Brown Fat 棕色脂肪組織

作者/Elaine Han

 

什麼是棕色脂肪組織(BAT)?

棕色脂肪組織是動物體內一種主要儲存中、小型脂肪滴的脂肪細胞,可以產生身體的熱能。另一種常見的是白色脂肪組織,一般用來儲存熱量。在健康且不超重的男性體内,白色脂肪組織占20%的体重;而在健康且不超重的女性體内,白色脂肪組織占25%的體重。不同於在體內常見會導致肥胖的白色脂肪組織,棕色脂肪組織只佔比1%卻擁有著分解白色脂肪,將其轉換成二氧化碳,水,和熱量的功效。能夠達成減肥的功效。簡單來說,白色脂肪就像是人體巨大的倉庫,而棕色脂肪就像散佈在身體裡的小型火爐將體內的脂肪消耗掉。
     

Brown fat

接下來就來介紹這個神奇的棕色脂肪組織的原理吧。
在有氧呼吸過程中,代謝能量的路徑首先從糖解作用開始,經過丙酮酸氧化,檸檬酸循環後,被傳遞到電子傳遞鍊進行最後產生能量的步驟。
在電子傳遞鏈中,電子移動形成膜內外的質子濃度差異(氫離子幫浦將質子從膜內打到膜外)並將氧氣分子轉換成水分子,而ATP合成酶利用這個跨膜質子梯度的能量合成ATP,質子順梯度回到膜內。這個電子傳遞鏈和ATP合成反應是互相影響的,只要任一功能受影響,另一方也會跟著受損。然而,UCP-1可以避免這個問題。這讓質子可以在不需要ATP合成酶的狀況下流回膜內。

這產生什麼影響?

在電子傳遞鏈和ATP合成反應是獨立的狀態下,我們可以在不進行ATP合成反應下仍進行電子傳遞。有了UCP-1,膜外電子可以被送回膜內並平衡膜內外質子梯度。能量以熱能釋出,因此達到消耗卡路里的功用。
在過去流行的減肥藥DNP(Dinitrophenol) 正是利用這個例子所製作出的產品。它解耦兩個反應並使能量以熱能流逝,所以人體能在代謝碳水化合物和脂肪的情況下卻不製造ATP,達到減肥的效果。然而,此反應所產生的熱能也因為過度提升人體體溫產生致命的高溫而被停止發售。
在人體中,棕色脂肪細胞擁有高數量的粒線體,而在粒線體內膜上有大量的解偶联蛋白1(UCP1)可以進行解藕反應。

誰有棕色脂肪組織?

棕色脂肪細胞在成人身上主要位於頸部,腋下以及左右鎖骨上方,而在嬰兒身上則是分布於後頸到上背部。由於這些區域有大型血管通過,因此散熱較快而需要熱量維持溫度。
嬰兒和冬眠動物擁有較多的棕色組織。因為嬰兒身體機能仍在發育中,他們還未擁有顫抖肌肉產生熱能的能力,擁有高數量的棕色脂肪細胞為身體產生熱能能夠協助他們成功發育。棕色脂肪會在寒冷的環境中被誘導出來,這項機制讓冬眠動物在冬天休眠時能夠維持身體體溫,也就是說棕色脂肪本身就擁有禦寒的作用。
作用:
  1. 促進脂肪分解
  2. 穩定血糖

影響因素

據研究顯示,人體在較低的溫度下能夠製造較多的棕色脂肪細胞。在2014年的一個研究中(Torgan,2014),研究員找了5位年輕男性,進行為期四個月的實驗,三個月的房間溫度分別是攝氏24,19,24,27度。受試者每天在這個溫度下待至少10小時。在四個月後的實驗後,研究者發現在溫度低的實驗階段中,棕色脂肪細胞成長了42%的體積,而脂肪代謝的活動也增長了10%。而在溫度漸漸回溫後,這些改變就會消失,回到一開始的模樣。這象徵了這些感便是遵循溫度的變化而產生。人類在嬰兒時期擁有較多的棕色脂肪細胞,而棕色細胞數量會隨年齡增長而不斷減少。
PET/CT 影像證明經過一個月後的低溫處置後棕色脂肪明顯增加,而在溫度上升後又消失
Image by the researchers, courtesy of Diabetes

未來發展方向:擊退肥胖,糖尿病二型?

BCAAs(branched-chain amino acid)支鏈胺基酸是坊間常聽到的健身補給品。很多運動的人會補充這種營養品來幫助增肌。然而,較少人知道的是BCAAs在血液中過量時,可能導致糖尿病或肥胖疾病。而棕色脂肪細胞可以幫助人體代謝BCAAs,由SLC25A44這種蛋白質來控管棕色脂肪細胞利用BCAAs的速率,達到消耗掉血液中多餘的BCAAs的目的。如此一來,可以大大降低糖尿病及肥胖所產生的問題,這可能成為未來減重和治療疾病的重要資訊。另外,在了解棕色脂肪對於未來減重功效可有的影響力,許多科學家也投身研究該如何運用來對人類產生效益,在未來為人類帶來效益。目前距離利用棕色脂肪組織來減重還有很多困難和不確定需要克服。如果想要達到減重的功效,最好的方式依舊是多運動並且維持健康均衡的飲食。
Brown Fat 棕色脂肪組織

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