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王立铭专栏|燃烧吧,棕色脂肪!4166.com:

2019-11-03 10:35

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近日,丹麦哥本哈根大学发现人体内有好脂肪也有坏脂肪,并且向身体其他部位发出的信号有些差别。

导语:

身体里的脂肪,现在不太受人待见。那些囤积在腹部、臀部、大腿的脂肪,让爱美人士想要摆脱,医生也频频警告脂肪过多有一系列健康隐患,甚至增加死亡风险。

在前面几篇的故事里,我们聊完了肥胖症,也聊到了为了治疗肥胖,有什么医学手段能“减少摄入食物的总能量水平”,或者“减少身体对能量的吸收能力”。 在这个系列故事的最后,我们来好好聊聊最后的一个可能的减肥方向“增强新陈代谢中的消耗”。

其实,我们体内的脂肪组织有不同类型,不能一概而论。其中大部分是白色脂肪,存储能量以备食物匮乏之时所需,存储得太多,搞得它们常被称为“坏脂肪”。

顺便说一句,这也是笔者觉得最有前途的一个减肥药物的发展方向。

▲脂肪细胞可以储存油脂

|王立铭(浙江大学生命科学研究院教授)

另一种褐色脂肪就不一样了。它们位于神经系统附近、锁骨周围还有肾脏附近。褐色脂肪组织会产生热量,协助燃烧能量。还有一些研究提示,褐色脂肪多的人,患上肥胖症或糖尿病的风险相对更低,属于受人欢迎的“好脂肪”。

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科学家们过去对白色脂肪与健康、疾病的关系做了大量研究,这也是为什么我们现在会对“坏脂肪”的警觉意识越来越高的一个原因。

有颜色、有温度的脂肪

相比之下,我们过去对褐色脂肪了解得还不多。为什么它们可能有健康益处?为什么两种脂肪对身体的影响不一样?今天介绍的这项研究就可以帮助回答这个问题。

从前面的故事里我们能感觉到,不管是“减少摄入食物的总能量水平”还是“减少身体对能量的吸收能力”的减肥药物,临床上的效用都差强人意。在严格的节食和运动的基础上,这些药物能让患者有3%-5%的减重就已经是挺了不得的成就了。在笔者看来,这背后的原因在于,吃东西、大量地吃、吃好吃的东西乃是动物根深蒂固的本能行为,单纯在能量摄入这个角度作文章,很难靠一两种药物彻底压制这种根深蒂固的本能,很容易就进入“饥饿”和“进食”死循环模式,那么肥胖症患者最怕听到的词儿“体重反弹”,也就难以避免。

这项研究最近发表在《细胞》子刊Cell Metabolism。丹麦哥本哈根大学的科学家从两种脂肪分泌的蛋白质入手,看看白色脂肪组织和褐色脂肪组织向身体其他部位发出的信号有什么差别。

而“增加新陈代谢中的能量消耗”,听起来似乎就不太会有这么一种“硬约束”了。我们可以参考一下体力活动中的能量消耗,一个高强度训练的运动员每天消耗的能量数倍乃至十数倍于一个每天埋头码字的胖子(比如笔者)。以此类推,人体的基础新陈代谢活动如果可以显著增强,那么减肥效果应该是立竿见影的。

“这是第一次有人对褐色脂肪组织做出如此详细的研究。我们绘制了脂肪细胞分泌并用于和其他细胞通讯的所有蛋白质,发现了巨大的差别。”研究合作者、诺和诺德基金会基础代谢研究中心的Camilla Schéele教授说,“就像两种脂肪在说着两种不同的语言。”

新陈代谢活动所消耗的能量,主要是用来维持体温,促进血液循环、帮助组织生长和修复、实现各种细胞的基本功能,例如合成新的蛋白质、降解坏掉的蛋白、运输各种营养和能量分子等等。这里面的大多数过程都时时刻刻被无比精确地调节着,稍微偏离正轨都是要出大乱子的。比如要是猛一下子提高了体温,破坏了大脑温度控制中枢的正常功能(主要是下丘脑),那么可能后果就是难以抑制的高烧;要是不小心促进了细胞分裂,可能后果就是疯狂的细胞增殖和癌症;不小心加速了血液循环,那我们的小心脏能不能承受得了也是个问题。

▲研究分析的脂肪细胞来源于锁骨部位的褐色脂肪和皮下的白色脂肪

所以如果真的希望通过促进新陈代谢活动消耗多余的能量,我们也不能找这些受精密调控、有着重要生理功能的地方入手。不过所幸,人体里确实还是有些东西是“安全”的。它们看起来唯一的功能就是进行高强度的新陈代谢、消耗能量。

研究人员采用高灵敏度质谱技术,对两类脂肪细胞展开蛋白质组学分析。结果表明,有471种分泌的蛋白质在两种脂肪细胞中受到不同调节。从这些蛋白质的类别可以看出,褐色脂肪的抗炎能力更高,更擅长调节免疫系统;而白色脂肪对组织的可塑性更强。

我们今天故事的核心就是这样一种东西。它名字叫棕色脂肪(Brown Adipose Tissue/Brown Fat)。

这项研究还发现,有101种蛋白质看来只通过褐色脂肪分泌。其中,有一种蛋白质EPDR1格外吸引科学家的注意,动物实验验证,这种蛋白质对褐色脂肪细胞的发育起着重要作用。“褐色脂肪是如何形成的,一直以来是个未解之谜,现在我们得到了一条线索。”研究作者说。

棕色脂肪是相对白色脂肪(White Adipose Tissue/White Fat)而言的。白色脂肪组织就是我们常说的“肥肉”。大家去菜市场的时候看到的高高吊在铁钩子上的白色猪肉扇,或者看这篇文章的时候下意识去捏捏的肚腩“游泳圈”,都是这种脂肪组织。一个健康的成年人大约有十几公斤的白色脂肪组织。它们最主要的功能就是储存大量的脂肪分子,为身体储备紧急状态下所需的能量。当然,在前面瘦素的故事里大家也都看到了,白色脂肪并不是仅仅是惰性的、无用的、甚至是有害的赘肉,它能够通过分泌包括瘦素在内的各种信号分子,积极地参与到身体的代谢中去。

▲蛋白质组学分析结果揭示了新的潜在靶点

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而这份蛋白分子名单,无疑还提供了很多线索可以让科学家更好地了解脂肪发出的信号,从中有可能找到肥胖症和其他代谢疾病的药物新靶标。

显微镜下的棕色(左)和白色(右)脂肪组织。我们可以看到很清晰的形态区别,白色脂肪细胞较大,每个细胞中白色的部分就是一颗硕大的脂滴,而细胞边缘那些深色的小黑点就是被脂滴挤到细胞边缘去的细胞核和其他细胞器。相比而言,棕色脂肪细胞较小,色泽较深,脂滴往往不止一个。如果仔细看,还能看到棕色脂肪组织里的毛细血管。(图片来自www.vivo.colostate.edu)

关于肥胖症

相比白色脂肪细胞,棕色脂肪细胞无论从发育来源、细胞形态还是生理功能上都有本质的差异。它的内部大量囤积了一种叫做线粒体(Mitochondria)的细胞机器。这种细胞机器带有大量的铁离子,从而让棕色脂肪呈现出深棕的色泽。既然名字里还是有脂肪二字,这些棕色脂肪细胞里当然也有脂滴(只不过要小一些、多一些)。但是特别有趣的发现是,和白色脂肪的功能恰恰相反,棕色脂肪细胞的功能不是存储脂肪,而是燃烧和消耗脂肪!

肥胖症是一组常见的代谢症群。当人体进食热量多于消耗热量时,多余热量以脂肪形式储存于体内,其量超过正常生理需要量,且达一定值时遂演变为肥胖症。

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电子显微镜下的棕色脂肪细胞。细胞内那个很大的圆形结构是细胞核,那些较小的、内部均一的结构是小脂滴,而数量众多的、内部呈现片层结构的圆球就是线粒体。可以看得出,棕色脂肪细胞几乎都被线粒体占据了。线粒体是我们身体细胞的能量工厂,能够通过生化反应产生能量分子三磷酸腺苷(ATP),从而为细胞内的各种新陈代谢活动供能,与此同时也会产生部分无法再利用的热量。然而在棕色脂肪细胞中,线粒体活动不产生ATP,所有的能量都全力以赴地用来生产热量——这个原本的线粒体工厂的副产品。(图片来自Himms-Hagen et al 2000, Amenrican J of Physiol.)

早在二十世纪初,科学家们就已经在几乎所有哺乳动物体内发现了这种深颜色的脂肪组织,并且证明了这种组织的(可能是)唯一功能是为身体产热:在寒冷的环境里,棕色脂肪细胞疯狂工作,将大量的脂肪分子投入线粒体中的化学反应炉,从而产生热量。

但说起来也很有意思,在人类身体里是否存在棕色脂肪、以及这些组织对人体有什么用处, 却一直以来不太清楚。 直到1972年,爱尔兰科学家Juliet Heaton才利用尸体标本仔细观察了人类棕色脂肪的分布和数量,并令人信服地展示,人类尸体中也存在着类似的棕色脂肪。特别是新生婴儿体内广泛分布着棕色脂肪组织,其功能可能是为体温调节功能尚不完善的婴儿供暖;而在此之后随着年岁增加,棕色脂肪进入了一个不断死亡衰减的过程。

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婴儿体内棕色脂肪组织的分布。顺便插句话,传说中的婴儿不怕冷还是有科学依据的——原因就是婴儿体内大量存在的棕色脂肪:婴儿约有5%的体重是棕色脂肪,相对比例是成年人的几十倍,这些棕色脂肪可以很好地为婴儿保持体温。爸爸妈妈们确实不需要给宝宝们裹太多的衣服,人家自带产热功能的!(图片来自Mckinney et al 2000)

但是总是要依靠尸体标本来定位研究棕色脂肪未免也太困难了。别的不说,我们如何知道成年人体内的棕色脂肪细胞确实是有活动的、确实能产热?我们又怎么研究如何激活和调节成年人体内的棕色脂肪呢?于是对人体棕色脂肪的研究就这么停在那里,一停就是快半个世纪。

直到2009年,三个实验室同时发表论文,利用新型成像技术——PET-CT(正电子发射计算机断层扫描)——在健康的成年人体内实时检测到了棕色脂肪的活动。成年人身体里棕色脂肪的存在和活动才就此一锤定音。

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