如何判断棕色脂肪是否产热，棕色脂肪组织产热御寒的主要生化机制是什么

本文转载自slekmed，原文为《我的脂肪暖暖包——棕色脂肪的产热》责任编辑/路永信核稿编辑/林依婷美图编辑/陈难度：

知识：细胞内信号传递

链接：分子生物学，生物化学

哦地狱没有看看体重秤上不断上升的数值，再看看自己偷偷长大的肚子周围和胳膊下的脂肪，你会忍不住尖叫！悄悄后悔因临近的学习和考试而忽略了运动，埋怨因为工作、课业或工作太多而懒得从座位上挪开的身体。抓起肚子上的担子，你一脸愁容的看着。但是胖真的有那么邪恶吗？除了经常听说脂肪的好处，比如脂肪可以作为内脏的缓冲和保暖，其实它的好处不仅仅是被动保暖，还有热能！

今天先说各种颜色的脂肪，再来看看体内的好脂肪——棕色脂肪如何产生热能，不会在腹部周围形成增厚的“游泳圈”，在寒冷的冬天也能制造温暖！

图//GIPHY

脂肪还有分颜色？谈谈脂肪分类

脂肪细胞不只有一种类型。根据功能和特性的不同，可分为白色脂肪、棕色脂肪和米色脂肪(图1)。白色脂肪组织是最常见的脂肪。经常可以在餐桌上的肥猪肉里看到。又白又嫩，让人流口水！如果放在显微镜下，你会发现整个细胞几乎被脂肪油滴占据，可怜的细胞核被挤到了细胞的角落里，可见这油滴对白色脂肪有多重要！它的作用是以脂质的形式储存能量，也有保护内脏和保暖的作用。什么是棕色脂肪？是变黑的白色脂肪吗？没那么可怕！棕色脂肪组织和白色脂肪组织的任务不同，外观当然也不同。白色脂肪细胞中只有一个大油滴，而棕色脂肪细胞中分散着许多小油滴，细胞体积也较小。此外，它们之间最重要的区别是棕色脂肪有许多线粒体，线粒体中有一种特殊的蛋白质——UCP1，它是棕色脂肪产热的关键(El et al .1954)。

哎，米色/布里特脂肪组织和以上两种脂肪有什么关系？用色彩思维猜，介于白色和棕色之间的米色.没错！米色脂肪功能真的是介于白色和棕色脂肪之间！在正常情况下，米色脂肪更像白色脂肪，但当它处于长期寒冷的环境中时，米色脂肪会开始转化，产生许多线粒体和UCP1蛋白，它们会加入棕色脂肪的产热行列(Giralt Villarroya，2013)。了解了这三种“地球色”脂肪的区别后，我们逐渐把目光聚焦到今天的主角：褐色脂肪的产热！这些脂肪细胞究竟是如何利用上面提到的线粒体和UCP1蛋白产生热量，温暖寒冬中瑟瑟发抖的我们？

图//SLEK提供

棕色脂肪产热机制——传讯与脂质分解

为了产生热能，棕色脂肪细胞需要经历信息传递、脂质分解和热能产生三个步骤。说实话，这背后其实有一个离奇的故事，一个关于一群人想看电影，却不乖乖买票进电影院，而是用后门钥匙溜进电影院的故事。

故事是这样开始的.《灭魂之刃》终于上映了！这个好消息发布以来，好评如潮，大家都兴奋的去电影院跟风。你的身体也有同样的效果！就像一部电影的上映，交感神经分泌神经递质——去甲肾上腺素，ne)作为产热信号，开始一系列的信息传递。棕色脂肪细胞利用细胞膜上的肾上腺素受体接收产热信号ne，引发第二种细胞内信号分子cAMP的生成，然后cAMP激活PKA(蛋白激酶A)，继续在细胞质中传递信息(Nedergaard Cannon，2018)。

回到故事，虽然我很想去电影院看《幽灵刃》，但是电影票好贵啊！因此，我们想出了一个解决方案。如果我们能从电影院的后门进入，就能躲过票贩子，享受大银幕带来的快感！前提：我们需要一把电影院后门的钥匙。我不知道钥匙藏在哪里，所以我必须自己做一把！我们刚刚介绍了一系列的信息传递。最后，这些信号被传递到棕色脂肪细胞质中的三种脂肪酶(脂肪甘油三酯脂肪酶，ATGL)，激素敏感脂肪酶(激素敏感脂肪酶)，

HSL）和单酸甘油酯脂肪酶（Monoglyceride lipase, MGL），这三种脂肪酶就像钥匙工匠，一步步把金属块打造成能开启电影院后门门锁的钥匙。

在生物体内，脂肪酶的功用是水解脂肪，产生小分子的游离脂肪酸（Free fatty acid, FFA），它在棕色脂肪产热过程中正是扮演「钥匙」这项重要角色。首先，ATGL 先将三酸甘油酯水解成二酸甘油酯，接着由 HSL 将二酸甘油酯水解成单酸甘油酯^[注1]，最后再由MGL将单酸甘油酯水解成 FFA （Nedergaard & Cannon, 2018）。经过一连串 NE、cAMP、PKA 的讯息传递、脂质分解，细胞终于产生 FFA 这把开启产热之门的钥匙！（图二）接下来就让我们慢慢从细胞质看向粒线体，并继续说电影院的故事。

棕色脂肪产热机制——热能生成

现在我们拥有后门钥匙，可以偷偷的、偷偷的，从后门溜进电影院，好好享受高级的音响设备和舒适空间！知道有这样的好康，大家理所当然都不愿意买票从正门入口进场，大批民众从后门鬼鬼祟祟进入，电影院赚不到这笔钱，却还得付出清洁费和播映电影的成本，损失惨重呀！

在棕色脂肪细胞中，也发生了和电影院一样的离奇故事。棕色脂肪细胞中的粒线体就像电影院，在它的粒线体内膜上，存在许多特殊的蛋白 UCP1（Uncoupling protein 1），它是一种载体蛋白，可以将氢离子从膜间腔（Intermembrane space）运输到粒线体基质（Mitochondrial matrix）中。一般来说，粒线体是细胞的发电厂，可以透过呼吸作用来产生能量 ATP，而这中间经历了重重关卡。首先，葡萄糖经过糖解作用形成丙酮酸；丙酮酸转变成乙醯辅酶 A 后进入柠檬酸循环，产生高能分子；最后由这些高能分子提供电子，进入电子传递链（Urry et al., 2017）。棕色脂肪产热就是和最后一个步骤：电子传递链有关。

传递电子的过程发生在粒线体内膜上。过程中，粒线体内膜上的蛋白会将电子传给能阶较低的蛋白，逐步释放高能电子中的能量，作为将氢离子从基质主动运输至膜间腔的动力，膜间腔氢离子浓度因此升高，建立起氢离子的电化学梯度（Electrochemical gradient）。在一般状况下，高浓度的氢离子就会从粒线体内膜上的 ATP 合成酶流入，产生 ATP。此时，ATP 合成酶就好像粒线体这间电影院的正门，顾客从正门进入，为电影院带来收益，也就是 ATP。

但在棕色脂肪中就不是这样了！上一段提到，我们已获得了电影院的后门钥匙，这把钥匙就是 FFA，而电影院的后门就相当于粒线体内膜上的 UCP1。FFA 可以结合并活化 UCP1，当 UCP1 被启动后，氢离子就从 UCP1 流入基质，而不是从 ATP 合成酶了。因此，原本膜两侧的氢离子浓度差所建立的「位能」可以用来产生 ATP，如今却无法合成，这些位能最终只能转换成热能散逸（Nedergaard & Cannon, 2018）（图三）。就像电影院的故事一样，有了后门钥匙的顾客不再买票从正门光顾，反而从后门进入，电影院不能获得利益（ATP），顾客还会製造髒乱，造成电影院负担（形成热量散失）。

即便故事中的电影院不能获益，人体还是靠着棕色脂肪获得暖暖的热量～现在你懂了棕色脂肪会藉由粒线体内膜上 UCP1 蛋白来破坏氢离子电化学梯度，使 ATP 无法合成，位能于是转成热能。了解产热机制后，我们来看看究竟棕色脂肪分布在身体哪些区域吧！

我也想要棕色脂肪！棕色脂肪在哪里

当你现在有能力专注阅读这篇电子报，我就必须告诉你：很遗憾的，你的棕色脂肪已经退化许多啦！一生中棕色脂肪最旺盛的时候是婴幼儿时期，因为刚出生时，进入比妈妈身体的 37℃ 还要冷的世界中，需要产生大量热量来维持体温；再加上婴儿的肌肉不发达，无法藉由颤抖来产生热量，身体的表面积／体积比又远高于成人，热量易散失（Lidell et al., 2018）。因此，丰富的棕色脂肪是支持宝宝活下去的重要组织！成年人也有棕色脂肪，但比小时候还要少许多，分布在颈部、锁骨上方、肩胛骨、脊椎旁和肾脏周围（Zoico et al., 2019） （图四）。

虽然我们的棕色脂肪渐渐退化了，但还是有些因素能刺激棕色脂肪产生，或是藉由提高粒线体与 UCP1 含量来增进棕色脂肪效能！像是长时间处在寒冷环境下，就能提升棕色脂肪效率、诱导米色脂肪产生！也有研究指出，食用特定食物也能提升棕色脂肪效能，例如辣椒中的辣椒素、茶叶中的儿茶素（Yoneshiro et al., 2017）都有类似效果！

今天我们成功破除了脂肪油油肥肥的既定印象，不但学到脂肪原来还分成三种颜色，还深入了解棕色脂肪的产热模式。从接收讯号开始，经过一连串的讯息传递后，将脂肪细胞中库存的三酸甘油酯分解成 FFA，刺激 UCP1 启动运输氢离子，将电化学梯度的位能转换成温暖～虽然棕色脂肪部分退化了，但它曾经帮助你度过幼年时期，现在也默默地在脖子、肩胛骨附近温暖着你！希望阅读完这篇电子报后，能让你对脂肪有新的见解！

看完文章后，你应该会知道：

1. 脂肪细胞分成三种，白色、米色、棕色脂肪，其中米色和棕色脂肪都和身体热能产生有关。
2. 棕色脂肪产热的讯息传递是透过 NE、cAMP、PKA 的传讯途径完成，导致脂肪酶分解脂质，产生 FFA。
3. UCP1 蛋白受 FFA 活化后开始运输氢离子，破坏电化学梯度使能量逸散。
4. 棕色脂肪在人体的分布位置。

注解

• 事实上，在 ATGL 先将三酸甘油酯水解成二酸甘油酯、HSL 将二酸甘油酯水解成单酸甘油酯的过程中，也都会产生 FFA。

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