧化应激水平以及脂肪生成相关通路中富集,表明BAMBI可能通过调节小鼠体内氧化应激水平来调节脂肪生成。为了探究高脂饲喂下的脂肪肥大是否是由于体内ROS升高而引起的,我们检测了前体脂肪细胞中ROS的产量,结果表明,脂肪特异性敲除BAMBI会导致细胞内ROS水平上升,并促进前体脂肪细胞分化MCE阶段,进而使C/EBPβ活性升高,最终促进小鼠原代前体脂肪细胞成脂,抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸可抑制由BAMBI敲除后引起的脂肪细胞成脂分化。综上所述,本研究成功构建了BAMBI AKO敲除小鼠,从表型上来说,BAMBI AKO小鼠在高脂饲喂后呈肥胖表型,并伴随由胰岛素抵抗及脂肪肝表型的出现,此外,BAMBI敲除还可促进白色和棕色前体脂肪细胞的成脂分化过程,而从机制上来说,BAMBI的缺失会导致细胞内ROS水平上升,并促进前体脂肪细胞分化MCE阶段,进而使C/EBPβ与下游靶基因结合活性上升,最终促进小鼠原代前体脂肪细胞成脂。并阐释了其可能通过调节小鼠体内ROS水平来调节脂肪生成的机制。本研究的结果在为家畜肉品质的改良以及本实验室BAMBI转基因猪的构建提供了新的理论依据的同时,也为治疗肥胖提供了新的思路和靶点。
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