棕色脂肪:肥胖的救星?

棕色脂肪:肥胖的救星?
Photo Credit: Tony Alter @ Flickr CC BY 2.0
我們想讓你知道的是

存在人體內的脂肪依據細胞分化及組織學型態的不同可分為兩種—白色脂肪(white adipose tissue, WAT)與棕色脂肪(brown adipose tissue, BAT),它們扮演不同角色,並非都是危害健康的兇手。

肥胖是目前全球共同面臨的重大健康議題,它與許多疾病密切相關,包括糖尿病、高血壓、高血脂、心血管疾病、腦中風、脂肪肝、氣喘、慢性腎臟病、癌症(乳癌、大腸癌、肝癌等)等,而BMI(body mass index)因其簡易與方便,一直以來都是用來診斷肥胖的測量工具,但其實脂肪才是導致慢性發炎、影響健康的關鍵,尤其是內臟脂肪(visceral adipose tissue)

棕色脂肪:肥胖的救星?

然而,存在人體內的脂肪依據細胞分化及組織學型態的不同可分為兩種——白色脂肪(white adipose tissue, WAT)與棕色脂肪(brown adipose tissue, BAT),它們扮演不同角色,並非都是危害健康的兇手。

許多研究發現,BAT可以燃燒體內多餘的能量產生熱能,有助於改善代謝性疾患,甚至,有潛力可應用於肥胖的治療。美國國家衛生研究院(National Institute of Health, NIH)所屬的糖尿病暨消化及腎臟疾病研究機構(National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disease, NIDDK)在2014年二月份也舉辦了一場以棕色脂肪為主題的學術論壇,眾多學者針對BAT的功能角色、新的研究與技術進行探討,BAT儼然成為當前熱門的研究課題。

成人也有棕色脂肪

WAT用來儲存多餘的能量,它會分泌細胞激素(cytokines),過多的WAT會導致代謝異常及胰島素阻抗性(insulin resistance),這些較為人所熟知;相對地,BAT的存在與作用可能較令人陌生。剛出生的嬰兒體內具有較多的BAT,可用來幫助新生兒維持正常體溫,過去普遍以為,隨著年齡的增長BAT便逐漸消失,進入成人階段後,人體內便不再具有BAT。但臨床上觀察到,嗜鉻細胞瘤(pheochromocytoma)的成人病患接受氟-18去氧葡萄糖正子電腦斷層掃描(18F-FDG PET/CT)時,可在其頸部區域及鎖骨上(supraclavicular)區域發現明顯的訊號增強。

在正常健康人身上,當天氣冷溫度低時,同樣的區域訊號也會比溫度高時還強。針對這些訊號增強的區域去做切片來與一般的WAT相比較,在基因的mRNA表現分析上,這些組織顯示出原BAT特有的UCP1(uncoupling protein 1),UCP1與細胞內粒線體(mitochondria)能量代謝及產熱相關;除了UCP1,還表現出原BAT中與甲狀腺素代謝相關的DIO2(deiodinase, iodothyronine, type II)、調控UCP1表現的PGC1α(peroxisome-proliferator-activated receptorγcoactivator 1α)、BAT形成的重要調控因子PRDM16(PR domain containing 16)以及與交感神經相關的ADRB3(β3-adrenergic receptor)等。

BAT
Photo Credit:吳佳鴻醫師

組織學型態分析方面,相對於白色脂肪細胞擁有單個大的脂肪顆粒(large single lipid droplet),這些組織的細胞質內含有許多與BAT一樣的小脂肪顆粒(multilocular lipid droplets)(如上圖),螢光染色也確實呈現許多的UCP1,及較多的粒線體(如上圖)。發現這些原本在BAT才有的基因表現,以及組織學上的特徵,告訴我們BAT在成人是確實存在的,也暗示了交感神經系統的刺激與低溫可以增強BAT的活性。

棕色脂肪的生理作用

相對於白色脂肪(WAT, white adipose tissue)的儲存能量,BAT可以消耗能量產生熱能,因此對於囓齒類動物(如鼠類)及需要冬眠過冬的動物的體溫維持來說很重要。人類新生兒因為基礎代謝率較低,且肌肉較不發達,不像成人可以透過肌肉顫抖產熱,因此BAT對於新生兒體溫便扮演重要生理角色。

此外,BAT與心臟及骨骼肌(skeletal muscle)一樣可以分泌血管內皮生長因子B(vascular endothelial growth factor B, VEGFB),VEGFB作用在血管內皮上,有助於脂肪酸的運送與代謝,使得BAT與肌肉細胞同為代謝脂肪酸的重要組織,在VEGFB剔除(Vegfb knockout)的老鼠身上,脂肪因為無法被運送到肌肉與BAT作有效利用,轉而送往WAT儲存因而使得老鼠變胖。而BAT對於血糖調控、胰島素阻抗、血脂肪、心血管、免疫等功能也都有研究證實其作用。

如何產生棕色脂肪?

低溫、交感神經的刺激可以提高BAT的活性,有研究發現甲狀腺素的刺激也可誘發BAT活性,此外還有一項很重要的就是:運動!運動可以促使skeletal muscle分泌名為irisin的蛋白質及名為meteorin-like(Metrnl)的荷爾蒙,irisin屬於一種myokine,當溫度低導致肌肉顫抖時也會產生irisin。

Metrnl及irisin會促進脂肪棕化(fat browning)的發生,讓WAT的UCP1表現增加,WAT經過脂肪棕化便成為beige BAT。人體跟老鼠體內都有同樣的irisin,當透過基因工程技術讓肥胖老鼠體內產生較多的irisin時,會使得beige BAT增加,結果會讓熱量消耗變多,胖鼠的血糖改善了,體重也跟著減輕。

不同的是,老鼠的皮下白色脂肪(subcutaneous WAT)經過刺激可以產生beige BAT,但人體BAT存在的區域主要就在頸部、鎖骨以上及脊椎兩側區域,至於其他區域的皮下脂肪有沒有可能被誘發變成beige BAT,尚待更多研究證實。相反地,什麼因素會抑制BAT的生成與活性呢?研究發現,年紀大、男性、體重過重與肥胖、環境溫度較高、使用交感神經抑制劑(如beta-blocker)等狀況,體內的BAT活性都較低。

皮下脂肪可以被誘發成為beige BAT,那麼內臟脂肪呢?有零星案例報告,在患有分泌兒茶酚胺的副神經節瘤(catecholamine-secreting paraganglioma)的病患身上,18F-FDG PET/CT發現除了BAT常見的區域訊號增加之外,內臟脂肪區域的訊號確實也增加了,患者的基礎代謝率(resting energy expenditure, REE)也跟著增加了一倍,但接受了手術切除治療之後,REE降回近乎正常值,患者的體重跟著上升了。有關BAT與內臟脂肪間的關聯性,還需要更多研究來釐清。

產熱及體重控制

過去幾十年有關BAT的研究主要集中在老鼠身上,但隨著越來越多人體相關研究出爐,我們對於人體BAT的功能及其在臨床上可扮演的角色有更多的瞭解,儘管如此,目前仍舊無法窺知人體BAT全貌,如同NIDDK在論壇中所作的結論所言,我們對於BAT的認識才剛處於起步階段。

除了產熱及體重控制這些可能的好處外,BAT如何影響其它代謝因子(如血糖、胰島素、血脂肪)、與各種生理作用如飲食、肌肉骨骼、睡眠、生理晝夜機制、免疫功能、細胞老化等彼此間的交互影響、基因分子生物機轉、如何被誘發生成、測量方式標準化、臨床上應用與治療指引、classical BAT與beige BAT間的差異等,都需要未來更多研究來揭開其面紗,而在那之前,鼓勵過重或肥胖者保持適度運動,尤其在冬天來臨時運動不要中斷,是目前臨床上對於體重控制實際可行且具有正面效益的。

本文經吳佳鴻醫師授權轉載,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:楊之瑜