《International Journal of Molecular Sciences》：Nutrient-Derived Modulation of the Gremlin-1/BMP-4 Axis by White Tea Preserves Insulin Sensitivity During Early Diet-Induced Metabolic Dysregulation
Medeni Arpa,
Bayram ?en,
Mehtap Atak and
Hülya K?l??
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本文探究了在早期高脂饮食（HFD）诱导的代谢紊乱非肥胖模型中，补充白茶对Gremlin-1/Bone Morphogenetic Protein-4 (BMP-4)信号轴和胰岛素敏感性的影响。研究发现，与单纯高脂饮食相比，白茶干预可显著降低体重增加，改善HOMA-IR评估的胰岛素敏感性。代谢获益伴随循环Gremlin-1/BMP-4轴成分的协同变化，提示其可能作为一种营养素来源的生物活性物质，在预防肥胖前代谢失调中发挥作用。
1. 引言
随着高脂饮食模式广泛地与代谢失调相关联，寻找针对早期胰岛素抵抗的预防性营养策略日益受到关注。内脏脂肪组织不仅是被动的脂质储存库，更是一个活跃的内分泌器官，通过复杂的基因表达网络整合营养信号并调节代谢与炎症通路。在众多调控通路中，Gremlin-1/骨形态发生蛋白-4 (BMP-4)信号轴已成为一个重要的调控路径。Gremlin-1是一种分泌型糖蛋白，主要作为包括BMP-4在内的骨形态发生蛋白的拮抗剂，通过直接结合BMP配体抑制下游信号传导。BMP-4则在脂肪组织生物学中扮演多面角色，影响脂肪细胞谱系定向、脂质代谢和全身胰岛素敏感性。两者构成的拮抗性信号轴被认为是脂肪组织功能障碍和早期代谢适应不良的潜在分子指标。
本研究的目的是在非肥胖实验模型中，评估补充白茶对高脂饮食条件下体重增加、胰岛素抵抗以及内脏脂肪组织中Gremlin-1/BMP-4轴的影响，以阐明一种营养素来源的生物活性物质是否能在代谢和分子水平上调节早期代谢失调。
2. 结果
2.1. 胰岛素抵抗与体重增加
胰岛素抵抗比较分析显示，高脂饮食（HFD）组的HOMA-IR值最高。相比之下，白茶（WT）组的HOMA-IR水平显著低于HFD组 (p = 0.008)。体重增加评估显示，HFD组和奥利司他（ORL）组的体重增加均高于对照组，而WT组的体重增加最小，甚至低于HFD组 (p = 0.044)。值得注意的是，WT组在整个实验期间的总食物消耗量比HFD组低约30%。
2.2. 内脏脂肪组织中GREM1基因表达
相对于对照组，HFD组的内脏脂肪组织中GREM1基因表达增加了1.92倍。在WT和ORL组中，GREM1表达水平分别增加了1.07倍和1.17倍，但组间差异未达到统计学显著性 (p = 0.063)。
2.3. 血清与组织中Gremlin-1和BMP-4水平
对各组血清和组织中Gremlin-1与BMP-4水平的评估发现，WT组的血清和组织的Gremlin-1水平有升高趋势，但无统计学显著性。WT组的血清BMP-4水平显著低于标准饮食（STD）组 (p = 0.012)，而各组间组织BMP-4浓度无统计学显著差异。
2.4. 相关性分析
相关性分析显示，血清Gremlin-1水平与血清BMP-4水平之间存在中等程度、负向且具有统计学显著性的关联 (Spearman’s rho = -0.493, p = 0.011)。此外，血清BMP-4水平与HOMA-IR值呈中等程度的正相关 (Spearman’s rho = 0.564, p = 0.003)。所分析的其他参数之间未发现其他显著相关性。
3. 讨论
本研究揭示了白茶补充剂在早期饮食诱导的代谢紊乱背景下预防性作用的探索性发现。在这个非肥胖高脂饮食模型中，与单纯高脂喂养相比，给予白茶与更低的体重增加和更低的HOMA-IR值相关。这些差异恰逢循环Gremlin-1/BMP-4轴成分的改变。然而，鉴于WT组观察到较低的食物摄入量，这些发现应被解释为与摄入量相关的观察结果，而非直接代谢通路调控的证据。
3.1. 白茶补充剂的代谢效应及其与文献的一致性
WT组与HFD组相比体重增加减缓，这与以往关于饮茶与能量代谢改变相关的研究结果一致。WT组相对于HFD组较低的HOMA-IR值表明，在发生这些代谢变化的同时，胰岛素敏感性有所改善。这一发现与先前报道一致，即白茶的茶多酚，包括表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG），在实验模型中与胰岛素信号传导的改善相关。EGCG可能通过激活AMP激活的蛋白激酶（AMPK）影响葡萄糖代谢，也可能改变脂肪组织中的炎症，这些行为都会影响胰岛素功能。尽管WT组的动物被观察到摄食量较少，但这可能提示白茶影响了摄食行为或食欲调节，由于并非研究预设的主要终点，此观察属于探索性发现，有待未来研究专门评估。奥利司他（ORL）组体重增加未减少，是解读本研究结果时需考虑的重要因素。这表明在高脂饮食随意摄食条件下，药物性抑制膳食脂肪吸收并不一定在所有实验环境下都能转化为体重增加减少。
3.2. Gremlin-1/BMP-4轴：一致性相关发现
在血清中观察到的Gremlin-1和BMP-4之间的负相关关系，与Gremlin-1作为BMP标准抑制剂的已知功能相符。Gremlin-1已知在配体水平结合BMP-4，从而限制信号传导，因此其循环水平之间的负相关关系是一个预期的发现。此外，血清BMP-4与HOMA-IR之间的正相关表明，BMP-4可能作为一种与代谢应激和胰岛素抵抗相关的标志物。从这一角度看，我们的相关性分析支持了现有知识。
3.3. 与文献部分不一致或预期之外的发现解读
本研究中，尽管HFD组的内脏脂肪组织GREM1基因表达增加了1.92倍，但此增加未达到统计学显著性 (p = 0.063)，这与通常描述Gremlin-1在高脂饮食暴露下上调的文献报告部分不一致。这可能源于多种因素，例如本研究是早期、肥胖前模型，代谢应激可能尚未进展到足够慢性的状态。同样，WT组观察到的血清和组织Gremlin-1水平数值上更高（尽管不显著）并不完全符合文献中描述的预期模式。WT组观察到较高的Gremlin-1水平可能反映了环境依赖性调节的变异性，或循环Gremlin-1浓度可能不直接反映组织水平的生物活性。WT组的血清BMP-4水平低于STD组。这一发现看似矛盾，因为BMP-4通常被认为具有代谢保护作用，在代谢改善的组中该因子水平较低是出乎意料的。然而，各组间组织BMP-4水平的相似性表明，在系统水平和组织水平存在着不同的调节机制。这一观察可能反映了区室特异性调节和/或早期适应性反应。
3.4. 局限性
本研究存在若干局限性。首先，未评估米色或棕色脂肪细胞分化标记物，从而无法直接评价脂肪组织“褐变”。其次，尽管观察到循环Gremlin-1/BMP-4轴成分的变化，但未检测受体水平信号传导和下游SMAD激活。第三，未纳入包括AMPK、PPAR-γ和脂联素在内的其他信号通路的测量指标。第四，样本量较小，可能限制了我们检测脂肪组织中基因和蛋白表达微小变化的能力。研究的探索性质及缺乏正式的效能分析，可能限制检测微弱生物学效应的能力。尽管如此，本研究提供了对白茶预防性代谢作用的见解。
4. 材料与方法
4.1. 实验动物与研究设计
实验采用32只6-8周龄、初始体重150-200克的雄性Sprague-Dawley大鼠。研究分为四组：标准实验室饮食（STD）对照组、高脂饮食（HFD）组、高脂饮食加奥利司他（ORL，30 mg/kg/天）组、高脂饮食加白茶（WT，5 mg/kg/天）组。高脂饮食旨在提供总热量摄入的45%来自脂肪。每周记录体重，所有干预措施均在每天早上同一时间通过口服灌胃给药一次。实验周期为12周。
4.2. 样品采集与生化分析
在研究的最后阶段，动物禁食12小时后，在麻醉状态下通过心内穿刺采集血样，制备血清。同时采集腹膜后脂肪组织作为内脏脂肪组织代表。血糖通过酶促己糖激酶法测定。血清胰岛素、Gremlin-1和BMP-4浓度使用市售ELISA试剂盒测定。胰岛素抵抗通过稳态模型评估胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）进行估计，计算公式为：HOMA-IR = (空腹血糖 × 空腹胰岛素) / 405。从腹膜后脂肪组织中提取总RNA，通过定量实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测GREM1基因表达，以GAPDH作为参考基因进行标准化，并采用ΔΔCt法计算相对基因表达。
5. 结论
总之，在非肥胖高脂饮食模型中，补充白茶与减弱的体重增加和维持的胰岛素敏感性相关，表现为与单纯高脂饮食相比，体重增加减少，HOMA-IR值更低。这些代谢差异伴随着循环Gremlin-1/BMP-4相关标志物的选择性变化，应被解释为探索性的生物标志物水平关联，而非信号通路调控的证据。尽管组织水平的变化较为有限，且在本研究范围内无法直接阐明其机制通路，但观察到的系统模式支持白茶影响早期饮食诱导的代谢反应具有生物学合理性。这些发现表明，在这种探索性模型中，摄入白茶可能在循环生物标志物水平上与早期代谢适应相关联，而非已确认的信号通路调节。需要开展包含通路特异性信号分析和转化方法学的进一步研究，以验证这些观察结果，并阐明其与人类代谢健康的相关性。
