Колір жиру в організмі може вплинути на те, як люди підтягнуті

Коричневий, бежевий, білий? Підвищення рівня, який спалює калорії, а не зберігає їх, може стати запорукою здоров’я

10 жовтня 2019 року о 5:45 ранку

Жир іноді отримує поганий реп. Це часто пов’язано із зайвою вагою та поганим здоров’ям. Але жир є важливою частиною всього живого. У нашому власному тілі жир лежить під шкірою і обіймає наші органи. Його робота - зберігати зайві калорії до необхідності. Здається, пряма роль. Або це?

Насправді жирові відкладення є складними. Донедавна вчені вважали, що у людей є лише один тип. Його називають білим жиром, він зберігає надлишок калорій у молекулах, які називаються ліпідами. Ліпіди можна розщеплювати для отримання енергії, коли їжу важко знайти. Білий жир - це те, про що думають люди, коли думають про жир у тілі.

Але близько 50 років тому дослідники виявили, що люди також мають коричневий жир. Це насправді спалює калорії.

Пояснювач: Все про калорії

Вперше вчені виявили коричневий жир близько 500 років тому. Вони знайшли його в зимуючих бабак (також відомих як бабаки або вудаки). Тільки невелика кількість жиру в організмі має коричневий колір. Тож протягом тривалого часу вчені вважали, що коричневий жир - це залоза, яка існує лише у зимових сплячих тварин. Лише за останні 100 років вони зрозуміли, що ця “залоза” насправді є особливим видом жиру.

Вчені досі дізнаються про коричневий жир. Дослідження виявили його значення для зимових сплячок. Це дослідження допомогло показати, що коричневий жир відіграє ключову роль у тому, як тіла використовують енергію. І це посилання говорить про те, що збільшення коричневого жиру у людей може допомогти їм схуднути і, можливо, лікувати деякі хронічні захворювання, такі як діабет.

Дзвінок

Більшість жирів у організмі тварин, включаючи людей, є білими. І це рятівна тканина. Більшість тварин не мають постійного запасу їжі. До недавнього часу більшість людей також цього не робили. Білий жир дозволяє людям їсти більше, ніж їм потрібно, коли їжу легко знайти. Він зберігає ці зайві калорії, поки їжі не стає дефіцитно. Потім тіло спалює його, щоб енергія залишалася в живих, поки не з’явиться більше їжі.

Пояснювач: Якою короткою може бути сплячка?

Зимуючі тварини доводять це до крайності, пояснює Меллорі Балінгер. Вона еволюційний біолог з Каліфорнійського університету в Берклі. Зимова сплячка дозволяє багатьом тваринам пройти через суворі зимові умови. Наприклад, кажани, білки та ведмеді восени харчуються їжею. Ці ссавці готуються до кілограмів - до половини ваги свого тіла - для підготовки до довгої холодної зими.

Тварини не їдять, коли перебувають у сплячці. Натомість вони спалюють свій білий жир, щоб підтримувати роботу свого тіла. Але їм потрібно лише стільки жиру, щоб спалити. Щоб він протримався цілу зиму, ці тварини повинні використовувати його повільно. Набагато повільніше, ніж зазвичай. Для цього вони потрапляють у стан, який називається торпор.

Вчені кажуть: Torpor

Перебуваючи в торпі, тварини, здається, сплять. Але торпор набагато глибший, ніж це, говорить Балінгер. У торпорі діяльність організму сповільнюється. Серце може битися лише кілька разів на хвилину. Дихання може стати нерегулярним. Тварина може зробити кілька вдихів, а потім зупинити дихання на кілька хвилин - навіть до години і більше. Тіла в торпорі також охолоджуються. Замість того, щоб витрачати енергію, зберігаючи тепло, тіло тварини, що зимує, може залишатися трохи вище замерзання.

Але тварини, що зимують, не залишаються в жаху всю зиму, зазначає Балінгер. Кожні тиждень-два вони прокидаються. І вони залишаються не спати протягом доби або близько того, перш ніж повернутися до жаху. Біологи не знають, що викликає пробудження і чому це відбувається, каже вона. Тривалість і час варіюються залежно від виду. Однак, зазначає вона, усі справжні сплячки проходять цей цикл.

Щоб прокинутися, тварини повинні зігрітися. Це означає, що перейти від температури трохи вище замерзаючої до нормальної температури тіла всього за пару годин.

Ось де коричневий жир стає важливим. Коричневий жир створює тепло. Якщо зовнішня температура стає занадто холодною, коричневий жир утримує тварину від замерзання. Це також витягує тварину з торпу. Оскільки коричневий жир віддає тепло, він нагріває кров, яка потім несе це тепло в іншу частину тіла.

Цей процес спалює білий жир, включаючи білі крапельки, упаковані коричневими жировими клітинами, пояснює Балінгер. Це показує, що коричневий жир відіграє важливу роль у тому, як і коли організм зберігає та використовує енергію. І виявляється, це справедливо не лише для зимових сплячок. Це правда і в людях.

Перетворюючи бежевий

Коричневий жир коричневий, оскільки він наповнений мітохондріями (My-toh-KON-dree-uh). Ці структури є силовими установками всередині клітин. Вони спалюють жири, цукри та білки, які ми їмо. У більшості клітин цей процес створює молекулу, звану АТФ, яка забезпечує інші реакції. Але в коричневому жирі мітохондрії не виробляють АТФ. Натомість вони виробляють тепло.

Вчені кажуть: Мітохондріон

Коричневі жирові клітини є "однією з найбільш багатих мітохондріями клітин нашого тіла", зазначає Шинго Каджімура. Він молекулярний біолог з Каліфорнійського університету, Сан-Франциско. Він вивчає роль коричневого жиру при ожирінні та діабеті. Мітохондрії заповнені залізом. Це залізо, пояснює він, надає клітинам іржаво-коричневий колір.

Білі жирові клітини білі завдяки ліпідам всередині. У цих клітинах не так багато мітохондрій. Їхня робота - зберігати енергію, а не спалювати її. Хоча білий жир зазвичай залишається білим, дослідники виявили, що за певних умов деякі білі клітини стають коричневими. Оскільки ці змінені клітини не такі темні, як справжній коричневий жир, вчені називають їх бежевим жиром.

Білий жир стає бежевим, коли клітини нарощують свої мітохондрії. Найкращий пусковий механізм для цього - холодні температури. Коли люди піддаються холоду, їхні тіла підвищують рівень бежевого жиру. Щоб це сталося, не потрібен надзвичайний холод. Лише дві години на день при температурі 19 градусів за Цельсієм (66 градусів за Фаренгейтом) протягом шести тижнів спричинить підрум’янення білого жиру. Це досить круто, щоб почуватись холодно, але не настільки холодно, щоб ви починали тремтіти, говорить Каджімура.

Потрібно всього 10 днів при теплій температурі, щоб ці бежеві клітини знову відбілилися. "Це адаптивна система", - говорить Кахімура. Білі клітини стають бежевими, коли організму для спалення потрібно спалювати калорії. Коли це вже не потрібно, спалювання зайвих калорій може призвести до голоду, особливо коли їжу важко дістати. Тож бежеві клітини руйнують свої мітохондрії і знову стають білими.

Приготування білого жиру спалює калорії

Той факт, що жирові клітини можуть змінити колір, одного разу може призвести до лікування людей з ожирінням та супутніми захворюваннями. Повні люди, як правило, мають дуже мало коричневого жиру - набагато менше, ніж у худих людей. Це може бути частиною причини, чому вони борються зі своєю вагою. Перетворення білого жиру на бежевий жир може дати людям новий спосіб підтримувати баланс з’їдених та спалених калорій, вважає Каджімура.

Він є одним із багатьох дослідників, які намагаються це зробити. Хоча холод змушує організм жирити бежевим кольором, холодні температури можуть бути важкими для людей. Це особливо стосується людей похилого віку та людей із проблемами серця, зазначає Каджімура. Кровоносні судини звужуються, коли людям холодно. Це допомагає запобігти втраті тепла. Але серце повинно працювати набагато інтенсивніше, щоб прокачувати кров через ті вузькі проходи. Тож холодна температура може бути небезпечною для тих, хто вже має високий кров’яний тиск.

Натомість команда Каджімури шукає клітинні процеси, унікальні для коричневого жиру. За його словами, це може бути ключем до змушення білих клітин спалювати калорії. Він та інші дослідники виявили, що кальцій дуже важливий для коричневих клітин. Здається, ключовим є те, як цей кальцій рухається всередину і всередині клітин.

Дослідники UC-Сан-Франциско вставили ген мишам, який викликає цей рух кальцію. У цих гризунів білі жирові клітини почали виробляти тепло. Більше того, ці клітини почали вбирати глюкозу і спалювати її. (Глюкоза, також відома як цукор у крові, - це цукор, який наш організм використовує в якості палива.) Люди з діабетом 2 типу мають клітини, які погано використовують глюкозу. Додавання цього гена до їх жирових клітин може допомогти в боротьбі з їх хворобою, говорить Каджімура. І оскільки клітини спалюють цей цукор, а не зберігають його, ген може також допомогти людям з ожирінням схуднути.

Каджімура додав ген для підвищення спалюваного калорій жиру у мишей. Клаудіо Вільянуева натомість видалив одного. Він біохімік медичного факультету університету штату Юта в Солт-Лейк-Сіті. Його команда видалила ген, який утворює багато білків, що беруть участь у накопиченні енергії, від однієї групи мишей. Ген, як правило, активний у білому жирі, але не в коричневому. Друга група мишей зберігала активний ген, але в іншому випадку була генетично однаковою.

Потім чотири дні мишей утримували при прохолодних температурах (4 градуси Цельсія; 39 градусів за Фаренгейтом). Потім дослідники перевірили, наскільки добре гризуни поводилися з глюкозою. Миші без гена мали більше бежевих жирових клітин. І вони могли управляти рівнем цукру в крові краще, ніж миші, які все ще мали ген.

"Більша кількість бежевих [жирових клітин] може призвести до кращого контролю глюкози", - підсумовує Вільянуева. "Це може бути корисно для пацієнтів з діабетом". Він сподівається, що одного разу ця знахідка може призвести до терапії, яка лікує цю серйозну хворобу, перетворюючи білі жирові клітини в бежеві.

Здоровий жир через сон

Ще одним перспективним - і вже доступним - варіантом отримання білого жирового бежевого кольору є мелатонін. Цей гормон виробляє мозок, коли ввечері світло починає тьмяніти. Коли рівень мелатоніну в організмі зростає, ми починаємо відчувати сонливість. Це також допомагає контролювати вагу тіла. Гризуни, яким дають щоденну добавку мелатоніну, набирають менше ваги, ніж ті, хто її не отримує, навіть коли вони їдять однакову кількість їжі.

Ця знахідка спонукала клітинних біологів Дан-Сянь Тана (нині на пенсії) та Рассела Райтера дослідити, як мелатонін зменшує збільшення ваги. Обидва провели свої дослідження в Техаському університеті охорони здоров'я в Сан-Антоніо. Вони об’єдналися з двома дослідниками в Іспанії. Один з них, Ахмад Агіл, є неврологом з Університету Гранади. Гумерсіндо Фернандес Васкес - ендокринолог з університетської клінічної лікарні Ла-Пас у Мадриді. (Ендокринолог вивчає роль гормонів у здоров’ї та захворюваннях.)

Ця команда використовувала два типи щурів для вивчення впливу мелатоніну на жир у організмі. Один штам щурів страждав ожирінням і у нього розвивався діабет. Інший був худий і ніколи не хворів на діабет. В усьому іншому, генетично ці щури були однаковими. Половині кожного штаму давали звичну їжу протягом шести тижнів. Друга половина отримувала ту ж їжу плюс мелатонін. Потім дослідники дослідили жир безпосередньо під шкірою біля лопаток тварин.

Щурі щури, яким було застосовано мелатонін, за шість тижнів збільшили кількість бежевого жиру. Мелатонін не змінює кількість бежевого жиру у нежирних щурів. Але це зробило їх коричневий і бежевий жир ефективнішими при перетворенні їжі в тепло. Поміщені в холодну кімнату, худі щури не мали проблем зі збереженням тепла.

Запитання в класі

Щурі ожиріння також схудли. Тан зараз підозрює, що мелатонін також може допомогти людям регулювати свою вагу. Це почалося б із того, що ввечері рівень природного мелатоніну підвищувався. "Дотримуйтесь нормального часу сну", - радить він. “І уникайте будь-якого впливу світла” вночі. Важливо спати в кімнатах без освітлення, навіть невеликих від зарядних пристроїв чи екранів. Завдяки впливу на мелатонін, Тан каже: «Нічне забруднення [світло] є критичним фактором ризику ожиріння та інших захворювань».

Вчені досі працюють над тим, щоб зрозуміти генетику коричневого та бежевого жиру настільки добре, щоб перетворити їх на лікування людей, які страждають ожирінням або страждають на діабет. Але до тих пір підтримка здорового рівня мелатоніну та отримання гарного, регулярного сну можуть бути найкращими способами для підвищення цих корисних жирових клітин.

Поділитися цим:

Цитати

Журнал: С. Пірсон та співавт. Втрата TLE3 сприяє мітохондріальній програмі в бежевих адипоцитах і покращує метаболізм глюкози. Гени та розвиток. Вип. 33, 1 липня 2019 р., С. 13. doi: 10.1101/gad.321059.118.