棕色脂肪組織

棕色脂肪組織動物體內呈棕色的脂肪組織01生物解釋分布概況功能產(chǎn)熱機制目錄03020405解偶聯(lián)蛋白影響因素PGC1α關系結語目錄070608基本信息棕色脂肪組織(brownadiposetissue)是指動物體內呈棕色的脂肪組織。其中的脂肪細胞體積較小，胞質中有多個較小的脂滴，并有較多的線粒體；細胞核呈圓形，位于細胞中央；脂肪細胞之間的疏松結締組織中有較豐富的毛細血管和神經(jīng)纖維。在一些動物的幼體及成年嚙齒類和冬眠哺乳動物的頸部和腋部分布較多，有時在成年家畜體內亦可發(fā)現(xiàn)。能產(chǎn)生大量熱量、溫暖流經(jīng)其周圍的血流，對維持初生和冬眠動物的體溫有重要意義。生物解釋生物解釋人和哺乳動物體內的脂肪組織可分為白色脂肪組織和棕色脂肪組織。前者就是我們通常認識的那種脂肪，廣泛分布于皮下組織和內臟周圍。棕色脂肪組織存在于人和所有哺乳動物體內，但主要是在新生兒和幼小的哺乳動物體內。這兩種脂肪組織與白色脂肪組織既然都叫“脂肪組織”，它們的共同點當然就是細胞內都含有脂肪。它們的區(qū)別在于，棕色脂肪組織的細胞體積較小，細胞中脂肪顆粒較小，卻含有大量線粒體，細胞周圍有豐富的毛細血管，交感神經(jīng)纖維直接到達棕色脂肪組織的細胞膜上。外表不同、結構不同，它們在能量代謝中所起的作用也截然相反。白色脂肪組織是能量倉庫，它的作用是將多余的能量以脂肪的形式儲藏起來；棕色脂肪組織則是通過它細胞內大量的線粒體將食物中的能量轉化成熱能。棕色脂肪細胞的線粒體有一種稱為解耦聯(lián)蛋白1（UCP1）的物質，這種物質使得葡萄糖和脂肪酸分解產(chǎn)生的能量不能轉化為ATP（為生物體直接供能的物質），而只能轉化為熱能。這就是為什么棕色脂肪組織較多存在于新生兒和幼小哺乳動物體內的原因：因為小家伙們剛生出來，身體的調節(jié)功能還比較差，不能通過“打哆嗦”（肌肉顫栗）這種方式產(chǎn)熱來抵御外界的寒冷，所以需要棕色脂肪組織的幫助。打個比方來說，白色脂肪組織就好比被子，可以起保暖的作用；棕色脂肪組織就好比電熱毯，通過產(chǎn)熱來幫助機體抵御寒冷。功能功能棕色脂肪組織，是哺乳動物體內非顫栗產(chǎn)熱的主要來源，對于維持動物的體溫和能量平衡起重要作用，對幼齡哺乳動物尤為重要。能量攝入超過能量消耗導致超重和肥胖是影響能量平衡的主要原因，由解偶聯(lián)蛋白調控食物誘發(fā)脂肪組織和肌肉的生熱作用也影響能量平衡，它是額外的耗能并阻止超重和肥胖(Samec，1998)。吃相同的東西，有的人胖，有的人瘦，有些人雖然瘦小但食量卻大得驚人，在相同低溫環(huán)境下，有的幼畜死亡率很高，有的卻表現(xiàn)出適應。出現(xiàn)這些差異與機體中棕色脂肪組織(brownadiposetissue，BAT)的差異有關。大量的研究表明棕色脂肪組織不僅具有御寒功能，而且還會燃燒多余脂肪和糖分，產(chǎn)生熱量，防止體內儲存過多的脂肪。分布概況分布概況1BAT的概況人和哺乳動物體中的脂肪組織分為棕色脂肪組織(BAT)和白色脂肪組織(WAT)。BAT因其細胞內含有大量血紅蛋白和高水平的血紅素卟啉,細胞呈棕色而得名。BAT在所有哺乳動物體中都存在，主要是幼小哺乳動物體中，而在成熟的哺乳動物體中僅有少量存在。BAT細胞體積比WAT小,細胞表面密布交感神經(jīng)纖維,細胞中脂肪顆粒很少,此種組織細胞內含有大量線粒體,細胞周圍含有豐富毛細血管，這與其產(chǎn)熱功能相匹配。WAT與BAT在能量代謝中發(fā)揮著截然相反的作用。WAT主要是通過甘油三酯貯存能量，而BAT則通過產(chǎn)熱來消耗能量。早在1961～1964年，人們就發(fā)現(xiàn)嚙齒動物能利用體內棕色脂肪組織，對寒冷刺激、休眠、采食誘導,營養(yǎng)不足(低蛋白質)時，產(chǎn)生熱量維持體溫十分重要（Smith等，1961)。有研究發(fā)現(xiàn)BAT在成年人或成年動物體中已經(jīng)消失，但近年來的研究表明，戶外工人和長期飲酒人群的頸動脈周圍和心包存在BAT，成人的一些部位的脂肪組織檢測到了UCP1（解偶聯(lián)蛋白1）及其RNA，還有一些研究指出，成人脂肪組織中有大量的棕色脂肪細胞分布并表達UCP。非顫栗性產(chǎn)熱（NST）對哺乳動物在冷環(huán)境下的生存是必需的，棕色脂肪組織是哺乳動物體內非顫栗產(chǎn)熱的主要來源(Smith等，1969；Nicholls等，1984；Himms等，1990)。對于哺乳動物和人，棕色脂肪組織主要分布在：①肩胛間區(qū)；②腹部大血管及周圍；③肌肉、頸部血管及腎周、胸部動脈和下腔靜脈周圍分布小塊棕色脂肪組織。這種組織的主要功能是通過非顫栗產(chǎn)熱維持動物的體溫及能量平衡，BAT對于維持動物的體溫和能量平衡起重要作用，對幼齡哺乳動物尤為重要(Himms等，1990；Jansky等，1995)。產(chǎn)熱機制產(chǎn)熱機制2BAT產(chǎn)熱機制——去甲腎上腺素（NE）控制產(chǎn)熱哺乳類動物BAT活動的最終目的是產(chǎn)生熱量。BAT主要作用是調節(jié)機體溫度,參與能量的消耗,因而與保持機體重量也有關。2．1去甲腎上腺素對BAT的快速作用——控制產(chǎn)熱去甲腎上腺素是交感神經(jīng)的主要遞質，冷暴露條件下，交感神經(jīng)末梢釋放NE激活組織，是產(chǎn)熱增加的生理基礎(HimmsHagen，1990；Baumuratov等，2003；Baumuratov等，2005)。寒冷刺激,脂肪細胞周圍交感神經(jīng)末梢釋放的去甲腎上腺素，通過作用于棕色脂肪細胞上的受體，使細胞內cAMP濃度發(fā)生改變，最終影響甘油三酯分解為甘油和脂肪酸。機體中的腎上腺素能受體（AR）有α、β兩種，其中β分為β1、β2、β3，β1在成熟的棕色脂肪組織中表達；β2在棕色脂肪組織中沒有表達；β3在棕色脂肪組織和白色脂肪組織中都有表達。每種受體的作用方式和機理不同。解偶聯(lián)蛋白解偶聯(lián)蛋白3BAT與解偶聯(lián)蛋白線粒體內膜的解偶聯(lián)蛋白(UCP)是決定BAT功能的關鍵因素(Heaton等，1978)。UCP是參與能量代謝的重要蛋白質。解偶聯(lián)蛋白是一種在棕色脂肪組織特異表達的線粒體內膜蛋白質，分子量為32kDa。UCP的作用是作為脂肪酸陰離子轉運載體。解偶聯(lián)蛋白3．1UCP解偶聯(lián)作用電子傳遞鏈產(chǎn)生H+跨線粒體內膜的勢能。在偶聯(lián)狀態(tài)下，勢能驅使H+通過ATP合成酶而重新回到線粒體基質中，同時將勢能轉化為ATP的化學能。由于UCP在線粒體內膜上有特殊的通道，由電子傳遞鏈泵出的氫離子直接通過這種通道流回線粒體內，使跨線粒體內膜的質子電化學梯度消失，ADP不能進行磷酸化形成ATP，物質氧化與ATP生成脫偶聯(lián)，即質子滲漏，而成為產(chǎn)熱過程，能量以熱能形式釋放，減少了ATP合成(Lowell等，1997；Boss等，2000)(見圖2)。3.PGC1α關系PGC1α關系4BAT與PGC-1α過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助激活因子（PGC-1α）是誘導棕色脂肪細胞UCP1高表達的重要激活因子。PGC-1α主要在棕色脂肪細胞表達，而白色脂肪細胞表達極少(Liu等，2004)。PGC-1α與棕色脂肪細胞的分化及其生理功能關系密切，是調控機體能量代謝的重要基因。在調節(jié)肝糖異生、骨骼肌葡萄糖轉運、胰島素敏感性、適應性產(chǎn)熱、線粒體功能、脂肪酸β氧化、脂肪細胞分化、膽固醇逆向轉運等方面發(fā)揮重要作用(Michae等，2001；Boustead等，2003；Louet等，2002)。4.1PGC-1α與能量代謝的關系在寒冷、有氧運動和禁食條件下，交感神經(jīng)興奮誘導BAT內PGC-1α表達，提高UCP1水平，從而增加了機體能量消耗(Pierre，2003)。敲除棕色脂肪細胞PGC-1α基因后，其線粒體呼吸鏈功能酶及脂肪酸氧化功能明顯降低；冷刺激下，PGC-1α基因敲除鼠UCP1停留在基礎水平(Nedergard，2001)。遺傳引起的肥胖癥，比如ob/ob、db/db、fa/fa肥胖大鼠，其棕色脂肪細胞的PGC-1α及UCP1含量明顯減少，脂肪酸β氧化的酶活性降低，能量代謝率下降?？梢娮厣炯毎鸓GC-1α及UCP1表達異常參與了肥胖癥的產(chǎn)生(Prpicv，2003)。4.影響因素影響因素5影響B(tài)AT含量及功能的因素5.1遺傳的因素不同的動物品種BAT在代謝上有差異。Smith等（2004)用NE灌注Brahman(B)（高死亡率品種）和Angus(A)兩個品種牛的BAT組織,結果發(fā)現(xiàn)高死亡率B品種BAT中β受體的含量是A品種的2～3倍；用NE灌注兩個品種牛的BAT組織,用棕櫚酸做合成脂肪的原料,發(fā)現(xiàn)BAT中脂肪的生成A顯著高于B；出生后冷暴露48h，B品種的BAT收縮，而A品種沒有，B品種的BAT很快耗盡；體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)A品種皮下BAT先于B發(fā)育，說明A品種有較大的產(chǎn)熱能力?？梢钥闯龈咚劳雎蔅品種BAT分解旺盛，但不持久，脂肪的合成能力差，導致冷適應下死亡率高(Landis，2002)。隨年齡的增加，BAT減少，剛出生的嬰兒，棕色脂肪組織約有100g，然而到了青春期左右開始減少，最后減至40g左右，但并不會完全消失。在胚胎發(fā)育的不同時期，BAT發(fā)育也有差異。特別是在出生前14~24d，BAT細胞的體積增大，分娩前的棕色脂肪細胞,線粒體拉長,且高度盤繞，嵴高度分化，BAT中線粒體增加，UCP的表達增加。BAT的形態(tài)學和UCP的表達變化為胎兒脫離母體做準備。5.2季節(jié)和氣溫季節(jié)和氣溫影響動物BAT的含量。Dew等（1998）對一種冬眠的小型哺乳動物研究發(fā)現(xiàn)BAT細胞中線粒體冬天比夏天多,脂肪滴冬天比夏天小。羔羊冷暴露48h，BAT中脂肪全部耗盡(Landis，2002)。結語結語6結語動物與環(huán)境之間的關系一直是動物學家們所關心的問題，動物只有與環(huán)境條件相協(xié)調相適應才能夠順利生存下去。動物對環(huán)境的適應是一個能動的過程，動物通過啟動與抗冷性有關的基因表達，給出在逆境中的保護措施，才能協(xié)助動物