BMP信號通路在多潛能干細胞向前脂肪細胞定向中作用及機制研究.pdf

1、肥胖的產(chǎn)生是由于脂肪細胞體積增大和數(shù)目增多。其中,脂肪細胞數(shù)目增多則是由于脂肪組織中多潛能干細胞向前脂肪細胞定向的增多,后者在一定的環(huán)境因素作用下分化為成熟的脂肪細胞。從多潛能干細胞發(fā)育成為脂肪細胞是一個多步驟的過程,包括多潛能干細胞向前脂肪細胞定向、前脂肪細胞增殖、生長抑制及終末分化。以前的研究主要集中于從前脂肪細胞到成熟脂肪細胞的過程,對于如何從干細胞以及多潛能干細胞向前脂肪細胞定向研究甚少。
　　 Tang等研究表明BMP

2、-4促進C3H10T1/2多潛能干細胞向前脂肪細胞定向,但是其下游機制并不明確,并且對于其它在多潛能干細胞向前脂肪細胞定向過程發(fā)揮作用的細胞因子了解很少。在本課題中,我們觀察了BMP家族另一成員BMP-2對多潛能干細胞向前脂肪細胞定向過程的影響,并且重點研究了BMP-2和BMP-4共同參與的信號轉(zhuǎn)導通路在促進多潛能干細胞向前脂肪細胞定向的作用機制,彌補了這一部分研究的空白。
　　 在研究中,我們發(fā)現(xiàn)BMP-2可促進C3H10T1

3、/2多潛能干細胞向前脂肪細胞定向,并且按照標準脂肪細胞分化方案誘導后,已定向的前脂肪細胞可分化為成熟脂肪細胞,細胞由成纖維形態(tài)變?yōu)閳A形,胞漿內(nèi)聚集甘油三酯,脂肪細胞特異性蛋白質(zhì)脂肪酸結合蛋白(422/aP2)表達。BMP-2因此成為被發(fā)現(xiàn)的除BMP-4以外能夠促進多潛能干細胞向前脂肪細胞定向的又一重要細胞因子。
　　 為了進一步研究BMP信號通路在多潛能干細胞向前脂肪細胞定向過程中作用機制,我們觀察了不同類型BMP受體對多潛能干

4、細胞向前脂肪細胞定向的作用。首先,我們檢測了C3H10T1/2多潛能干細胞內(nèi)各種類型BMP受體mRNA表達水平。結果表明C3H10T1/2細胞表達BMPR-IA和BMPR-II,而BMPR-IB不表達。這一結果暗示了BMP-2或BMP-4可能是通過BMPR-IA發(fā)揮功能。然后,我們構建了含有持續(xù)激活BMPR-IA、BMPR-IB和激酶部位缺失的BMPR-IA(可競爭抑制BMPR-IA活性)基因的質(zhì)粒,利用逆轉(zhuǎn)錄病毒表達系統(tǒng)將持續(xù)激活的B

5、MPR-IA、BMPR-IB和激酶部位缺失的BMPR-IA基因?qū)?KC3H10T1/2多潛能干細胞,結果表明持續(xù)激活BMPR-IA和BMPR-IB的細胞不需BMP誘導,直接經(jīng)MDI誘導后可分化為脂肪細胞,而激酶部位缺失的BMPR-IA顯著抑制了BMP-2或BMP-4引起的多潛能干細胞向前脂肪細胞定向。這一系列結果證實了BMP-2和BMP-4促進多潛能干細胞向前脂肪細胞定向是通過BMPR-IA實現(xiàn)的。
　　 BMP受體主要可激活兩

6、條重要的信號通路,即Smad和p38MAPK信號通路。我們檢測了BMP-2和BMP-4處理分裂期的C3H10T1/2多潛能干細胞后下游信號通路激活情況,Smad和p38MAPK信號通路均可被BMP-2和BMP-4激活。目前少量文獻報導,BMP還可激活Ras/ERK信號通路。
　　 為了進一步明確BMP在多潛能干細胞向前脂肪細胞定向中作用機制,我們使用特異性化學抑制劑抑制某些信號分子活性和/或利用RNA干擾方法下調(diào)特定蛋白質(zhì),觀察

7、了Smad、p38MAPK和ERK信號通路對BMP引起的多潛能干細胞向前脂肪細胞定向的影響。我們利用RNA干擾手段下調(diào)了C3H10T1/2多潛能干細胞內(nèi)共介導Smad即Smad4的蛋白水平,從而阻斷磷酸化的調(diào)節(jié)性Smad(R-Smads,Smad1/Smad5/Smad8)與之形成復合物進入細胞核內(nèi)發(fā)揮功能,達到阻斷BMP/Smad信號通路的目的。結果顯示下調(diào)Smad4蛋白水平能明顯抑制BMP-2或BMP-4引起的多潛能干細胞向前脂肪細

8、胞定向。同時,我們還研究了p38MAPK和ERK信號通路在其中發(fā)揮的作用。我們分別使用p38MAPK化學抑制劑SB203580和ERK激酶MEK1的化學抑制劑PD98059預先處理C3H10T1/2多潛能干細胞,再給予細胞BMP處理,經(jīng)MDI誘導后,我們發(fā)現(xiàn)SB203580明顯抑制多潛能干細胞向脂肪細胞分化,而PD98059X寸此沒有影響,表明p38MAPK信號通路參與了BMP引起的多潛能干細胞向前脂肪細胞定向,而ERK信號通路在其中發(fā)

9、揮的作用不是很明顯。為排除藥物副作用,我們合成了p38RNAi,結果表明p38下調(diào)以后BMP引起的多潛能干細胞向前脂肪細胞定向被部分抑制。另外,當我們在C3H10T1/2多潛能干細胞內(nèi)共同轉(zhuǎn)染了Smad4和p38RNAi時,BMP引起的多潛能干細胞向前脂肪細胞定向幾乎被完全抑制。綜合這些數(shù)據(jù),我們得出了以下結論:BMP-2和BMP-4促進C3H10T1/2多潛能干細胞向前脂肪細胞定向依賴Smad和p38MAPK兩條信號通路,與ERK信號