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科學家發現使白脂肪變褐脂肪的開關

科學家已發現一種生物開關,那使儲存能量的白脂肪(white fat)轉變成具褐脂肪(brown fat)燃燒能量的特性。這些發現將導致新的肥胖治療策略。

由 Ohio 州立大學醫學中心的研究者所完成的動物研究證實,這種改變起因於某種神經與生化路徑的活化,該路徑始於下視丘(hypothalamus,此腦部區域涉及能量平衡),終於白脂肪細胞。這條路徑,稱為 hypothalamic-adipocyte axis(下視丘–脂肪細胞軸),也會誘導白脂肪群(masses)中的類褐脂肪細胞。

當動物被置於豐富環境(enriched environment,那面臨各式各樣的社會與生理挑戰)時,就會發生這種白脂肪到褐脂肪的轉變。

這些發現刊載於九月號的 Cell Metabolism 期刊上。

“肥胖治療的聖杯之一是了解如何將白脂肪轉換成褐脂肪,而這項研究描述一種能確實辦到這件事的新方法," 研究領導者及研究者 Dr. Matthew J. During 表示,他是神經科學、神經外科醫學、分子病毒學、免疫學以及醫療遺傳學教授。"我們的發現指出,我們有可能透過改變我們的生活方式或透過藥理上的反應活化這條腦部到脂肪的路徑,從而誘發這種轉變。"

第一與通訊作者 Dr. Lei Cao(曹磊,分子病毒學、免疫學以及醫療遺傳學助教授)提到,肥胖起因於慢性能量過剩(chronic energy surplus),那以脂質的形態儲存在白脂肪中。"增加能量輸出對於肥胖治療而言總是具有吸引力,這也是為何幾年前在成年人類身上發現褐脂肪時造成轟動," 她說。

“然而,直到目前為止,已知能誘發褐脂肪的唯一方法是透過暴露在慢性寒冷(chronic cold)中。我們證實,活在豐富環境中的動物會變得精瘦並抵抗飲食所誘發的肥胖,甚至是在食物無限量供應的情況下。" 在 2010 年,During、Cao 以及他們的同僚在一篇發表於 Cell 期刊的論文中證明,單單豐富化效應(enrichment effect)本身就能夠抑制(curbed)在動物體內生長的癌症。

當前研究使用一種設計頗為類似的環境,有 15-20 隻老鼠居住在大容器中,那備有輪圈(running wheels)、隧道、小屋(huts)、木質玩具、一個迷宮、巢狀材料以及無限量供應的食物與飲水。對照組則 5 隻一組居住在較小的、標準的實驗室容器內,沒有玩具,但無限量供應食物與飲水。

關鍵發現如下:

  • 豐富化(Enriched)動物展現出異常白脂肪質量的顯著減少(比對照組少 49%)。
  • 單單運動(在輪圈內跑步)本身,無法對豐富化動物的身體組成及新陳代謝的改變做出解釋。
  • 餵食高脂肪飲食(45% 為脂肪),豐富化動物的體重比對照組老鼠少了 29%,且在食物攝取不改變的情況下,依然精瘦。豐富化動物也有較高的體溫,這指出是較大量的能量輸出,而非抑制食慾,導致對肥胖的抗性。

簡單的說,During 與 Cao 解釋,豐富化環境在下視丘內刺激一種稱為 brain-derived neurotrophic factor(BDNF,腦源神經營養因子)的蛋白質產生。BDNF 的正常功能包括協助控制食物攝取與能量平衡。

增加的 BDNF 觸發到體內白脂肪群的交感神經訊號。這些訊號活化針對褐脂肪的基因(例如 Prdm16 與 Ucp1),並抑制白脂肪基因(例如 Resn)。另一方面,封鎖 BDNF,會抑制或逆轉這種「褐化(browning)」效應。

總而言之,這項研究證明,環境的豐富化具有抗肥胖效應,那牽涉到白脂肪到褐脂肪的轉變。那透過一種稱為 hypothalamic-sympathoneural-adipocyte axis(下視丘–交感神經–脂肪細胞軸)中樞機制而發生 — 環境的豐富化刺激下視丘製造 BDNF 蛋白,增加對白脂肪的交感神經輸出,導致白脂肪「褐化」並且燃燒所儲存的能量。

接下來,During、Cao 以及他們的同僚計畫確認環境豐富化的哪個部份 — 感覺(sensory)、認知(cognitive)、運動(motor)或社會刺激(social stimulation) — 對於褐化效應不可或缺。

資料來源:Medical x Press: Scientists discover switch that turns white fat brown [September 6, 2011]

原發表於 only-perception

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