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吃少少卻瘦不了?從棕色脂肪的「代謝方程式」解析身體代謝與耗能機制

活躍星系核_96
・2018/10/11 ・921字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 530 ・七年級
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減重的成效不僅與飲食量有關,也取決於身體代謝與耗能的效率。中央研究院生醫所黃怡萱副研究員團隊近期發現一套「耗能機制」,在哺乳類動物的棕色脂肪細胞中,CPEB2蛋白會與 UCP1 mRNA 相互作用,促進身體耗能。實驗結果也進一步發現,過度節食恐因降低身體的耗能效率,導致減重效果不如預期。

哺乳類動物體內的棕色脂肪組織負責消耗能量以維持體溫,其活性越高,身體的代謝率便越好、體脂肪也就越低。在棕色脂肪細胞中,蛋白質UCP1扮演著關鍵角色,燃燒身體的化學能產生熱能。

過去研究已證實 UCP1 和棕色脂肪可幫助控制體重。為進一步探討 UCP1 的生產過程,黃怡萱團隊從 UCP1 的 mRNA 開始探索。UCP1 的 mRNA 在小鼠體內有長、短兩種形式,絕大多數是短的,僅有約 10%為長的。團隊以基因編輯技術,將小鼠體內長的 mRNA 轉換成短的 mRNA 後發現,雖然 UCP1 mRNA的總量不變,但 UCP1 蛋白的產量竟因此減少將近 60%。由此可見,為數不多的長形mRNA才是製造UCP1蛋白的關鍵。

黃怡萱表示:「人體與小鼠不同,恰好只有長的mRNA。可以推測,其調控機制對人類的能量代謝更為重要。」研究團隊也透過實驗觀察飲食與環境溫度對小鼠產生 UCP1蛋白質的影響,並發現這兩種刺激也是促進 CPEB2-UCP1 此一耗能機制的因素。因此,過度節食恐因無法刺激耗能機制,導致減重效果不彰。

UCP1的mRNA與CPEB2相互作用,產生更多UCP1蛋白,提升耗能效率,控制小鼠體重。

經過小鼠實驗證實,UCP1長形的mRNA要有效的產生UCP1蛋白,須透過與CPEB2結合而受其正向調控。透過對此耗能機制的瞭解,未來便將有機會進一步調控,以有效促進代謝效率、提升減重成效。

  • 此研究成果已於本年9月3日刊登於EMBO J.。第一及第二作者為陳鏏仹博士後研究人員及許振銘研究助理。本論文經費由本院與國衛院支持。
  • 論文全文:Chen, H. F., Hsu, C. M., & Huang, Y. S. (2018). CPEB2‐dependent translation of long 3′‐UTR Ucp1 mRNA promotes thermogenesis in brown adipose tissue. The EMBO journal, e99071.
  • 本文編修自中央研究院生物醫學科學研究所新聞稿,原標題為〈吃越少越容易瘦?減重還需搭配體內「耗能機制」 中研院研究發現棕色脂肪的代謝方程式〉
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活躍星系核_96
754 篇文章 ・ 93 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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這麼挑食,可是會活不下去的唷
陳俊堯
・2015/10/22 ・590字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 437 ・四年級
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照片來源: Feeding brown-throated three-toed sloth (Bradypus variegatus), Cahuita National Park, Costa Rica. Christian Mehlführer.

樹懶的超緩慢動作吸引了很多迷弟迷妹的注意。動作緩慢的理由是牠們是草食動物,以樹葉嫩芽為主要食物來源。由於吃下肚的東西大部份是消化不了的纖維素,只好調降自己的代謝及動作,才能充份運用不太夠的養份活下去。不過,想要活下去,樹懶得靠腸子裡的細菌多幫忙,把纖維素轉換成可以用的養份才行。

這群研究人員採集並分析了樹懶腸子裡有什麼細菌。草食性哺乳動物像是牛羊早就有人研究過了,牠們的腸子裡有很多 Bacteroidetes 和 Fimicutes 門的細菌。而 Bacteroidetes 門裡菌種的專長就是分解植物的纖維素。不過,研究人員很驚訝的發現這些樹懶腸子裡住的細菌幫手是 Proteobacteria 和 Firmicutes,跟其它草食性哺乳類大不相同。

專吃 Cecropia 樹葉的三趾樹懶腸子裡菌種少,而且出現大量 Neisseria 屬的菌種,似乎能利用植物纖維素產生大量乳酸。這一屬細菌有能造成淋病和腦膜炎的病原菌,沒想到也有在腸道裡討生活的菌種。而吃東西比較不挑的二趾樹懶,腸子裡的菌種比較多,也就有各種從纖維素發酵後產生的脂肪酸。三趾樹懶原本就挑食,現在發現又有很特別的腸道菌,萬一氣候變遷下食物來源出了問題,到時候想要換吃別的食物保命,可能會很大的困難。

本文轉載自慈大生科 Sci Cafe

 

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荷爾蒙失衡?發現厭氧菌逆轉機制 有助探索腸道新功能
PanSci_96
・2020/03/09 ・1476字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 632 ・十年級
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腸道細菌不僅能幫助消化食物,也透過影響荷爾蒙的組成與平衡,左右人體的生理、發育和行為。

中央研究院生物多樣性研究中心江殷儒副研究員發現,一種厭氧菌具有逆轉荷爾蒙的能力,可以將雌激素逆轉成雄激素。此研究將有助探索腸道菌如何影響人體的性荷爾蒙平衡,對婦女停經、男性禿頭及攝護腺癌等困擾帶來一絲曙光。

脫硝彎桿菌:為逆轉荷爾蒙帶來一絲曙光

人體性荷爾蒙的生成依循固定途徑,必須先從膽固醇轉化成雄激素,再轉化為雌激素。長久以來,科學家認為生物無法將雌激素逆轉為雄激素。本論文第一作者王柏翔博士與研究室同仁合作,從迪化汙水處理廠找到厭氧菌株──脫硝彎桿菌(Denitratisoma sp. strain DHT3),並發現該菌在含有維生素 B12 的環境中,可將雌激素逆轉為雄激素。

團隊研究成果。圖/中研院提供

江殷儒解釋,透過基因體定序與細胞、蛋白質及基因突變等實驗,團隊找到關鍵基因及酵素,並證實此一逆轉反應,是由於細菌具有特殊酵素「新型甲基轉移酶」,這種酵素的運作需要維生素 B12 輔助,而相關基因的表現則受到雌激素的誘導。

團隊也發現,甲基轉移酶的主要基因 emtA,亦存在於人體及動物腸道的厭氧微生物中,如產甲烷古菌及產乙酸細菌。而迪化汙水處理廠,亦是含有多種來自人類的腸道菌的厭氧環境。因此,透過研究可推測,人體腸道菌可能也具備轉化性荷爾蒙的能力。

江殷儒博士指導研究助理進行厭氧菌培養。圖/中研院提供

江殷儒的專長是微生物的代謝多樣性,他長期研究細菌如何處理環境中難以分解的有毒物質,或產生具生技用途的酵素與化合物。為此,他的研究團隊已解開幾乎所有微生物在缺氧條件下的荷爾蒙代謝途徑。然而,由於鮮少有生物能在厭氧條件下分解雌激素,因此一直無法掌握雌激素的分解機制。本次研究終於找到脫硝彎桿菌作為適合此類研究的菌株。

過去科學界認定雌、雄激素等「固醇類物質」是多細胞真核生物的產物。然而,本次研究揭示,雌雄激素的生物轉換,絕非動物的專利,細菌也有類似功能。江殷儒補充,除了脫硝彎桿菌,團隊也發現淡水河河口底泥中的厭氧菌能將雄激素轉化成雌激素並大量累積,而類似河口底泥及汙水處理池,人體及動物的腸道菌也是非常複雜的厭氧系統。

掌握腸道菌的作用機制將有利於平衡人體內的賀爾蒙

近年許多文獻皆提及,腸道菌可能會影響人體的荷爾蒙平衡,進而影響我們的生理發育乃至行為,而雌激素也是一種活性極強的環境荷爾蒙與致癌物質,曾廣泛地使用於化妝品、避孕藥以及漁業養殖。

本研究顯示腸道菌或許能對人體內的荷爾蒙進行改造與重組,對於利用微生物來分解環境荷爾蒙,也提供了重大的理論支持,若能將相關研究應用於益生菌的研發,將可望解決人體性荷爾蒙失調帶來的困擾。團隊接下來將特別針對人體腸道菌進行實驗,並希望掌握其作用機制及酵素,探討其如何影響人體的荷爾蒙平衡。

  • 本文改寫中央研究院新聞稿,原標題為〈荷爾蒙失衡?發現厭氧菌逆轉機制 有助探索腸道新功能〉。
  • 本研究論文標題為〈Retroconversion of estrogens into androgens by bacteria via a cobalamin-mediated methylation〉已於今(2020)年1月刊登於《美國國家科學院院刊》(PNAS),並獲得期刊專文介紹。
  • 本次研究經費主要來自中央研究院及科技部。研究團隊包括江殷儒副研究員、王柏翔博士、陳宜龍博士、魏廷翔博士、吳衎、吳天宇、以及臺灣大學漁業科學研究所的李宗徽教授。
  • 本文第一作者王柏翔博士,曾任本院多樣中心研究助理,2018年於加拿大多倫多大學取得博士學位後,目前任職於日本東京工業大學早期地球生命研究所。
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蛋蛋的哀傷 恐龍滅絕的原因之一是蛋孵太久?
江松樺
・2017/01/11 ・1218字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 547 ・八年級
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  • 在蛋中發育的恐龍每一天就會生成一層新的牙本質,在顯微鏡下觀測牙本質生成的狀態,就能夠約略地推估恐龍胚胎在蛋中發育所需的時程。圖/Mick Ellison

文 / Fafnir 恐龍愛好者,粉絲團《遠古巨獸與他們的傳奇》作者。致力於將最新的脊椎古生物學與化石生物學新知帶進華文世界,藉此讓大家認識這些遠古巨獸最真實的面貌。

正如同神奇的寶可夢,目前已知的恐龍都是卵生動物。有些寶可夢需要走 10 公里才會孵化、有些僅僅只要 2 公里就能孵出來了,那恐龍寶寶們需要花多少時間才能破蛋而出呢?

一項由佛羅里達州立大學(Florida State University)與卡加利大學(University of Calgary)的研究指出,相較於現生的鳥類,非鳥類恐龍孵化所需要的時間要遠比人們以往預期的還要更久。專門研究美洲短吻鱷與恐龍個體發生的專家艾瑞克森(Gregory Erickson)透過過往學生時代研究霸王龍(Tyrannosaurus)牙齒發育的經驗,希望能在恐龍的胚胎中找到相同的發育模式,於是研究了安氏原角龍(Protoceratops andrewsi)和史氏亞冠龍(Hypacrosaurus stebingeri)保有牙齒的胚胎化石,並將研究發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)上。

恐龍蛋可能要 3~6 個月才能孵化

艾瑞克森表示,牙齒發展的過程其實就像是樹木的年輪一樣,這些仍在蛋中發育的恐龍每一天就會生成一層新的牙本質,在顯微鏡下觀測牙本質生成的狀態,就能夠約略地推估恐龍胚胎在蛋中發育所需的時程。根據研究團隊得出的資料顯示,這些恐龍寶寶要能從蛋中孵化大概需要經歷三到六個月左右的時間;比起鳥類所需的 11 至 85 天,顯然要長得多。

較長的孵化過程相對的要承受較高的風險,毫無防備的恐龍蛋可說是掠食者絕佳的點心,此外還很容易受到洪水等各種外在災害的威脅。其次,對於那些會撫育子代的恐龍來說,守護尚未孵化的子代也需要付出較大的機會成本,甚至可能在這個過程中挨餓或暴露在其他掠食者的視線之中。

而這項不利的條件更可能是導致非鳥類恐龍在 6500 萬年前的大滅絕中消失的原因之一,作為需要消耗大量能量的大型恆溫動物,較長的孵化時間更是拉長了世代間交替的斷層。在那個沒有孵蛋器的年代裡,這將使得非鳥類恐龍更難與其他倖存的動物們在不斷變動的環境中競爭。

今天的鳥類,為什麼可以這麼快孵化出來?

未參與研究的古生物學家布魯賽特(Stephen Brusatte)認為,這項研究的發現顯示現代鳥類快速孵化的特色很可能較晚才出現。此外本研究中的原角龍與亞冠龍皆屬於距離鳥類親源較遠的鳥臀目(Ornithischia),所以我們仍未能得知在那些與鳥類較親近的獸腳類(Theropoda)恐龍是否也擁有較長的孵化期。現今鳥類得以在大滅絕中存活,或許正是因為能夠較快孵化這樣的生物特性,讓他們得以逃過一劫並存活至今。

本文轉載自「遠古巨獸與他們的傳奇」臉書粉絲頁

原始論文:

  • Dinosaur incubation periods directly determined from growth-line counts in embryonic teeth show reptilian-grade development,Edited by Neil H. Shubin, University of Chicago, Chicago, IL, and approved December 1, 2016 (received for review August 17, 2016)

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