能量代谢的新方式

译者： qinglanhe 原作者：Jennifer Couzin-Frankel

发表时间：2014-08-01

 

能量代谢的新方式

珍妮佛·柯盛-弗兰克尔(Jennifer Couzin-Frankel)  2014年6月5日

http://news./biology/2014/06/new-way-burn-calories

z·格哈特-海因斯，D·普雷马，和M·拉扎尔/宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院

能量代谢。两个新研究表明了小鼠“褐色”脂肪反而增强能量的消耗；此处显示的是小鼠的正电子发射计算机断层扫描成像(PET)，由于褐色脂肪的高代谢状态而显示绿色和红色。

        如果设想你在跑步机上比赛――快速地消耗能量――或在街道上简单地行走，将会怎样？改变我们的能量消耗率仍然是遥远的未来，不过，在小鼠中有可能探索到这种情况是如何发生的。两 个科学家团队的研究表明，激活脂肪中的免疫细胞，可以把一类储存能量的脂肪组织转变为另一类脂肪组织而进行代谢，这为肥胖症和糖尿病潜在新疗法的开发打开了通道。

        人类有两种类型的脂肪：白色脂肪组织，成人几乎全部是这一种，以及褐色脂肪组织，存在于婴儿体中，但当他们成年时则消失。褐色脂肪能抵抗寒冷(它也常见于冬眠动物体内)，研究人员已发现暴露于寒冷环境中小鼠的一些白色脂肪呈现一种暂的“褐变”。同样的效应，也发生在人体的初步研究中，脂肪组织出现了褐变――创建了一种称为浅褐色脂肪组织――有助于产热和代谢能量。加州大学旧金山校区(UCSF)的生理学家阿杰·乔拉(Ajay Chawla)说，但寒冷是“唯一的剌激，我们知道寒冷可以增加浅褐色脂肪组织或褐色脂肪组织。”他希望更好地了解在脂肪组织中是如何引起这种变化的，以及是否有一种方法可模拟寒冷和有另外一些方法可诱导脂肪的褐色化。

        几年以前，乔拉的团队曾报告冷剌激激活了白色脂肪组织中的一类免疫细胞――巨噬细胞。乔拉、他的博士后邱逸夫(Yifu Qiu)和他们的同事们，为了进一步地解开为什么会发生这种变化的秘密，采用缺乏有助于激活巨噬细胞的白细胞介素-4(IL-4)和IL-13的小鼠进行了研究。当他们把这些小鼠暴露于寒冷的环境中，这些小鼠远比正常小鼠所产的褐色脂肪细胞更少，这表明巨噬细胞是使白色脂肪褐变的关键。

        然而，可以把IL-4给予处在适当温度下的健康小鼠，看它们是否能产生更多的褐色脂肪？这是一个很重大的问题，而乔拉团队发现答案是肯定的。生活在30°C舒适条件下的小鼠接受了IL-4的处理。IL-4帮助产热的水平和在褐色脂肪中的表达飙升了15倍，而小鼠的能量消耗也增加了15℅―20℅――就像它们处在寒冷笼子里时的一样。

        在美国另一边位于波士顿的哈佛医学院的达纳-法伯癌症研究所工作的，细胞生物学家和生化学家布鲁斯·斯皮格尔曼(Bruce Spiegelman)和他的前博士后拉杰什·饶(Rajesh Rao)，他们独立地探究了小鼠脂肪的褐变。斯皮格尔曼团队以前曾发现，当小鼠肌肉中产生一种称为PGC-1的蛋白质时，该蛋白就促使脂肪组织变为褐色。斯皮格尔曼想找到其中缺少的环节，究竟是PGC-1触发了这一过程，还是它更直接地影响了脂肪的变化。该团队分析了一些基因和蛋白质，当PGC-1在肌肉中表达时，脂肪中的基因和蛋白质的联系就接通了，而且，他们发现其中有一个基因特别地突出。

        这个基因产生一种称为镍纹蛋白样即metrnl 的激素，它在动物运动或也在寒冷剌激后被诱导产生。科学家们发现它也能使小鼠中的白色脂肪褐化。给予基因治疗的小鼠，提高了Metrnl的产量，具有更好的葡萄糖耐受性，表明它有抗糖尿病的作用，并减轻了小鼠少量的体重。这与旧金山团队的研究结果是相一致的，Metrnl增加了某些类型巨噬细胞的产量和脂肪组织中IL-4的含量。给小鼠一种可中和Metrnl的抗体，使它们对寒冷的剌激缺乏反应；小鼠就不能激活褐化它们脂肪所需要的巨噬细胞基因。斯皮格尔曼就他的和乔拉的研究工作说：“这种方法所产生的结果是令人兴奋的。”他们的研究论文今天均发表于《细胞》。

        宾夕法尼亚大学分子代谢专家帕特里克·希尔(Patrick Seale)说：“这种基本上诱导形成褐色或浅褐色脂肪细胞的机制……已不是先前那样认识的了。”希尔指出，Metrnl “之前真的没有被描述过――只给予小鼠Metrnl就能够诱导白色脂肪的褐变反应”，这是“非常令人兴奋的。”譬如，给予像Metrnl那样的一种治疗，如果其可使白色脂肪褐变的结果是安全和有效的，这就开启了治疗肥胖症和糖尿病相当迷人的可能性。加州大学洛杉矶校区研究分子代谢的彼得·汤特诺兹(Peter Tontonoz)说：“这个想法是，你可用药物来操控一个人的能量消耗。”通过褐化他们的白色脂肪，“肯定是一个有吸引力的主意，而且是关于肥胖症的一个不同的思考方式。”这个过程，在人体中是如何运作仍然是不了解的。不过，科学家们正在预先考虑。例如，斯皮格尔曼等共同组建了一个安贝治疗公司，试图对这项研究工作进行商业化的运作。