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目的：哺乳动物体内存在白色脂肪(white adipose tissue,WAT)和棕色脂肪(brown adipose tissue, BAT),其中棕色脂肪在机体物质和能量代谢中起着重要作用。但目前有关棕色脂肪发育分化和激活机制并不清楚。BMPs属于转化生长因子β(transforming growth factor β, TGF-β)超家族,其中BMP2和BMP4能诱导干细胞定向分化为白色脂肪,而BMP7和BMP8B与成棕色脂肪细胞的分化密切相关。有关BMP4在棕色脂肪细胞定向分化中的作用则鲜有报道,因此在本课题中我们将研究BMP4在棕色脂肪细胞定向分化和功能调节中的作用及其机制。方法：在3组不同的成脂诱导方案下,观察BMP4和BMP7诱导多潜能干细胞C3H10T1/2定向分化为棕色脂肪细胞的作用。利用western-blot和实时定量PCR检测棕色脂肪特异基因表达；通过线粒体特异染色(Mito Tracker荧光)和透射电子显微镜观察线粒体的密度和结构,并检测细胞的体外氧化呼吸活性；利用细胞移植至裸鼠皮下技术观察BMP4在体内的作用；通过RNA干扰手段研究BMP/PRDM16信号通路。结果：研究发现BMP4跟BMP7一样,均参与棕色脂肪细胞定向分化的全过程：诱导棕色脂肪特异Marker解偶联蛋白(uncoupling protein 1,UCP1)的高表达,促进线粒体密度增加和功能增强。BMP4的这种诱导棕色脂肪细胞定向分化的作用取决于其本身不同的浓度及细胞所处不同微环境中细胞因子的协同作用。低浓度的BMP4 (20ng/mL)促进UCP1表达的作用最强,该作用随着BMP4浓度的增加而减弱。另外,向经典的成脂诱导方案MDI(IBMX、Dexamethasone、Insulin)中添加Indomethacin或(和)T3可极大增加UCP1的表达、线粒体的密度和功能。在体内实验中,BMP4预处理的多潜能干细胞移植至裸鼠皮下后可发育成分化成熟的棕色脂肪组织。Western-blot检测发现BMP4和BMP7一样可使棕色脂肪早期调节因子PRDM16(PR-domain-containing 16)的蛋白增多。利用RNA干扰手段敲低C3H10T1/2多潜能干细胞的PRDM16表达并不影响其成脂肪细胞分化,但UCP1以及线粒体合成基因的表达均降低,而白色脂肪和肌肉相关基因的表达则增加。我们利用RNA干扰手段下调了Smad4或(和)p38 MAPK的蛋白水平,从而阻断BMP信号通路,抑制了BMP4诱导成棕色脂肪细胞定向分化的作用。结果显示下调Smad4的蛋白水平能明显抑制PRDM16的表达,而阻断p38 MAPK信号通路并不影响PRDM16的表达。结论：我们的研究发现BMP4通过激活Smad信号通路而上调PRDM16的表达,从而促进C3H10T1/2多潜能干细胞定向分化为具有功能活性的棕色脂肪细胞。