有氧運動或抗阻運動誘導(dǎo)骨形態(tài)發(fā)生蛋白7調(diào)節(jié)大鼠能量代謝的研究

李良 徐建方 房國梁 蘇浩

1國家體育總局體育科學(xué)研究所（北京100061）

2北京體育大學(xué)（北京100084）

骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）是由Marshal Urist從成人骨組織中提取的一種活性蛋白質(zhì)，除了BMP1外，其成員均屬于轉(zhuǎn)化生長因子-β超基因家族成員[1]。BMP是一類多功能生長因子，除了能夠誘導(dǎo)軟骨與骨的形成外，還參與胚胎發(fā)育中的諸多過程，如神經(jīng)分化、體節(jié)發(fā)育等[2]。BMP在間充質(zhì)干細胞、脂肪前體細胞及胚胎干細胞的分化及脂肪生成過程中也起著重要的調(diào)控作用[3]。BMP7最初是作為骨誘導(dǎo)劑而被研究者發(fā)現(xiàn)的，因此又被稱為成骨蛋白1[4]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，BMP7是一種多效能的蛋白質(zhì)，在細胞增殖和分化、細胞凋亡、食欲調(diào)節(jié)、脂肪生成、能量消耗等方面均有重要作用[5，6]。在成年時期，腎臟、骨骼、軟骨、心臟等部位均可表達BMP7[7]；作為一種信號蛋白，BMP7也可由脂肪組織的基質(zhì)血管細胞合成[1]；另外，大腦的多個部位也可表達BMP7，包括下丘腦、海馬等[8]。

脂肪是維持能量平衡的重要內(nèi)分泌組織，當脂肪堆積過多時便會導(dǎo)致肥胖，進而誘發(fā)一些代謝性疾病。在哺乳動物體內(nèi)，白色脂肪（white adipose tissue，WAT）和棕色脂肪（brownadiposetissue，BAT）是兩種常見的脂肪組織，但兩者有截然不同的特征和功能[9]。WAT的主要功能是將多余的能量以甘油三酯的形式儲存起來，這也是導(dǎo)致體重增加的關(guān)鍵因素；BAT的主要功能是通過非戰(zhàn)栗性產(chǎn)熱的形式釋放熱量，其產(chǎn)熱機制需要借助于棕色脂肪特異性表達的解耦聯(lián)蛋白1（uncoupling protein 1，UCP1），線粒體內(nèi)膜中的H+可通過UCP1在線粒體內(nèi)膜上的特殊通道被傳遞回線粒體基質(zhì)中，此過程不與任何能量消耗過程相偶聯(lián)，底物氧化所生成的能量便會以產(chǎn)熱的形式散失[10]。WAT在一些激活劑的刺激下可以轉(zhuǎn)化為BAT，這個過程被稱為白色脂肪棕色化，通過誘導(dǎo)白色脂肪棕色化可在一定程度上提高機體的能量代謝率，達到消耗脂肪、減輕體重的目的。

體重的調(diào)節(jié)是通過能量攝入與消耗的平衡來實現(xiàn)的，而BMP7可以增加BAT的產(chǎn)熱能力，促進能量消耗。研究發(fā)現(xiàn)，BMP7可升高機體溫度，促進氧化磷酸化及線粒體的生物合成，并能降低能量攝入、減少WAT[1，11]。此外，BMP7還能通過激活交感神經(jīng)系統(tǒng)觸發(fā)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)串聯(lián)，這會導(dǎo)致線粒體內(nèi)膜中BAT標記物UCP1表達增加，通過解偶聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)熱而消耗能量[1，11]。BMP7是胚胎期形成BAT所必需的因子，研究表明，缺失BMP7的小鼠，會直接導(dǎo)致BAT質(zhì)量和UCP1蛋白表達水平的顯著降低；相反地，將BMP7導(dǎo)入到BAT細胞的前體細胞，可促進其分化為BAT細胞[1]。Tseng等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，敲除BMP7基因的小鼠胚胎表現(xiàn)出明顯的BAT缺乏，甚至無法檢測出UCP1的表達；在小鼠中利用腺病毒介導(dǎo)BMP7高表達，發(fā)現(xiàn)BAT顯著增加，而WAT未增加，由此導(dǎo)致了能量消耗增加、體重降低。另一方面，BMP7還是新發(fā)現(xiàn)的作用于下丘腦并參與食欲調(diào)節(jié)的食欲抑制因子[12]。食欲抑制因子在中樞神經(jīng)系統(tǒng)、下丘腦腹中和腹外側(cè)有大量受體，且在含有神經(jīng)肽Y、刺鼠相關(guān)蛋白、阿黑皮素原/可卡因和苯丙胺轉(zhuǎn)錄物的腹中和腹外側(cè)弓狀核中的神經(jīng)元上均有表達[13]。在共聚焦顯微鏡下可以看出，BMP7及其受體與食欲調(diào)節(jié)神經(jīng)肽共定位于大腦中[12]。有研究顯示，腺病毒轉(zhuǎn)染BMP7減少了瘦素缺乏（ob/ob）肥胖小鼠的食物攝入，并減輕了體重、改善了代謝綜合征狀況[14]。

BAT的產(chǎn)熱能力是肝臟的數(shù)十倍，是肌肉的數(shù)倍，如果完全激活BAT的功能，50 g BAT能消耗相當于20%靜息代謝的能量[15]。BAT的激活以及運動誘導(dǎo)白色脂肪棕色化因子的產(chǎn)生被認為是運動調(diào)節(jié)靜息能量代謝的關(guān)鍵點[16]。研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動訓(xùn)練能夠促進白色脂肪棕色化的發(fā)生，進而提高機體的能量代謝水平[17]，尤其對皮下WAT的誘導(dǎo)作用更加顯著[18]。龔文輝等[19]對飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠進行了8周的有氧運動干預(yù)，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)大鼠BAT及下丘腦中BMP7的蛋白表達水平均升高，可能通過促進BAT的產(chǎn)熱功能減輕了大鼠的體重并降低了體脂比。

綜上所述，BMP7在調(diào)節(jié)白色脂肪棕色化和促進BAT產(chǎn)熱方面有潛在的重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動在一定程度上可提高BMP7的表達進而起到減脂控體重的作用，但目前的研究證據(jù)還很有限，有關(guān)有氧運動與BMP7表達之間的關(guān)系還有待進一步研究來闡釋。另一方面，抗阻運動也在逐漸成為一種流行的運動方式，它可在一定程度上提高機體的基礎(chǔ)代謝水平，但目前關(guān)于抗阻運動對BMP7表達的影響也鮮有研究報道。因此，本研究的目的是通過觀察有氧運動或抗阻運動干預(yù)對大鼠脂肪組織和下丘腦BMP7表達的影響，結(jié)合大鼠在靜息狀態(tài)下能量消耗的變化，探討不同運動方式通過BMP7調(diào)控大鼠能量代謝的作用。

1 材料與方法

1.1 實驗對象及分組

8周齡雄性SD大鼠，購自北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司。大鼠在SPF級動物房中利用符合國家標準的嚙齒類動物普通飼料分籠飼養(yǎng)，動物房溫度控制在22℃ ±1℃，相對濕度40%～60%，維持12小時明暗循環(huán)。適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，利用電子秤（BY-671，冰禹，上海）對所有大鼠分別稱重（精確到0.1 g），然后將大鼠隨機分為三組：安靜對照組（CON組）、有氧運動組（AE組）、抗阻運動組（RE組），每組各10只。其中，AE組和RE組大鼠分別進行8周的有氧運動或抗阻運動訓(xùn)練，安靜對照組不進行運動干預(yù)。在運動干預(yù)期間，大鼠維持自由進食和飲水。

1.2 運動訓(xùn)練方案

1.2.1 有氧運動訓(xùn)練方案

AE組大鼠首先進行1周的跑臺適應(yīng)性訓(xùn)練，跑臺速度為10 m/min，每天訓(xùn)練10 min，跑臺坡度為0°。適應(yīng)性訓(xùn)練結(jié)束后進行8周的正式訓(xùn)練，每周訓(xùn)練5天，休息2天。正式訓(xùn)練過程中跑臺坡度保持0°，跑臺速度和訓(xùn)練時間每周遞增，詳細的有氧運動訓(xùn)練方案如表1所示。

表1 有氧運動訓(xùn)練方案

1.2.2 抗阻運動訓(xùn)練方案

在參考文獻研究的基礎(chǔ)上，本實驗室建立了“負重爬梯法”對大鼠進行抗阻運動訓(xùn)練[20]。爬梯長1.10 m，寬0.18 m，以80°傾斜放置在地面上，其頂部有設(shè)有供大鼠休息的小籠子。大鼠首先進行1周的爬梯適應(yīng)性訓(xùn)練，由爬梯底部爬到頂部為一次完整爬梯訓(xùn)練，適應(yīng)性訓(xùn)練時不負重，必要時在尾部給予刺激。

正式訓(xùn)練每2天訓(xùn)練一組，共訓(xùn)練8周，大鼠在每組訓(xùn)練中需完成8次爬梯，次間休息2 min。在第一組訓(xùn)練時，初始負荷為大鼠體重的50%，后續(xù)每次爬梯時遞增負荷30 g，直到大鼠完成8次爬梯訓(xùn)練；若大鼠在訓(xùn)練中無法爬到頂部，則認為該次爬梯失敗，并將前次爬梯的負荷定為該組訓(xùn)練的最大負荷以完成剩余訓(xùn)練。在第二組訓(xùn)練中，前4次爬梯的負荷分別為第一組訓(xùn)練最大負荷的50%、75%、90%和100%，在該組隨后的爬梯訓(xùn)練中每次遞增負荷30 g，直到大鼠完成8次爬梯訓(xùn)練，并確定新的最大負荷。若訓(xùn)練中出現(xiàn)大鼠爬梯失敗的情況，仍以前次爬梯的負荷定為該組訓(xùn)練的最大負荷以完成剩余訓(xùn)練。在每組訓(xùn)練中均需確定新的最大負荷以供下組訓(xùn)練使用，以此類推，直到完成8周訓(xùn)練。

1.3 大鼠靜息狀態(tài)下能量消耗測量

完成最后一次訓(xùn)練24小時后，利用哥倫布斯動物氣體代謝分析系統(tǒng)（Comprehensive Lab Animal Monitoring System，Columbus Instruments，Columbus，USA）測試各組大鼠在靜息狀態(tài)下的能量消耗情況。如圖1所示，該動物氣體代謝分析系統(tǒng)是一個間接開放回路熱量計，通過已知速率的強制通風(fēng)，系統(tǒng)在進氣口和出氣口處可監(jiān)測單位體積內(nèi)氧氣（O2）和二氧化碳（CO2）濃度。再通過氣體濃度差異，可以計算出O2消耗量（VO2）、CO2產(chǎn)生量（VCO2）及呼吸交換率（respiratory exchange ratio，RER）。該系統(tǒng)配備有模塊化密閉小艙室，可給實驗動物提供一個獨立、密閉的良好空間，通過與氣體代謝分析系統(tǒng)相連，可測量實驗動物在安靜狀態(tài)下的VO2及VCO2。本研究在測試過程中，將大鼠放入密閉小艙室中，給予飲用水但不提供食物，在靜息狀態(tài)下連續(xù)監(jiān)測4小時氣體代謝數(shù)據(jù)。該測試在白天進行，根據(jù)大鼠飼養(yǎng)的“明-暗”周期，測試時間對應(yīng)大鼠在夜間的活動時段。根據(jù)測得的VO2和VCO2數(shù)據(jù)按下列公式計算出大鼠在靜息狀態(tài)下的能量消耗水平[21，22]：靜息能量消耗（kcal/hr）=（3.815+1.232×RER）×VO2（L/kg/hr）×體重（kg）

圖1 哥倫布斯動物氣體代謝分析系統(tǒng)

1.4 大鼠取材及指標測試

完成靜息代謝測量后，大鼠禁食過夜。利用電子秤對大鼠稱重后，向大鼠腹腔注射一定量的10%水合氯醛溶液將大鼠麻醉處死并進行取材。首先于腹主動脈取血4 mL并置于血清管中，離心后取血清并利用大鼠BMP7 ELISA檢測試劑盒（Rat BMP7 ELISA Kit，Bio-Swamp，China）檢測BMP7水平。取出大鼠腹股溝皮下白色脂肪及肩胛間棕色脂肪，用錫鉑紙包裝后置于液氮中冷凍，然后轉(zhuǎn)移至-80℃冰箱中保存，用于測試BMP7、UCP1的基因及蛋白表達水平。將大鼠開顱后取出下丘腦，用錫鉑紙包裝后置于液氮中冷凍，然后轉(zhuǎn)移至-80℃冰箱中保存，用于測試BMP7的基因和蛋白表達水平。

1.4.1 熒光定量PCRPCR檢測樣本中BMP7、UCP1的基因表達水平

將組織樣本研磨粉碎后，利用QIAGEN總RNA提取試劑盒提取樣本RNA。以提取出的RNA為模板，配制40 μL的反轉(zhuǎn)錄體系合成cDNA。然后，再以cDNA為模板，β-actin為內(nèi)參，配制20 μL的反應(yīng)體系進行基因擴增，擴增條件為：95℃ 3分鐘、94℃ 20秒、60℃ 20秒、72℃ 20秒，共循環(huán)40次。利用熒光定量PCR儀（CFX 96 Conect，Bio-Rad，USA）進行熒光定量，根據(jù)熒光定量結(jié)果，利用2-△△ct法對樣本中BMP7、UCP1的基因表達水平進行相對定量。實驗檢測中所需的所有引物均參照GeneBank數(shù)據(jù)庫提供的基因序列（表2），由上海生工生物技術(shù)有限公司合成。

表2 目的基因的引物序列

1.4.2 Western Blot Blot法檢測樣本中BMP7、UCP1的蛋白表達水平

提取組織樣本中的總蛋白，配制BCA工作液并檢測蛋白濃度，再利用RIPA裂解液對蛋白濃度進行調(diào)整。然后，以蛋白量20 μg為一次上樣量（根據(jù)測定的蛋白濃度計算蛋白上樣量），配制上樣使用的蛋白液。上樣完畢后，利用10%的SDS-PAGE凝膠電泳分離蛋白，200 mA恒流轉(zhuǎn)膜，轉(zhuǎn)膜時間1 h，然后放入3%BSA-TBST中封閉30 min。然后將膜與稀釋好的一抗（BMP7與UCP1的稀釋比均為1∶3000）室溫孵育10 min，放4℃過夜。次日拿出膜后室溫孵育30 min，用TBST洗膜3次，每次5 min，洗去殘留一抗。加入HRP標記的山羊抗兔二抗（稀釋比1∶5000），室溫搖床孵育90 min，然后用TBST洗膜4次，每次5 min。最后加入ECL化學(xué)發(fā)光試劑反應(yīng)3～5 min，曝光10 s～5 min，顯影2 min后定影。用UVP凝膠圖象處理系統(tǒng)Labworks4.6軟件分析目的條帶的灰度值，將每個條帶與相應(yīng)樣品的內(nèi)參條帶灰度值進行比較，計算出BMP7和UCP1的相對蛋白表達量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)利用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計和分析，統(tǒng)計結(jié)果以平均值 ±標準差（x±s）表示。三組間的數(shù)據(jù)利用單因素方差分析（One-Way ANOVA）進行統(tǒng)計分析和比較，根據(jù)分析結(jié)果再利用最小顯著差異法（LSD）進行組間兩兩比較。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 運動干預(yù)對大鼠體重的影響

如圖2所示，三組大鼠的體重在運動干預(yù)前無顯著差異（CON vs.AE vs.RE：357.10 ± 20.38 g vs.350.36 ± 18.22 g vs.352.08 ± 19.78 g，P＞0.05）。運動干預(yù)期間，CON組大鼠體重增長較快，而AE組和RE組大鼠體重增長相對緩慢。8周運動干預(yù)結(jié)束后，CON組大鼠體重為542.80±44.18 g，顯著高于AE組（467.06 ± 40.56 g，P＜0.01）和RE組（478.94 ± 30.39 g，P＜0.01），AE組和RE組大鼠體重無顯著差異。

圖2 各組大鼠在運動干預(yù)前后的體重變化

2.2 運動干預(yù)對大鼠血清BMP7水平的影響

8周運動干預(yù)后，CON組大鼠血清BMP7水平為501.62±36.78 pg/mL，顯著低于AE組的540.47±33.45 pg/mL（P＜0.05），但與 RE 組的 499.22 ± 30.53 pg/mL無顯著差異。另外，AE組的血清BMP7水平顯著高于RE組（P＜0.05）。

圖3 運動干預(yù)對大鼠血清BMP7水平的影響

2.3 運動干預(yù)對BMP7和UCP1基因及蛋白表達的影響

2.3.1 運動干預(yù)對大鼠WATWAT中BMP7基因及蛋白表達的影響

8周運動干預(yù)后，大鼠WAT中BMP7基因及蛋白表達情況如圖4所示。CON組BMP7基因相對表達量為1.05 ± 0.34，顯著低于AE組的2.12 ± 0.84（P＜0.01），而與RE組（1.41±0.45）無顯著差異。在蛋白表達水平中，CON組的BMP7蛋白相對表達量顯著低于AE組和RE組（CON vs.AE vs.RE：1.00 vs.1.50 ± 0.32 vs.1.59 ± 0.38，P＜0.05），但AE組和RE組間無顯著差異。

圖4 運動干預(yù)對大鼠WAT中BMP7基因及蛋白表達的影響

2.3.2 運動干預(yù)對大鼠BATBAT中BMP7基因及蛋白表達的影響

8周運動干預(yù)后，大鼠BAT中BMP7基因及蛋白表達情況如圖5所示。CON組BMP7基因相對表達量為1.03 ± 0.35，顯著低于AE組的1.45 ± 0.71（P＜0.05）和RE組的1.64 ± 0.51（P＜0.05），AE組與RE組無顯著差異。在蛋白表達水平中，三組大鼠BMP7的蛋白相對表達量均無顯著差異（CON vs.AE vs.RE：1.00 vs.1.03 ± 0.05 vs.0.99 ± 0.05，P＞0.05）。

圖5 運動干預(yù)對大鼠BAT中BMP7基因及蛋白表達的影響

2.3.3 運動干預(yù)對大鼠BATBAT中UCP1基因及蛋白表達的影響

8周運動干預(yù)后，大鼠BAT中UCP1基因及蛋白表達情況如圖6所示。CON組UCP1基因相對表達量為1.02 ± 0.26，顯著低于AE組的6.78 ± 1.95（P＜0.01）及RE組的7.28 ± 1.83（P＜0.01），AE組與RE組無顯著差異。在蛋白表達水平中，三個組的UCP1蛋白相對表達量均無顯著差異（CON vs.AE vs.RE：1.00 vs.0.73± 0.22 vs.0.88 ± 0.23，P＞0.05）。

圖6 運動干預(yù)對大鼠BAT中UCP1基因及蛋白表達的影響

2.3.4 運動干預(yù)對大鼠下丘腦組織BMP7基因及蛋白表達影響

8周運動干預(yù)后，大鼠下丘腦組織BMP7基因及蛋白表達情況如圖7所示。CON組BMP7基因相對表達量為1.04±0.33，顯著低于AE組的1.70±0.41（P＜0.05）；CON組的BMP7基因相對表達量低于RE組（1.55±0.60），但無顯著差異；AE組與RE組的BMP7基因表達量無顯著差異。在蛋白表達水平中，CON組的BMP7蛋白相對表達量顯著低于AE組（CON vs.AE：1.00 vs.1.22 ± 0.26，P＜0.05），但與RE組（1.13±0.18）無顯著差異。

圖7 運動干預(yù)對大鼠下丘腦組織中BMP7基因及蛋白表達的影響

2.4 運動干預(yù)對大鼠靜息狀態(tài)能量消耗的影響

8周運動干預(yù)后，利用動物氣體代謝分析儀對大鼠在靜息狀態(tài)下的能量消耗情況進行了測定，各組大鼠的靜息氧耗量及靜息能量消耗如圖8所示。CON組大鼠在靜息狀態(tài)下的VO2為1.00±0.25 L/kg/hr，顯著低于AE 組的1.15 ± 0.32 L/kg/hr（P＜0.01）及RE 組的1.14 ± 0.30 L/kg/hr（P＜0.01），AE組與RE組無顯著差異。根據(jù)測算，CON組大鼠在靜息狀態(tài)下的能量消耗為2.53±0.54 kcal/hr，顯著低于AE組的2.83±0.62 kcal/hr（P＜0.01）及 RE 組的 2.73 ± 0.57 kcal/hr（P＜0.05），AE組與RE組無顯著差異。

圖8 運動干預(yù)對大鼠靜息狀態(tài)的氧耗量及能量消耗的影響

3 討論

諸多研究已證實，合理的運動鍛煉可減少脂肪堆積、促進能量代謝，達到控制體重、提高身體素質(zhì)的目的。任華等[23]在實驗中對肥胖大鼠進行了8周的有氧運動干預(yù)，發(fā)現(xiàn)有氧運動顯著降低了大鼠體重和腹腔脂肪量并改善了血脂水平。除有氧運動外，抗阻運動在減控體重中的作用也逐漸被研究者關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，抗阻運動可以顯著減少代謝綜合征的危險因素，如減輕體重、降低糖化血紅蛋白和收縮壓水平等[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)過8周的有氧運動或抗阻運動干預(yù)后，其體重均顯著低于未經(jīng)運動干預(yù)的對照組大鼠。楊星雅等[18]在研究中同樣對大鼠進行了有氧運動或抗阻運動干預(yù)，發(fā)現(xiàn)有氧運動訓(xùn)練使大鼠的體重增量僅為對照組的52%；在抗阻運動干預(yù)下，大鼠體重增量也僅為對照組的70%。以上研究結(jié)果說明，無論是有氧運動還是抗阻運動訓(xùn)練，都能在一定程度上減少大鼠的體重增長幅度，其原因可能與能量消耗增加、脂肪堆積減少等因素有關(guān)。

van Marken Lichtenbelt等[25]在研究中發(fā)現(xiàn)，肥胖個體中的BAT總量偏少、活性降低，BAT活性與身體質(zhì)量指數(shù)及體脂率成反比，較低的BAT活性可能是造成肥胖的內(nèi)在機制之一。Dulloo等[26]在實驗中將小鼠肩胛下的BAT切除后，機體WAT總量出現(xiàn)異常增加，進一步佐證了這種假設(shè)。以上研究結(jié)果提示，通過提高BAT總量及活性可促進機體的能量消耗，減少脂肪堆積。楊星雅等[18]在研究中發(fā)現(xiàn)，有氧運動干預(yù)可提高大鼠皮下WAT中鋅指蛋白PRDM16（PR-domain-containing 16）、過氧化物酶體增生物激活受體γ（peroxisome proliferators-activated receptors γ，PPARγ）和過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α（peroxisome proliferators-activated receptorsγ coactivator-1α，PGC-1α）等因子的表達，對白色脂肪棕色化有促進作用；同時，有氧運動還可以減小大鼠BAT細胞的脂滴面積，提高BAT的代謝活性，對其產(chǎn)熱水平有一定的促進作用，進而減少脂肪堆積、減輕大鼠體重[27]。

BAT可由不同的前體細胞分化而來，其中，來源于間充質(zhì)干細胞的Myf5+和Myf5-是形成BAT的兩種重要前體細胞。Myf5+前體細胞既可以分化為BAT，也可以分化為肌細胞，PRDM16被證實是Myf5+前體細胞分化成為BAT的“開關(guān)”，它在BAT形成過程中起著正向調(diào)控作用，能促進BAT的形成[28]。BMP7是BAT形成的第二個“開關(guān)”，它除了能協(xié)同PRDM16促進Myf5+前體細胞向BAT分化以外，還可以直接誘導(dǎo)Myf5-前體細胞向BAT分化[29]。在調(diào)節(jié)脂肪生成方面，BMP主要通過Smad依賴途徑和p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）信號通路發(fā)揮作用[30]。而在BAT生成方面，BMP7主要通過p38MAPK信號通路發(fā)揮作用。BMP7通過抑制早期脂肪生成抑制因子以及誘導(dǎo)BAT定向的關(guān)鍵因子（如PRDM16、PGC-1α）的表達，從而生成可以特異性表達UCP1和含有大量線粒體的BAT[31]。BMP7能通過p38MAPK和PGC-1依賴的信號通路完成整個BAT細胞分化程序，包括調(diào)控PRDM16和PGC-1α表達，提高BAT特異性蛋白UCP1、脂肪轉(zhuǎn)錄因子PPARγ、C/EBPs的表達和線粒體生物合成[32]。Tseng等[11]在研究中揭示了BMP7對于BAT生成的重要意義，他們在研究中利用敲除BMP7基因的小鼠為研究對象，經(jīng)繁殖生產(chǎn)后，新生小鼠肩胛下BAT總量比野生型小鼠減少50%～70%，并且UCP1的蛋白表達水平顯著降低，甚至無法檢測到UCP1的表達。目前有關(guān)運動誘導(dǎo)BMP7進而調(diào)控脂肪分化的研究鮮有報道，本研究觀察到，相對于對照組大鼠，8周有氧運動干預(yù)提高了大鼠WAT中BMP7的基因及蛋白表達，抗阻運動干預(yù)也提高了WAT中BMP7的蛋白表達。作為BAT形成過程中的重要“開關(guān)”，BMP7表達水平的上升可能在一定程度上促進了WAT向BAT的轉(zhuǎn)化。

此外，本研究也發(fā)現(xiàn)有氧運動或抗阻運動干預(yù)均提高了大鼠BAT中BMP7及UCP1的基因表達，而UCP1是反映BAT產(chǎn)熱能力的重要指標之一。在Rocha-Rodrigues等[33]研究中，分別對正常大鼠及高脂飼料喂養(yǎng)的肥胖大鼠進行了8周的有氧運動干預(yù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有氧運動減少了正常大鼠及肥胖大鼠的體重增長幅度；相對于正常對照組大鼠，有氧運動提高了正常大鼠米色和棕色脂肪組織中BMP7的基因及蛋白表達水平，同時也提高了UCP1的蛋白表達水平；相對于肥胖對照組大鼠，有氧運動也提高了肥胖大鼠米色和棕色脂肪BMP7的基因表達水平。但是，本研究并未觀察到有氧運動干預(yù)對大鼠BAT中BMP7及UCP1的蛋白表達水平有顯著影響，這可能與本研究中有氧運動的強度相對偏低有關(guān)。在本研究中，有氧運動訓(xùn)練采用的是跑步速度及時間每周遞增的方案，其初始的速度較慢、時間較短，這與其它實驗中維持相對恒定的跑速和運動時間的方案有所不同[33]，較低的運動強度可能影響了BAT中BMP7和UCP1的蛋白表達水平。

綜上所述，本研究中8周的有氧運動或抗阻運動干預(yù)都提高了WAT中BMP7的表達水平，這對白色脂肪棕色化的發(fā)生有潛在的促進作用；另外，這兩種運動干預(yù)方式均促進了BAT中BMP7和UCP1的基因表達。龔文輝等[19]在研究中發(fā)現(xiàn)，有氧運動干預(yù)提高了肥胖大鼠BAT中BMP7及環(huán)氧合酶2的表達水平，同時有氧運動組大鼠的靜息代謝率和非顫抖性產(chǎn)熱水平均高于對照組，該研究認為有氧運動能夠通過上調(diào)肥胖大鼠BMP7的表達，促進BAT產(chǎn)熱，進而影響全身能量代謝。本研究也檢測了大鼠在靜息狀態(tài)下的能量消耗水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AE組和RE組大鼠的靜息氧耗量及靜息能量消耗水平均顯著高于CON組大鼠，這說明兩種運動干預(yù)方式均增強了大鼠的靜息能量消耗水平，這也是AE組和RE組大鼠體重增長幅度顯著低于CON組的原因之一，其作用機制可能與運動誘導(dǎo)了脂肪組織中BMP7的高表達有關(guān)。

另一方面，研究發(fā)現(xiàn)在大腦的不同區(qū)域中都有BMP配體的表達；其中，具有生物活性的BMP7已在腦脊液中發(fā)現(xiàn)[8]，BMP7在大腦中的表達部位包括下丘腦和脈絡(luò)叢。此外，在大腦中（包括下丘腦）也發(fā)現(xiàn)了不同類型的BMP受體，表明BMP信號可能參與下丘腦的一些調(diào)節(jié)功能[34]。下丘腦是調(diào)節(jié)食欲及能量攝入的主要部位[35]，雖然BMP7在調(diào)控能量攝入方面的作用還未得到完全證實，但已有研究發(fā)現(xiàn)BMP7水平對食欲調(diào)節(jié)有顯著影響。Townsend等[14]在研究中通過腺病毒向飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠轉(zhuǎn)染BMP7后發(fā)現(xiàn)，實驗組小鼠攝食量比正常小鼠減少30%，而氧耗量增加了10%；實驗組小鼠體重明顯降低，其中75%的體重減少量源于BMP7導(dǎo)致的攝食量減少，另25%則源于BMP7導(dǎo)致的能量消耗增加。但也有研究報道了相反的結(jié)果，Boon等[36]通過腹腔注射的方式向C57Bl/6J小鼠注入重組BMP7，共持續(xù)4周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠的攝食量顯著增加。以上研究結(jié)果不一致的原因可能有兩個方面：一是實驗中所作用的BMP7劑量不同，Townsend等的研究中腺病毒轉(zhuǎn)染的BMP7劑量為每克體重2.5×1010個病毒顆粒[14]，而Boon等通過腹腔注射的BMP7量為33 μg/kg/day或100 μg/kg/day[36]；二是在持續(xù)性的實驗過程中，伴隨著BMP7導(dǎo)致的能量消耗增加，反過來可能增加了小鼠對能量的需求并刺激了對食物的攝入。

雖然現(xiàn)有研究的結(jié)果并不一致，但都揭示出BMP7在調(diào)節(jié)能量攝入方面有一定的作用。本研究觀察到，經(jīng)過8周有氧運動干預(yù)后，大鼠下丘腦組織中BMP7的基因和蛋白表達水平均顯著高于CON組大鼠，并且血液循環(huán)中的BMP7水平也高于CON組和RE組，較高的BMP7水平可能通過下丘腦的食欲調(diào)節(jié)功能調(diào)控大鼠的攝食行為，而這種調(diào)節(jié)作用很可能就是通過經(jīng)典的mTOR信號通路發(fā)揮作用的。在Townsend等[14]的研究中，利用ob/ob肥胖小鼠為研究對象，通過BMP7處理發(fā)現(xiàn)，肥胖小鼠的體重和攝食量均出現(xiàn)降低，說明BMP7可不依賴于瘦素發(fā)揮作用。該研究進一步通過在C57BL/6小鼠側(cè)腦室注射重組BMP7后發(fā)現(xiàn)，小鼠攝食量減少了44.4%；Smad信號通路中Smad 1/5/8的磷酸化程度有所增強，mTOR信號通路下游因子p70S6K的磷酸化程度顯著增加，并且該作用甚至先于Smad信號通路的激活。在本研究中，有氧運動干預(yù)引起的下丘腦BMP7高表達可能對大鼠的能量攝入有一定的調(diào)控作用。但是，本研究在實施過程中存在一定的局限性，未能監(jiān)測大鼠在運動干預(yù)期間的飲食攝入情況，因此無法確定BMP7在下丘腦的高表達對大鼠攝食行為存在正向還是負向的調(diào)節(jié)作用，這也是需要后續(xù)研究進行探索和闡釋的問題之一。

4 結(jié)論

8周有氧運動或抗阻運動干預(yù)均提高了大鼠靜息能量消耗水平并減緩了體重增長幅度，這可能與運動誘導(dǎo)脂肪組織高表達BMP7進而促進了白色脂肪棕色化并提高了BAT產(chǎn)熱水平有關(guān)。相對于抗阻運動，有氧運動提高了大鼠下丘腦組織中BMP7的表達水平，可能通過下丘腦影響了大鼠的攝食行為，但還需更多研究闡釋BMP7在調(diào)節(jié)能量攝入中的作用及機制。