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脂肪會說話:脂肪細胞會用「瓶中信」跟其他器官溝通!

Gilver
・2017/03/29 ・3020字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

如果腰間的贅肉會說話,它會說些什麼呢?

 

脂肪不是沉默的器官。科學家目前已經了解脂肪細胞會透過釋放脂肪細胞激素(adipokine),來調節身體的新陳代謝。但最近科學家發現,脂肪細胞還會把小分子RNA做成「瓶中信」,再透過血液的循環和彼端的器官溝通。

脂肪組織的卡通示意圖,電子顯微鏡下則是長這樣(連結)。圖/Wellcome Images @Flickr

脂肪是甜蜜的負荷,人們對它是又愛又恨。它是演化的勝利者用來儲存過剩能量的寶庫,但在崇尚窈窕曲線的都市審美觀中卻被汙名化,成了懶散和不知節制的象徵。

事實上,脂肪細胞可不是懶懶得待在你的腰間。成熟的脂肪細胞會分泌各種激素,參與你一生的新陳代謝。當你在找東西吃的時候,脂肪利用瘦體素(leptin)在調整神經內分泌;胰島素在處理血糖的時候,脂聯素(adiponectin)也會湊一咖;和脂肪細胞分化有關的抵抗素(resistin),未來有可能成為減重的基因療法之一。

有趣的是,最近科學家發現脂肪細胞不只會釋放激素,還可能會利用小分子核醣核酸(micro RNA,簡稱miRNA)向遠端的器官傳遞訊息。不過在介紹研究之前,先讓我們了解一下什麼是miRNA吧!

中心法則:細胞星球的日常

我們的每一個細胞都像是一顆微小的星球。而在星球之中有一座巨大的資料庫,坐落在細胞核裡頭。

每個基因都是一本加密的書,由遺傳物質DNA所構成。這些基因密碼在許多酵素的共同協助下,會先經過「轉錄」、製作一段對應DNA密碼訊息的RNA。它是特別的抄本,能夠被編輯和修改。

接著,RNA記錄的資訊會再經過「轉譯」程序,組出一段胺基酸的長鍊,最後再經過摺疊,變成可以發揮功能的蛋白質。它們有的變成你的血肉和大腦,有的則是既不偉大、也不卑微的在你體內每個角落默默工作。

這個由DNA→RNA→蛋白質的不可逆程序,在分子生物學稱做「中心法則」(central dogma)。

分子生物學中的中心法則:DNA轉錄成RNA,RNA再轉譯成蛋白質,在我們身體的各處發揮功能。圖片改自Wikimedia Commons

整個由DNA到蛋白質的動態過程,可參照下方連結的影片:

miRNA,短小精幹的抑制者

不過,有些種類的RNA不必變成蛋白質,也能變成細胞繁複工作的調節者。例如短小精幹的miRNA,長度雖然只有19~22個核苷酸,但它不會、也不用被轉譯成蛋白質,就能直接在許多細胞裡擔任轉譯抑制者的角色。

細胞星球中的任何一個傢伙變得太多或太少,都有可能會讓整個細胞星球崩潰,更嚴重的話就是從細胞一路壞到組織、器官層級,最後危及生物個體的性命。miRNA也是如此,科學家目前已經發現特定種類的miRNA的增加與某些疾病有關,例如癌症、糖尿病、肥胖和心血管疾病。

miRNA不只會在細胞內工作,有的還會被包裹在稱作「胞外小體」(exosome)的小囊泡裡面、釋放到血液之中,像是瓶中信一樣,順著循環系統漂向遠方──未來,這個小囊泡將在身體的某處停泊,並且發揮它的功用。

胞外小體裹著的miRNA,漂向哪兒去了?又去做了什麼?這,就是科學家想要研究的事情了。

某些RNA會包裹在胞外小體之中,像瓶中信一般釋放到細胞外。它將順著血液漂泊,在身體的某處發揮它的功用。圖/擷取自National Institutes of Health影片《Unlocking the Mysteries of Extracellular RNA Communication

脂肪細胞的囊泡物語

來自美國佳斯林糖尿病中心(Joslin Diabetes Center)的研究團隊,以湯瑪斯.湯莫(Thomas Thomou)為第一作者,將他們的研究成果發表在2017年2月的《自然》(Nature)期刊上。這項在脂肪細胞的新發現或許將能發展成新的基因療法,用來治療代謝疾病、癌症、甚至肝臟和其他器官的問題。

研究團隊的實驗先從基因改造的小鼠(mice)著手。這群基改小鼠的脂肪細胞無法正常製造miRNA,科學家們經過檢驗,發現牠們血液中的胞外小體miRNA的量顯著的減少了;若是將正常小鼠的脂肪移植到基改小鼠的身體裡,血液中減少的胞外小體miRNA就回升了。這意味著:血流中的胞外小體miRNA,是來自於脂肪

研究團隊發現,類似的狀況在人類的脂肪失養症(lipodystrophy)也有觀察到。脂肪失養症的患者,可能會因為先天遺傳或者後天疾病,導致喪失脂肪或者失去正常功能,而現在發現他們血液中檢驗出來的胞外小體miRNA,也比正常人來得少。

「這些由脂肪產生的miRNA,或許能應用於診斷代謝狀況,例如肥胖、第二型糖尿病和脂肪肝。」本篇研究的作者之一羅納度.卡恩(Ronald Kahn)說。

科學家們更進一步好奇,這些miRNA是否也會轉移到其他組織裡,並且調控它們的基因表現呢?如果可以知道這些,或許就能夠用於治療。

脂肪在跟誰說話?可能是肝臟,還有其他

這些脂肪有缺陷的改造小鼠不只血液中的miRNA量少,科學家們也注意到牠們其他的器官也連帶受到影響,這包括了心臟和肝臟。因此,湯莫等人想知道脂肪是否會利用miRNA來跟身體的其他部位溝通。

他們設計了一套方法、兩組小鼠,用來跨越人與鼠實驗之間的鴻溝。第一組基改小鼠,牠們的棕色脂肪能夠製造人類的miRNA,並且將其包裹在胞外小體內運送;第二組基改小鼠,牠們的肝臟有著特別的螢光標記,如果遇上了科學家送進去的人類miRNA,螢光就會變得黯淡。

科學家們將第一組小鼠的胞外小體注射到第二組的小鼠體內,發現肝臟細胞的螢光劇烈減少,因此確認了脂肪組織能夠透過胞外小體,與肝臟溝通。此外,他們也發現來自棕色脂肪的胞外小體miRNA還能夠調節肝臟細胞一個重要代謝基因(其名為Fgf21)的表現。

來自身體各處的脂肪組織釋放miRNA到血液循環中,藉此遠端調控肝臟及其他組織。箭頭(→)表示促進,平頭箭頭(–|)表示抑制。本圖改自研究原文Thomou et al. (2017)之圖表。

「我們展示了在小鼠體內,這些血液中的胞外小體miRNA能夠調控基因表現,至少在肝臟,或許還有其他組織。」卡恩說。他們下一步將會檢驗這套miRNA作用機制是否也能在其他組織運作,例如肌肉和腦細胞。

改造脂肪帶來治療新曙光

湯莫等人不僅找出了脂肪組織除了激素以外與身體其他部位溝通的方式,也提供了治療疾病的新途徑,像是代謝疾病、甚至是癌症。

作者之一的卡恩認為脂肪容易取得,是它作為基因療法很大的好處;若以此作為脂肪肝的基因療法,可能會比改造肝細胞來得安全又有效。

「只要用簡單的針頭穿刺活體組織(needle biopsy)取出患者的皮下脂肪,再改造脂肪細胞、讓它製造我們想要的miRNA,最後移植回患者身體,可能就能把不正常的基因調節回來。」卡恩說。

在胞外小體之中,是否還藏著其他秘密呢?比如說,來自不同組織的胞外小體是否會裝著特定種類的miRNA?除了miRNA,還有沒有其他因子也被包在胞外小體裡面運送?湯莫和其他科學家將繼續追蹤,也許有一天,我們就能知道脂肪組織究竟在說些什麼了。

胞外小體的運送。 圖/Giphy

 

參考資料

原文研究


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文章難易度
Gilver
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畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。


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一生可以聆聽的聲音總量是註定的?戴上你的聽力計算機!

雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/05/17 ・3915字 ・閱讀時間約 8 分鐘
  • 文/黃上維 聽力師|雅文兒童聽語文教基金會

「早上跑了五圈操場,晚上吃個雞排加珍奶應該還好吧……」、「昨天買了一雙限量版精品鞋,這個月就不吃晚餐了……」,生活中充滿算數題,來決定我們的生活習慣與行為,其實,在聽力學領域中,也有類似概念哦!聽的刺激不夠,聽覺系統解析的功能會逐漸衰退;聽的刺激太多,聽覺系統也會感到疲勞或損傷。到底聽多少,才能剛剛好?今天就帶你揭密聆聽的守則。

世界衛生組織(World Health Organization,WHO)統計全球已超過 5% 人口有失能性聽力損失。然而,多數聽力損失可被預防,調查發現將近 50% 的年輕人使用過高的音量聆聽個人音訊設備,約 40% 經常去娛樂場所的人(包括演唱會、運動賽事)則暴露在過久的高音量下[1]。 WHO 為此著手訂定「安全聆聽」的保健策略,如同醫師及藥師給藥時會算劑量,安全聆聽需要計算聲音暴露容許量(sound allowance)。

聽得「過久」或「過大聲」都會造成傷害

聲音是一種能量,基於相等能量原理(equal energy principle),無論能量在時間上的分佈如何,相同聲能的聲音會造成一樣的永久性聽力變化,表示「長時間聆聽較低的音量」會產生與「短時間聆聽非常的大音量」相同的影響。

WHO 提出兩種標準,均以七天作為一周期[2]。當聲音能量加倍(以 3 分貝為級距),容許的時間要減半,如下圖所示,健康成人適用一般標準;「兒童、耳毒性藥物服用史」等對噪音更為脆弱的族群則適用敏感標準,其將風險起始點下修至 75 分貝(dBA)的聲音每周聆聽 40 小時。此外,視障、認知困難者及老年人,考量聽力一旦損失,對其產生的負向影響將更大,也應選用較嚴謹的標準[3]

WHO 聲音暴露容許量。分貝越高,容許時間越少。圖/作者,製作自參考資料 2

聽起來不難嗎?生活中的聲音有多大聲

當我們在身處安靜室內,隔著一張桌子與朋友聊天時,說話音量的分貝就已經有 55-60 分貝(dBA);此時若環境變得吵雜,我們也會不自覺提高說話音量,分貝來到 65 分貝,如此可見生活中的大聲音是無所不在。美國 3M 公司團隊針對超過 1700 種職業、娛樂、社區等噪音源進行實際量測或整理文獻,發表了各項分貝數值[4],本文整理生活常見情境,並將分貝範圍達 75 分貝以上者,標為警示音量。

常見聲音音量分布。淺色底表示範圍,深色底表示平均值。圖/作者,製作自參考資料 4

現在我們來將分貝數對應 WHO 的「成人聲音暴露容許量」,以果汁攪拌機為例,平均音量是 82 分貝,一周應避免超過 25 小時的從旁聆聽,這似乎是件輕鬆的事!(除非你家開果汁店那就另當別論);然而交通機車噪音平均達到 98 分貝,一周應避免超過 40 分鐘的騎乘,對被譽為「機車王國」的台灣而言,似乎就沒有那麼容易。

隱形聽力殺手:環境噪音及娛樂噪音

交通機車噪音除了來自周遭車輛與自體引擎外,氣流吹向安全帽框所產生的風切聲(wind noise)也是一來源,因此噪音量與車速、安全帽種類都有關。早在 30 年前就有研究發現,當騎乘車速約莫每小時 50 公里,佩戴全罩式安全帽的耳邊噪音量較高,為 95 分貝、佩戴 3/4 罩安全帽的耳邊噪音量較低,為 89 分貝;隨著車速提高至約莫 80 公里,兩者分別上升至 103、98 分貝(Ross B.C. , 1989)。看來,機車族不僅要思考哪種安全帽可以保護頭部安全,還得思考該如何在騎車時也保護耳朵的健康。

騎個車也可能會讓自己過度暴露在噪音中?圖/pexels

此外,隨著 3C 產品與藍芽技術推層出新,聽穿戴科技(hearable tech)結合音樂通話、健康追蹤、導航等需求,已成為「人耳兩機」的時尚趨勢,但常見智慧型手機連接耳機的最大輸出音量高達 113.1 分貝[6],當我們使用耳機聆聽,更應當留意音量大小,特別是周遭環境較吵雜時,若為了蓋過捷運、鐵路等交通噪音而不自覺加大音量,結果恐怕得不償失。

「相等能量原理」不是算命神器,你的聽力也要靠自己努力

噪音性聽損實為多重致因、複雜表徵的疾病,不單與聲音大小有關,也不單只損害「察覺」聲音的能力。首先是個體的易感性(susceptibility),基因變異或高血脂將使個人對噪音的暴露更脆弱,而營養均衡的飲食或自體生成的熱休克蛋白(能維持細胞活性、幫助細胞修復的蛋白質)則可提高個人的保護力[7][8];再者是細胞損傷的針對性,噪音導致的暫時性聽損雖有機會恢復,但長期來看恐加速與老化相關的聽損,且噪音對聽覺神經結構的破壞,將使「分辨」聲音的能力也退步[9]。因此雖單靠相等能量原理難以完美詮釋終身的噪音危害,但作為基礎的估算仍有其價值。

善用工具!落實安全聆聽

為了盡可能減少噪音性聽損的風險,許多防音防護具(hearing protection devices)已經上市,除了一般通用的耳塞、耳罩,依照不同款式與材質、正確配戴與否,所能帶來的噪音衰減評比值(Noise Reduction Rating,NRR)在 0-35 分貝間[10];臺灣亦有不少助聽器公司,能由專業聽力師為我們取下專屬耳型(ear impression),再製作成客製化耳塞,更貼合個人的耳道以提高舒適。

在特殊製防音具中,分為基於音量水平(level-dependent)或基於頻率均等的衰減(uniform attenuation)。音量水平僅針對高音量衰減,而能保留安靜情境中較低音量的語音溝通需求,通常可應用在營造、紡織、航空等高噪職業。簡單來說,這樣的技術可以過濾機械運作時產生的大聲噪音,讓作業員較輕鬆聽到其他同事的說話聲。均等的衰減技術則考慮傳統耳塞對高頻率音的衰減大於低頻率音,因此在設計上利用聲學特性對高頻音產生額外共振,這樣就能留有貼近原音的清晰音質,可供音樂家、音響工程師,及講求高音質的大眾使用[11]

客製化防噪耳塞,結合內部音管做濾音功能,預期能達到頻率均等的衰減。圖/作者

人人在手的安全聆聽幫手

響應 WHO 與國際電信聯盟(International Telecommunication Union)在 2019 年提出的安全聆聽設備標準[2],許多手機與耳機製造商已開始著手在軟硬體端導入 WHO 的聆聽標準,可由「設定」內的「聲音與觸覺回饋/音效與震動」或下載應用程式做設定,功能雖因廠牌有異,但多涵蓋下述項目:

  1. 耳機高音量通知:當聆聽超過聲音累積允許量時發出通知提醒。
  2. 降低耳機高音量:選定設備最高音量限制,系統會分析耳機音訊並降低任何超出的音訊。
  3. 即刻檢視耳機音量:在聆聽音訊時,查看當前的音量變化。
  4. 個人化音訊調節:輸入專屬的聽力圖,系統能根據個人在不同頻率的聽力程度客製化調整音訊,使聆聽感受更清晰,或許你就能稍微調降整體音量,延長聆聽的允許時間。
  5. 累積耳機音量:部分根據耳道聲學,自動計算一段時間的耳內音量,標示使用狀況屬於正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周聆聽的餘額。
  6. 累積環境音量:自動計算一段時間的環境音量,標示正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周接觸的餘額。
為了一生的聽覺健康,記得落實安全聆聽的守則。圖/pexels

噪音對健康的影響不止於聽覺,也與睡眠障礙、新陳代謝與心血管疾病、兒童的認知表現下降有關[12]。因此不論先天的聽力基礎如何,聽力保健是人人都要關心的健康議題。大家不妨現在就拿起手機與耳機、開始設定,讓智慧 3C 發揮「智慧生活」的價值,協助你我「落實安全聆聽」吧!

參考資料

  1. World Health Organization. (2021). World Report on Hearing, 40,65. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/world-report-on-hearing
  2. World Health Organization. (2019). Safe listening devices and systems: a WHO-ITU standard, 15-16. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/9789241515276
  3. Berglund, Birgitta, Lindvall, Thomas, Schwela, Dietrich H & World Health Organization. Occupational and Environmental Health Team. (‎1999)‎. Guidelines for community noise, 35. Available at:https://apps.who.int/iris/handle/10665/66217
  4. Elliott H. Berger, Rick Neitzel, & Cynthia A. Kladden. 3M Personal Safety Division. (2015). Noise Navigator: Sound Level Database, 39-46 Available at:https://multimedia.3m.com/mws/media/888553O/noise-navigator-sound-level-hearing-protection-database.pdf
  5. Ross B. C. (1989). Noise exposure of motorcyclists. The Annals of occupational hygiene, 33(1), 123–127. https://doi.org/10.1093/annhyg/33.1.123
  6. Kim, G., & Han, W. (2018). Sound pressure levels generated at risk volume steps of portable listening devices: types of smartphone and genres of music. BMC public health, 18(1), 481. https://doi.org/10.1186/s12889-018-5399-4
  7. Le, T. N., Straatman, L. V., Lea, J., & Westerberg, B. (2017). Current insights in noise-induced hearing loss: a literature review of the underlying mechanism, pathophysiology, asymmetry, and management options. Journal of otolaryngology – head & neck surgery, 46(1), 41. https://doi.org/10.1186/s40463-017-0219-x 
  8. 張寧家(2011)。 影響台灣勞工噪音性聽力障礙易感性相關因子之研究。高雄醫學大學醫學研究所博士學位論文。 
  9. Wu, P. Z., O’Malley, J. T., de Gruttola, V., & Liberman, M. C. (2021). Primary Neural Degeneration in Noise-Exposed Human Cochleas: Correlations with Outer Hair Cell Loss and Word-Discrimination Scores. The Journal of neuroscience, 41(20), 4439–4447. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3238-20.2021
  10. Centers for Disease Control and Prevention, USA. (December 11, 2018). How Do I Prevent Hearing Loss from Loud Noise? Retrieved from https://www.cdc.gov/nceh/hearing_loss/how_do_i_prevent_hearing_loss.html
  11. Patricia A. Niquette. (Mar 7, 2007). Uniform Attenuation Hearing Protection Devices. Retrieved from https://hearingreview.com/hearing-products/uniform-attenuation-hearing-protection-devices
  12. Basner, M., Babisch, W., Davis, A., Brink, M., Clark, C., Janssen, S., & Stansfeld, S. (2014). Auditory and non-auditory effects of noise on health. Lancet, 383(9925), 1325–1332. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)61613-X

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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。