【生理現象】棕色脂肪說:「熬夜使人胖!」

UCP1(下方紫色橢圓)的作用機制。圖片來源:wiki
UCP1(下方紫色橢圓)的作用機制。圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

晝夜顛倒的生活會使代謝紊亂已經不是新聞了!相關的研究發現,輪班工作者經常因為生理時鐘受影響,導致代謝紊亂,最後造成肥胖、第二型糖尿病、心血管疾病等。而影響生理時鐘最大的因素是光。一項由牛津大學研究團隊在2014年發表的大型研究也發現,夜間光照與肥胖之間呈現相關(參1);而生理時鐘基因缺損的小鼠,出現肥胖與胰島素阻抗(insulin resistance)(參2)。但是到目前為止,究竟夜間光照如何導致肥胖的機制,還不清楚。

棕色脂肪組織(brown fat tissue)是人體中消耗大量能量的組織之一。透過它的粒線體,棕色脂肪將原本燃燒三酸甘油酯(TG,triglycerides)所產生的能量全部轉換為熱能、進行所謂的「不發抖產熱」來調節體溫。

這是怎麼發生的呢?原本粒線體進行細胞呼吸(cellular respiration)的目的是產生能量(ATP),但由於棕色脂肪中的粒線體多了UCP1蛋白。(uncoupling protein 1,又稱為thermogenin,左圖紫色橢圓)

UCP1將電子傳遞鏈所運送的、原本要用於產生ATP的氫離子直接送回粒線體基質(mitochondrial matrix,米色區塊),於是氫離子中所含的能量全部轉換為熱能,成為我們的體溫的一部份。

由於棕色脂肪組織消耗相當多的能量,而過去又發現交感神經(sympatheic nervous system)連結到棕色脂肪組織;於是在荷蘭的研究團隊便決定來看看過多的光照是否會影響棕色脂肪組織的活性(參3)。

他們將小鼠分成三組,第一組是白天黑夜各12小時;第二組是16小時光照、8小時黑夜;第三組則是24小時光照。結果發現,雖然三組吃一樣的食物、體重也都差不多,但是24小時光照組的白色脂肪量(以gWAT,性腺白色脂肪組織,來計算)比12小時組的多了兩成(16小時組的白色脂肪量則介於兩者之間)。

讀者可能會說,會不會24小時組的老鼠吃得比別人多?事實上,研究團隊發現24小時組的老鼠,活動力比其他兩組要差,吃得也比其他兩組少。所以,這一組的老鼠的白色脂肪比別人多,並不是因為吃得多的關係。

而研究團隊進一步使用同位素標定的脂肪(油酸,oleate)與葡萄糖來觀察棕色脂肪的活性。結果發現,24小時組的老鼠,在幾個不同部位的棕色脂肪組織都出現了脂肪與葡萄糖攝取降低的現象;但是牠們的肝、心與肌肉對這些養分的攝取並沒有降低。

在更進一步的實驗中,研究團隊發現在24小時光照組的老鼠,牠們的棕色脂肪組織合成正腎上腺素(norepinephrine)的能力下降了。由於交感神經主要是透過腎上腺素來調節組織的活性,因此研究團隊又做了一件事:將連往棕色脂肪組織的交感神經切除。

切除以後的老鼠體重上昇了、棕色脂肪組織的活性下降了,但有意思的事情是,即使給牠們24小時光照,切除交感神經的老鼠的棕色脂肪組織的活性並沒有再進一步降低。這顯示了,光照對於棕色脂肪組織活性的影響,是透過交感神經系統來調節的。

看到這裡,讀者朋友可能會覺得,好,我們知道光照會影響棕色脂肪組織的活性,進而使我們肥胖、甚至發展出地二型糖尿病、心血管疾病;但對於輪班工作者來說,上班怎麼可能不開燈呢?所以這樣的研究對他們來說又有什麼用?

或許對於輪班工作者來說,是真的無可奈何(除非放棄工作);但如果單考慮棕色脂肪組織的話,似乎將工作環境的溫度調低,對於提高它的活性有一定程度的幫助。而對於一般人來說,這個研究結果意味著睡覺的時候不開燈,可以維持棕色脂肪組織的活性,對我們的健康是有益的,不是嗎?

參考文獻:
1. Emily McFadden et. al. 2014. The Relationship Between Obesity and Exposure to Light at Night: Cross-Sectional Analyses of Over 100,000 Women in the Breakthrough Generations Study. American Journal of Epidemoiolgy. doi: 10.1093/aje/kwu117
2. F.W. Turek et. al. 2005. Obesity and metabolic syndrome in circadian Clock mutant mice. Science. 308(5724):1043-1045.
3. Sander Kooijman et. al., 2015. Prolonged daily light exposure increases body fat mass through attenuation of brown adipose tissue activity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi: 10.1073/pnas.1504239112

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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