棕色脂肪组织

棕色脂肪组织动物体内呈棕色的脂肪组织01生物解释分布概况功能产热机制目录03020405解偶联蛋白影响因素PGC1α关系结语目录070608基本信息棕色脂肪组织(brownadiposetissue)是指动物体内呈棕色的脂肪组织。其中的脂肪细胞体积较小，胞质中有多个较小的脂滴，并有较多的线粒体；细胞核呈圆形，位于细胞中央；脂肪细胞之间的疏松结缔组织中有较丰富的毛细血管和神经纤维。在一些动物的幼体及成年啮齿类和冬眠哺乳动物的颈部和腋部分布较多，有时在成年家畜体内亦可发现。能产生大量热量、温暖流经其周围的血流，对维持初生和冬眠动物的体温有重要意义。生物解释生物解释人和哺乳动物体内的脂肪组织可分为白色脂肪组织和棕色脂肪组织。前者就是我们通常认识的那种脂肪，广泛分布于皮下组织和内脏周围。棕色脂肪组织存在于人和所有哺乳动物体内，但主要是在新生儿和幼小的哺乳动物体内。这两种脂肪组织与白色脂肪组织既然都叫“脂肪组织”，它们的共同点当然就是细胞内都含有脂肪。它们的区别在于，棕色脂肪组织的细胞体积较小，细胞中脂肪颗粒较小，却含有大量线粒体，细胞周围有丰富的毛细血管，交感神经纤维直接到达棕色脂肪组织的细胞膜上。外表不同、结构不同，它们在能量代谢中所起的作用也截然相反。白色脂肪组织是能量仓库，它的作用是将多余的能量以脂肪的形式储藏起来；棕色脂肪组织则是通过它细胞内大量的线粒体将食物中的能量转化成热能。棕色脂肪细胞的线粒体有一种称为解耦联蛋白1（UCP1）的物质，这种物质使得葡萄糖和脂肪酸分解产生的能量不能转化为ATP（为生物体直接供能的物质），而只能转化为热能。这就是为什么棕色脂肪组织较多存在于新生儿和幼小哺乳动物体内的原因：因为小家伙们刚生出来，身体的调节功能还比较差，不能通过“打哆嗦”（肌肉颤栗）这种方式产热来抵御外界的寒冷，所以需要棕色脂肪组织的帮助。打个比方来说，白色脂肪组织就好比被子，可以起保暖的作用；棕色脂肪组织就好比电热毯，通过产热来帮助机体抵御寒冷。功能功能棕色脂肪组织，是哺乳动物体内非颤栗产热的主要来源，对于维持动物的体温和能量平衡起重要作用，对幼龄哺乳动物尤为重要。能量摄入超过能量消耗导致超重和肥胖是影响能量平衡的主要原因，由解偶联蛋白调控食物诱发脂肪组织和肌肉的生热作用也影响能量平衡，它是额外的耗能并阻止超重和肥胖(Samec，1998)。吃相同的东西，有的人胖，有的人瘦，有些人虽然瘦小但食量却大得惊人，在相同低温环境下，有的幼畜死亡率很高，有的却表现出适应。出现这些差异与机体中棕色脂肪组织(brownadiposetissue，BAT)的差异有关。大量的研究表明棕色脂肪组织不仅具有御寒功能，而且还会燃烧多余脂肪和糖分，产生热量，防止体内储存过多的脂肪。分布概况分布概况1BAT的概况人和哺乳动物体中的脂肪组织分为棕色脂肪组织(BAT)和白色脂肪组织(WAT)。BAT因其细胞内含有大量血红蛋白和高水平的血红素卟啉,细胞呈棕色而得名。BAT在所有哺乳动物体中都存在，主要是幼小哺乳动物体中，而在成熟的哺乳动物体中仅有少量存在。BAT细胞体积比WAT小,细胞表面密布交感神经纤维,细胞中脂肪颗粒很少,此种组织细胞内含有大量线粒体,细胞周围含有丰富毛细血管，这与其产热功能相匹配。WAT与BAT在能量代谢中发挥着截然相反的作用。WAT主要是通过甘油三酯贮存能量，而BAT则通过产热来消耗能量。早在1961～1964年，人们就发现啮齿动物能利用体内棕色脂肪组织，对寒冷刺激、休眠、采食诱导,营养不足(低蛋白质)时，产生热量维持体温十分重要（Smith等，1961)。有研究发现BAT在成年人或成年动物体中已经消失，但近年来的研究表明，户外工人和长期饮酒人群的颈动脉周围和心包存在BAT，成人的一些部位的脂肪组织检测到了UCP1（解偶联蛋白1）及其RNA，还有一些研究指出，成人脂肪组织中有大量的棕色脂肪细胞分布并表达UCP。非颤栗性产热（NST）对哺乳动物在冷环境下的生存是必需的，棕色脂肪组织是哺乳动物体内非颤栗产热的主要来源(Smith等，1969；Nicholls等，1984；Himms等，1990)。对于哺乳动物和人，棕色脂肪组织主要分布在：①肩胛间区；②腹部大血管及周围；③肌肉、颈部血管及肾周、胸部动脉和下腔静脉周围分布小块棕色脂肪组织。这种组织的主要功能是通过非颤栗产热维持动物的体温及能量平衡，BAT对于维持动物的体温和能量平衡起重要作用，对幼龄哺乳动物尤为重要(Himms等，1990；Jansky等，1995)。产热机制产热机制2BAT产热机制——去甲肾上腺素（NE）控制产热哺乳类动物BAT活动的最终目的是产生热量。BAT主要作用是调节机体温度,参与能量的消耗,因而与保持机体重量也有关。2．1去甲肾上腺素对BAT的快速作用——控制产热去甲肾上腺素是交感神经的主要递质，冷暴露条件下，交感神经末梢释放NE激活组织，是产热增加的生理基础(HimmsHagen，1990；Baumuratov等，2003；Baumuratov等，2005)。寒冷刺激,脂肪细胞周围交感神经末梢释放的去甲肾上腺素，通过作用于棕色脂肪细胞上的受体，使细胞内cAMP浓度发生改变，最终影响甘油三酯分解为甘油和脂肪酸。机体中的肾上腺素能受体（AR）有α、β两种，其中β分为β1、β2、β3，β1在成熟的棕色脂肪组织中表达；β2在棕色脂肪组织中没有表达；β3在棕色脂肪组织和白色脂肪组织中都有表达。每种受体的作用方式和机理不同。解偶联蛋白解偶联蛋白3BAT与解偶联蛋白线粒体内膜的解偶联蛋白(UCP)是决定BAT功能的关键因素(Heaton等，1978)。UCP是参与能量代谢的重要蛋白质。解偶联蛋白是一种在棕色脂肪组织特异表达的线粒体内膜蛋白质，分子量为32kDa。UCP的作用是作为脂肪酸阴离子转运载体。解偶联蛋白3．1UCP解偶联作用电子传递链产生H+跨线粒体内膜的势能。在偶联状态下，势能驱使H+通过ATP合成酶而重新回到线粒体基质中，同时将势能转化为ATP的化学能。由于UCP在线粒体内膜上有特殊的通道，由电子传递链泵出的氢离子直接通过这种通道流回线粒体内，使跨线粒体内膜的质子电化学梯度消失，ADP不能进行磷酸化形成ATP，物质氧化与ATP生成脱偶联，即质子渗漏，而成为产热过程，能量以热能形式释放，减少了ATP合成(Lowell等，1997；Boss等，2000)(见图2)。3.PGC1α关系PGC1α关系4BAT与PGC-1α过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子（PGC-1α）是诱导棕色脂肪细胞UCP1高表达的重要激活因子。PGC-1α主要在棕色脂肪细胞表达，而白色脂肪细胞表达极少(Liu等，2004)。PGC-1α与棕色脂肪细胞的分化及其生理功能关系密切，是调控机体能量代谢的重要基因。在调节肝糖异生、骨骼肌葡萄糖转运、胰岛素敏感性、适应性产热、线粒体功能、脂肪酸β氧化、脂肪细胞分化、胆固醇逆向转运等方面发挥重要作用(Michae等，2001；Boustead等，2003；Louet等，2002)。4.1PGC-1α与能量代谢的关系在寒冷、有氧运动和禁食条件下，交感神经兴奋诱导BAT内PGC-1α表达，提高UCP1水平，从而增加了机体能量消耗(Pierre，2003)。敲除棕色脂肪细胞PGC-1α基因后，其线粒体呼吸链功能酶及脂肪酸氧化功能明显降低；冷刺激下，PGC-1α基因敲除鼠UCP1停留在基础水平(Nedergard，2001)。遗传引起的肥胖症，比如ob/ob、db/db、fa/fa肥胖大鼠，其棕色脂肪细胞的PGC-1α及UCP1含量明显减少，脂肪酸β氧化的酶活性降低，能量代谢率下降。可见棕色脂肪细胞PGC-1α及UCP1表达异常参与了肥胖症的产生(Prpicv，2003)。4.影响因素影响因素5影响BAT含量及功能的因素5.1遗传的因素不同的动物品种BAT在代谢上有差异。Smith等（2004)用NE灌注Brahman(B)（高死亡率品种）和Angus(A)两个品种牛的BAT组织,结果发现高死亡率B品种BAT中β受体的含量是A品种的2～3倍；用NE灌注两个品种牛的BAT组织,用棕榈酸做合成脂肪的原料,发现BAT中脂肪的生成A显著高于B；出生后冷暴露48h，B品种的BAT收缩，而A品种没有，B品种的BAT很快耗尽；体外培养，发现A品种皮下BAT先于B发育，说明A品种有较大的产热能力。可以看出高死亡率B品种BAT分解旺盛，但不持久，脂肪的合成能力差，导致冷适应下死亡率高(Landis，2002)。随年龄的增加，BAT减少，刚出生的婴儿，棕色脂肪组织约有100g，然而到了青春期左右开始减少，最后减至40g左右，但并不会完全消失。在胚胎发育的不同时期，BAT发育也有差异。特别是在出生前14~24d，BAT细胞的体积增大，分娩前的棕色脂肪细胞,线粒体拉长,且高度盘绕，嵴高度分化，BAT中线粒体增加，UCP的表达增加。BAT的形态学和UCP的表达变化为胎儿脱离母体做准备。5.2季节和气温季节和气温影响动物BAT的含量。Dew等（1998）对一种冬眠的小型哺乳动物研究发现BAT细胞中线粒体冬天比夏天多,脂肪滴冬天比夏天小。羔羊冷暴露48h，BAT中脂肪全部耗尽(Landis，2002)。结语结语6结语动物与环境之间的关系一直是动物学家们所关心的问题，动物只有与环境条件相协调相适应才能够顺利生存下去。动物对环境的适应是一个能动的过程，动物通过启动与抗冷性有关的基因表达，给出在逆境中的保护措施，才能协助动物