Як бежеві жирові клітини спалюють калорії
Десятиліттями відомо, що низькі температури можуть стимулювати спеціалізовані жирові клітини спалювати енергію для виробництва тепла. Але недавнє дослідження Університету Сан-Франциско виявило новий шлях виробництва тепла в жирових клітинах, який працює шляхом спалювання надлишку глюкози в крові, що може вказувати на нові підходи до лікування метаболічних порушень, таких як ожиріння або діабет 2 типу.
Ці результати, опубліковані в науковому журналі Nature Medicine [1], представляють зміну парадигми в розумінні вченими того, як ссавці перетворюють свої запаси жиру на тепло.
Всі ссавці, включаючи людей, використовують білі жирові клітини для накопичення енергії, але вони також мають запаси коричневого жиру, який спалює накопичену енергію для тепла. Людські немовлята народжуються з коричневим жиром як природним захистом від холоду, а тварини, які впадають в сплячку, як ведмеді, створюють великі запаси коричневого жиру з тієї ж причини. Однак дорослі люди зазвичай не мають багато коричневого жиру.
У 2015 році лабораторія Кахімури виявила новий тип жиру у дорослих людей [2] - так званий «бежевий» жир, який сидить у кишенях всередині жирової тканини і може перетворювати білий жир у відповідь на холод та інші стреси. У подальших дослідженнях дослідники показали, що миші, у яких було більше бежевого жиру, були захищені від діабету та ожиріння, викликаного дієтою [3], спалюючи калорії, що генерують тепло, і тваринам було легше евакуювати надлишки поганого білого жиру. Однак механізми, за допомогою яких ці клітини перетворюють енергію в тепло, не були відомі.
"Зараз ми знайшли цей новий спосіб, як бежева мастило виробляє тепло", - говорить Кахімура. "Ми були дуже раді не тільки науці, але й терапевтичному потенціалу цього відкриття для лікування ожиріння та діабету 2 типу".
Існує не один спосіб отримання тепла
Коли вам холодно, ваші м’язи тремтять від тепла, але при більш тривалому впливі низьких температур ваше тіло потребує інших способів зігріти вас.
Протягом декількох років дослідники намагалися зрозуміти, як наші тіла перетворюють наші запаси енергії в тепло, вивчаючи, як працює білок, який називається розв’язуючим білком 1 (UCP1). Цей білок міститься лише в коричневих і бежевих жирових клітинах, і він працює, перенаправляючи енергетичний потік мітохондрій, електростанцій клітин, тому вони виробляють тепло, а не біологічно доступну енергію.
У багатьох ссавців UCP1 відповідає за виробництво тепла у відповідь на потреби навколишнього середовища, не змушуючи м'язи тремтіти: його активність спалахує при низьких температурах, як і після переїдання. Однак деякі види, такі як свині, не мають функціонального білка UCP1, але все ще можуть залишатися в теплі в холодному середовищі. Саме це змусило дослідників задуматись, чи не існує іншого механізму, який передбачає здатність коричневого та коричневого жиру виробляти тепло.
У минулих дослідженнях команда видалила білок UCP1 у мишей, які мали вище нормального рівня бежевого жиру, і вони виявили, що тварини все ще стійкі до діабету та ожиріння, спричинених дієтою, продемонструвавши, що корисний ефект бежевого жиру був абсолютно незалежним від UCP1. "Це було концептуально дуже дивно, оскільки UCP1 був єдиним відомим термогенним білком вже понад двадцять років", - говорить Каджімура.
Дослідники виявили новий механізм, за допомогою якого бежеві жирові клітини можуть виробляти тепло при дії низьких температур, що передбачає активацію пари білків, званих SERCA2b та рецепторів ріанодіну 2 (RyR2).
Зазвичай ці білки відповідають за контроль над доступністю кальцію, необхідного іона в жирових клітинах. Коли рівень кальцію занадто високий, білок SERCA2b може використовувати енергію для перекачування надлишку кальцію в місця зберігання всередині клітин. Потім, коли рівень кальцію в клітинах знижується, RyR2 діє як клапан, щоб звільнити деякі з цих запасів кальцію. Але в холодних умовах група дослідників виявила, що клітини можуть активувати обидва білки одночасно. Це все одно, що перезапустити автомобільний двигун, одночасно подаючи газ і гальмуючи, головний наслідок - генерувати багато тепла і споживати багато палива - в цьому випадку глюкози.
Дослідники виявили, що цей процес може спалити стільки глюкози, що уповільнення активності SERCA2b у бежевих жирових клітинах мишей вплинуло на усю утилізацію глюкози в організмі, наводячи на думку про потенційне застосування у профілактиці. високий рівень глюкози в крові.
"Ми виявили, що бежевий жир спалює глюкозу, використовуючи білок SERCA2b, і це багато чому пояснює", - говорить Кахімура. "Це пояснює, чому миші захворіли на цукровий діабет, коли ми зменшили бежевий жир, але порушення білка UCP1 не призвело до діабету, тому миші захищені від діабету в присутності більшої кількості бежевого жиру".
Збережений еволюційний механізм
Лабораторні експерименти з ізольованими бежевими жировими клітинами свиней та людей показали, що миші не єдині, хто використовує білок SERCA2b для перетворення надлишку глюкози в тепло, хоча це поки невідомо. Насправді ще не відомо, чи це за механізм, чи на основі термогенезу на UCB1, який домінує в бежевому жирі людини.
Відкриття того, що бежевий жир має більше одного механізму боротьби з холодом, має еволюційний сенс: "Терморегуляція настільки важлива для життя, що має існувати безліч механізмів, як у свиней, які не мають функціонального білка UCP1", - пояснюють вчені.
Насправді у людей існує хвороба, яка називається злоякісною гіпертермією, при якій мутації в рецепторних генах ріанодіну 1 - формі ріанодінових рецепторів, що використовуються в м'язах, - викликають гіпертермію в м'язах. М'язи, що показує, що пов'язаний механізм може бути залучені.
Тому дослідники дуже раді, що вони можуть використовувати наркотики - або навіть харчові добавки - для активації білка SERCA2b у бежевому жирі в надії, що це покращує здатність організму використовувати глюкозу у пацієнтів із діабетом типу 2 або ожирінням, а також допомогти пацієнтам із такими станами, як злоякісна гіпертермія, яка порушує нормальну температурну регуляцію.
Наприклад, вживання імбиру, як відомо, зігріває тіло, зазначає Каджімура, але механізм недостатньо вивчений. Повідомляється, що є деякі дані, які свідчать про те, що гінгерол або екстракт імбиру активує білки SERCA, що може представляти цікаві перспективи для вчених, які тестують гінгерол як спосіб підвищення бежевого жиру для спалювання.
Список літератури:
[1] Незалежне від UCP1 передавання сигналів за участю циклу кальцію, опосередкованого SERCA2b, регулює термогенез бежевого жиру та системний гомеостаз глюкози. Природна медицина.
[2] Генетична та функціональна характеристика бурових адипоцитів дорослої людини клонального походження. Природна медицина.
[3] Фосфопротеомія визначає СК2 як негативний регулятор термогенезу адипоцитів бежевого кольору та витрат енергії. Клітинний метаболізм, 2015.