Жир, який робить вас худими
У нашій боротьбі за контроль над талією жир є нашим ворогом. Це жир, або жирова тканина, що дає нам наші любовні ручки, наші сідла і цей маленький живіт. І коли косметичні хірурги ліплять людей на масу, саме жирову тканину вони відсмоктують і викидають разом із клінічними відходами.
Це може здатися дивним, але певний тип жирової тканини також може бути ключем до контролю ваги. Не звичайна біла жирова тканина, а особливий тип, який називається коричневий жир.
У деяких ссавців коричневий жир перетворює енергію з їжі в тепло, спалюючи калорії, не напружуючись. Вважалося, що у дорослих людей не вистачає коричневого жиру, але нові докази вказують на те, що це помилково, і він насправді присутній і функціонує у деяких людей. Різниця в кількості коричневого жиру у кожної людини може допомогти пояснити, чому деякі з нас худі, а інші мають надлишкову вагу, і чому деякі з нас старіють на кілограми з віком.
Дослідники по-різному експериментують із способами збільшення кількості або активності нашого коричневого жиру, фармацевтично чи хірургічно, шляхом вилучення звичайного білого жиру за допомогою ліпосакції, перетворюючи його на коричневий жир для реімплантації. 50 грам коричневого жиру, значною мірою те, що вже є у деяких з нас, може розвіювати близько 500 калорій на день. "Я тренуюсь на еліптичному тренажері, і дуже важко спалити 500 калорій", - говорить Рональд Кан, директор з досліджень ожиріння в Гарвардській медичній школі, Центр діабету в Джосліні. "Якби я міг робити це, не працюючи, і щодня це було б здорово!"
Роль коричневого жиру у виробництві тепла, відомий як термогенез, широко вивчався фізіологами-тваринами. Здається, що коричневі жирові клітини мають незвичні мітохондрії, ті маленькі структури, що знаходяться майже у всіх клітинах, що виділяють енергію з їжі.
У переважній більшості клітин ця енергія або зберігається, або використовується для підживлення клітинних процесів. Однак мітохондрії в коричневому жирі містять білок, який називається термогеніном (або роз'єднуючим білком 1), що змушує енергію розсіюватися у вигляді тепла. "Це тканина, єдиною метою якої є спалювання енергії", - говорить Франческо Селі, науковий співробітник Національний інститут охорони здоров’я.
Як і слід було очікувати, ця форма теплоутворення важлива в холодну погоду, і, як така, мала бути важливою частиною еволюції ссавців. Для людей це корисно для немовлят, які схильні до тепловтрат через свої невеликі розміри, що дає їм низьке відношення площі поверхні до об’єму, а їхні регулятори температури є незрілими, вони навіть можуть тремтіти. Під шкірою у дітей є видимі відкладення коричневого жиру, переважно на спині, плечах і шиї.
Ставши дорослим, все змінюється. Розтин дорослих показує або відсутність коричневого жиру, або незначні сліди в білому жирі. Це призводить до гіпотези, згідно з якою інші тканини при необхідності беруть на себе роль теплогенератора. М'язи, наприклад, можуть генерувати тепло через тремтливий і не тремтячий термогенез.
Потім у 2002 році з’явився новий спосіб огляду внутрішньої частини людського тіла, який називається позитронно-емісійною томографією (ПЕТ-сканування), дав химерні результати. Ця техніка включає рентгенівське випромінювання людей після ін’єкції радіоактивного маркера, який може виявити метаболічні гарячі точки, що свідчить про ознаки пухлин. Але зображення час від часу псували сузір’я яскравих плям навколо ключиці, плечей і спини.
Одягнені лише в лікарняних халатах, пацієнти, як правило, відчували холод під час КТ. Коли в кімнатах було тепліше, тривожні місця зникли. Рентгенологи почали підозрювати, що саме коричневий жир «запалився» у відповідь на холод.
Інтерес до коричневого жиру піднявся, і кілька груп почали систематичніше шукати сумнозвісну тканину у добровольців. Збірка досліджень, опублікована в минулому, показала, що у деяких людей є невеликі, але чіткі острівці коричневого жиру, кожен із яких має свою кровоносну систему та нервову мережу. Аналіз зразків тканин гарячих точок показав, що вони містять термогенін, що є відмітною ознакою коричневого жиру.
"Усі тепер хотіли б однозначно сказати, що дорослі люди мають коричневий жир і що коричневий жир може бути активним за звичайних обставин", - говорить Рональд Кан, автор статей [1]. Але ніхто цього не зробив. Хоча тестували лише невелику кількість людей, дослідники починають робити деякі висновки щодо того, хто їх найбільше.
Вік - один із факторів. В недавньому дослідженні метаболічно активний коричневий жир був виявлений майже у половини людей у віці від 23 до 35 років, але він був присутній лише у 2 з 24 людей у віці від 38 до 65 років [2]. Команда також виявила, що люди з найменшою кількістю коричневого жиру, як правило, важчі.
Чи можна тому зробити висновок, що коричневий жир захищає від набору ваги? "Ми не можемо сказати нічого про причини та наслідки", - говорить Ян Недергаард зі Стокгольмського університету у Швеції, ветеран досліджень коричневого жиру. Можливо, каже він, що люди з ожирінням так чи інакше пережили зниження коричневого жиру.
Однак дослідження на тваринах підтверджують думку, що нестача коричневого жиру може бути причиною, а не наслідком ожиріння. Наприклад, миші, яким генетично сконструйовано не вистачає термогеніну, частіше страждають ожирінням [3]. "Ми вважаємо, що втрата ваги, ймовірно, є другорядною у зв'язку з наявністю більшої кількості активного коричневого жиру", - говорить Кан.
Це можуть бути наші гени, які дають нам шанс у цій метаболічній лотереї, дозволяючи іншим боротися зі своїм життям проти їх ваги. "Ми знаємо, що у деяких тварин існує генетична різниця в кількості активованого коричневого жиру, який вони містять", - говорить Кан. "Отже, я мав би спокусу думати, що та сама можливість є і у людей".
Це піднімає важливе питання: чи можемо ми контролювати силу коричневого жиру, щоб допомогти людям із зайвою вагою схуднути талію? Теоретично це можна зробити або шляхом збільшення кількості коричневого жиру, або шляхом стимулювання його активності при нормальних повсякденних температурах, або бажано обох.
Гормональна заміщення
Недергаард вважає, що основна увага повинна бути спрямована на запобігання зменшенню коричневого жиру у міру дорослішання. "Найбільше ожиріння з'являється в середньому віці та пізніше, і це, здається, коли активність коричневого жиру починає слабшати", - говорить він. Можливо, вдасться виявити причину цього зниження та змінити його, можливо, замінивши втрачений гормон. Але як може виглядати цей гормон, залишається загадкою.
Доведено, що деякі ліки від діабету класу глітазон або тіазолідиндіони збільшують кількість коричневого жиру у щурів та стимулюють утворення клітин коричневого жиру у людини в лабораторії. Однак, застосовуючи їх для лікування діабету, вони, здається, не активізують коричневий жир і не спричиняють втрати ваги.
Інший підхід полягає у розгляді механізму, який викликає активацію коричневого жиру, коли тварина піддається впливу холоду. У тварин і людини також активація зумовлена вивільненням гормону норадреналіну, який взаємодіє з рецептором на поверхні клітини, який називається андрогенним рецептором бета-3. Гризуни та собаки худнуть, отримуючи препарати, що стимулюють ці рецептори, але спроби відтворити цю дію на людях показали набагато слабший ефект. Можливо, це тому, що у більшості людей залишається дуже мало активного коричневого жиру. ?
Якщо наші природні запаси коричневого жиру зменшились, можливо, потрібен більш радикальний підхід. Хоча робота все ще перебуває на початковій стадії, принаймні дві групи вивчають способи створення коричневих жирових клітин у лабораторії з метою їх імплантації хірургічним шляхом.
Команда Кан зосереджується на сполуці під назвою BMP7 (Кістковий морфогенний білок 7 - кістковий білок, що не є колагеновим). Найбільш відомий тим, що сприяє формуванню кісток і хрящів, а генетично модифікований варіант використовується в хірургії кісток. Торік група показала, що якщо клітини, взяті з ембріональних стовбурових клітин миші, обробляли BMP7, вони перетворювались на коричневі жирові клітини. При пересадці на особливий вид миші, який приймає тканини від непов’язаних особин, вони утворюють окремі ділянки коричневого жиру [4].
Щоб перевірити цей підхід у людей, зараз команда планує взяти білі жирові клітини, отримані в результаті ліпосакції, та обробити їх BMP7. Отримані коричневі жирові клітини можуть бути повторно імплантовані у вихідного донора. "Це цікава можливість", - говорить Кан.
Однак ліпосакція може бути не єдиним джерелом коричневих жирових клітин. У статті, яку Science вважає одним із 10 наукових проривів 2008 року, команда з Гарвардської медичної школи показала, що під час ембріонального розвитку коричневі жирові клітини походять не від жиру, а від клітин-попередників жирових м’язів [5]. Команда також виявила донорський ген, який називається PRDM16, який перетворює ці розвиваються клітини на коричневий жир. Це "головний регулятор коричневого жиру", говорить Брюс Шпігельман, який керував дослідженням.
Минулого місяця його команда взяла клітини шкіри у мишей, перетворивши їх на PRDM16 та інший ген, щоб пересадити змінені клітини назад у ту саму мишу. При подальших скануваннях ПЕТ у миші були невеликі плями, де пересаджена тканина перетворилася на плями коричневого жиру [6]. Зараз дослідники досліджують, чи можна повторити ідентичний підхід у людей, подібно до того, як вони шукають потенційних кандидатів на здатність перейти на PRDM16. "Зрозуміло, що ці шляхи існують у людей", - говорить Шпігельман.
Однак обробка коричневого жиру, як за допомогою ліків, так і за допомогою хірургічного втручання, може не обійтися без ризику. Збільшуючи витрати енергії, ви створюєте метаболічний стан із високим потоком, говорить Селі. Це може збільшити наш вплив потенційно шкідливих вільних радикалів через метаболізм, що може спричинити рак або навіть прискорити старіння.
Тож замість того, щоб намагатися штучно прискорити коричневий жир із ризиком побічних ефектів, пов’язаних із цим, чому б просто не ввімкнути його, холодячи, або зменшуючи тепло? На перший погляд, цей останній вибір пропонує цікаву можливість зберегти як нашу талію, так і планету.
Однак ми не знаємо, як далеко знадобиться зниження внутрішньої температури, щоб досягти значної різниці. Інше невідоме - стимуляція коричневого жиру холодом є причиною інших компенсаторних механізмів боротьби з ним. Як зазначає Недергаард, наша природна реакція на холод - більше їсти ... або одягати светр.
Залишається багато інших питань, але давня догма про те, що коричневий жир або відсутній, або не має фізіологічної ролі у дорослих людей, була скасована. Це, ймовірно, відкриє цілу низку потенційних нових варіантів у контролі ваги. Чи можуть коли-небудь бути дозволені та продані препарати, що збільшують коричневий жир, як частина лікування ожиріння? Якщо вони безпечні та ефективні, чи будуть вони доступні людям із нормальною вагою в пошуках ідеальної фігури? ?
Загальне збільшення ожиріння є дуже складною проблемою, яка включає не тільки біологічні фактори, але й соціальні, економічні та психологічні фактори. Ніхто не припускає, що їх можна лікувати простими чарівними таблетками, але, можливо, це може бути "малою допомогою". Як каже Шпігельман, "ми маємо можливість розробити новий підхід до ожиріння".
Епілог: Центральне опалення для ссавців
На думку Яна Недергарда та Барбари Кеннон зі Стокгольмського університету, коричневий жир, можливо, був однією з еволюційних адаптацій, яка допомогла раннім ссавцям використати нове поле екологічних ніш.
Здібність тканин генерувати тепло виникає внаслідок мутацій, які викликають білок, відомий як термогенін, або роз'єднання білка 1, який, ймовірно, з'явився на початку еволюції ссавців, вони припускають [7]. Термогенін перетворює енергію з їжі на тепло.
Поряд з іншими пристосуваннями, які зробили нас теплокровними, термогенін, можливо, дозволив першим дрібним ссавцям бути нічними тваринами та жити в холодному середовищі, тим самим зменшуючи пряму конкуренцію з плазунами.
"Коричневий жир відкриває цю нішу для ссавців для активності вночі", - говорить Недергаард. "Можливість переїжджати з одного місця на інше і годуватись на морозі, безумовно, є перевагою".
Список літератури:
[1] Ідентифікація та значення коричневої жирової тканини у дорослих людей. The New England Journal of Medicine, том 360, с 1509.
[2] Статеві та депо відмінності чутливості до адипоцитарного інсуліну та метаболізму глюкози. Діабет, том 58, с 803.
[3] Абляція UCP1 викликає ожиріння та скасовує індукований дієтою термогенез у мишей, звільнених від теплового стресу, живучи при термонейтральності. Клітинний метаболізм, том 9, с 203.
[4] Нова роль кісткового морфогенетичного білка 7 у коричневому адипогенезі та витратах енергії. Природа, том 454, с 1000.
[5] PRDM16 контролює перемикач коричневого жиру/скелетних м’язів. Природа, том 454, с.961.
[6] Ініціювання перемикання міобласту на коричневий жир шляхом транскрипційного комплексу PRDM16 - C/EBP-β. Природа.
[7] Фізіологічні огляди, том 84, с 277.