【ILSI Taiwan 專欄】2021年第1期-你的脂肪組織也能燃燒卡路里?

2021-05-25
趙蓓敏  教授

脂肪組織在人體內除了可以保存能量,也扮演保護的作用,例如:當受到外力衝擊時能形成緩衝,減少內臟受到傷害。但由於受到健康意識和主流審美觀影響,現代人大多怕胖,對於脂肪總是聞之色變,能少一點是一點。不過,你是否知道,不是所有脂肪細胞都只會儲存能量讓你越來越胖,有的還可以燃燒卡路里喔!本期ILSI Taiwan專欄邀請中國醫藥大學營養學系趙蓓敏教授,用風趣的敘事方法介紹體內不同種類的脂肪細胞各自扮演的不同角色及功能,帶讀者認識脂肪組織少為人知的一面。
 

最近疫情升溫,待在家裡、多吃少運動,「肥油」上身,不少人的疫後計畫又是展開減肥大作戰。脂肪組織就這麼不受歡迎嗎?近年科學研究揭示許多脂肪組織不為人知的一面,或許我們過去都輕忽了「它」的潛力!尤其2009年新英格蘭醫學期刊一口氣刊載了3篇證實成人體內存有棕色脂肪的文章,更是帶來不少希望。眾所周知,白色脂肪庫存能量,棕色脂肪執掌生熱維持體溫。因過去以為棕色脂肪只存在於小動物、冬眠動物與嬰兒,成人體內已不復存在,因此棕色脂肪研究冷門多年,如今忽然熱鍋熱灶起來!

除了「正宗」的棕色脂肪細胞,在白色脂肪組織內也發現一群類似棕色脂肪的細胞,功能型態遊走於棕與白之間,稱為米色脂肪細胞。與白色脂肪細胞迥異的是棕色或米色脂肪細胞能夠促進葡萄糖與脂肪酸的異化分解,具有潛力用於改善肥胖、糖尿病及心血管疾病。以下就讓我們來認識這種能夠燃燒卡路里的脂肪吧!

棕色米色白色,不是所有體脂肪天生平等 

多餘的熱量以三酸甘油酯型式堆積在白色脂肪以備不時之需,必要時(例如熱量攝取不足或無法利用葡萄糖)可釋出脂肪酸供其他組織利用--產能(包括酮體)或熱,因此白色脂肪被視為熱量倉庫。相對於白色脂肪,為何棕色脂肪卻能直接燃燒卡路里生熱呢?關鍵之一是棕色脂肪細胞內有豐富的粒線體(俗稱能量工廠),不似白色脂肪細胞內充滿大油滴,粒線體數量少且功能不彰;之二是棕色脂肪粒線體上有一特殊蛋白質稱UCP-1(去偶合蛋白-1),在能量工廠運作時破壞了產生能量(ATP)所需的氫離子梯度,導致卡路里燃燒後產生的不是ATP而是「熱」。此生熱機器需要交感神經的啟動,外界冷刺激或攝食行為皆會活化交感神經,透過腎上腺促進劑的傳訊,啟動細胞內生熱機制。棕色脂肪組織的顏色便是來自粒線體酵素的細胞色素以及組織內密布的血管──想想這塊脂肪產生的熱必須及時帶走,自然有勞微血管。此外,棕色脂肪組織還密布著交感神經。

相對於白色脂肪內傾向脂質生合成反應,棕色脂肪細胞內脂解(三酸甘油酯水解)與脂肪酸氧化十分活躍。這也歸功於前述的交感神經傳訊同時啟動細胞內脂解酶,如此解釋了棕色脂肪與白色脂肪細胞形態學分辨最大的差異:棕色脂肪細胞內油滴小而分散(稱為多房),而白色脂肪為單一大油滴(單房)。棕色脂肪細胞也有十分活躍的葡萄糖擷取能力,擷取的葡萄糖用於合成脂解原料──三酸甘油酯。

米色脂肪細胞當初即是從細胞形態學上發現,暴露於低溫的老鼠其皮下脂肪(白色脂肪)於顯微鏡下可見散布的多房油滴結構,並證實也會表現棕色脂肪特有的UCP-1。米色脂肪特殊之處是可在白色與棕色之間表型互換,處於溫暖、高脂飲食環境下與白色脂肪無異,只有刺激下才會顯出生熱本性。目前科學界看法為棕、米、白脂肪細胞起緣不同,因此米色與棕色雖皆能生熱,但標記身份的基因表現不同。

肥油不只是肥油,每個人的體脂肪生熱能力不同

當我們體內燃燒三大營養素,產能(ATP)的同時也伴隨產熱(heat),因此只要能夠產能的組織皆能產熱,體溫由此產生。而低溫威脅是生命攸關之事,因此演化過程棕色脂肪被保留,並且除了棕色脂肪(或UCP-1)還有其它生熱方式。與肌肉顫抖生熱(打哆嗦)不同的是,棕色脂肪的生熱是「非顫抖型」: 冬眠動物不發抖,嬰兒穿得少也很少發抖,甚至台灣俗諺:小孩屁股3把火,或許歸功棕色脂肪「發功」。現代人室內有空調,外出會添衣,棕色脂肪似無用武之地,逐漸被白色脂肪替代。

拜放射氟標定去氧葡萄糖-正子電腦斷層造影(18F-FDG PET/CT scan)之賜,成人體內殘存棕色脂肪於2007-2009陸續被證實。此儀器利用癌細胞代謝活躍快速消耗葡萄糖特點結合CT 定位,原用於追蹤癌細胞。醫師與科學家注意到一些癌病友檢測於特定部位(頸部鎖骨、肩胛、延脊椎兩側或橫膈附近)有大量葡萄糖攝入,且組織密度類似脂肪。研究進一步證實:使用交感促進劑相對於不使用或使用交感拮抗劑、冬季相對於夏季、年輕人相對於老人、血糖正常相對於高血糖者、體重正常相對於肥胖者,有較高機率偵測到棕色脂肪。在同樣衣著單薄條件下,室溫約10%成人可測得,19℃有50%年輕人可測得,測得機率女性是男性2倍──果然女人愛美不怕流鼻水是有根據的。

成人偵測到的棕色脂肪也可能是米色脂肪。此外,大量動物實驗證實轉殖某些基因以增加老鼠米色脂肪(稱為白脂褐化)有助對抗高脂飲食誘發的肥胖並改善代謝,吸引大量科研與藥廠投入開發如何增加棕或米色脂肪細胞。其實要刺激活化(激活)體內殘存的棕或米色細胞並不難,不論直接或間接,活化腎上腺傳訊即可達目的。問題是如何增加人體棕或米色脂肪的量才是科學挑戰,畢竟這涉及細胞分化初始且基因命定,距離應用仍有段長路。

打造有益健康的體脂肪

如前所述,目前還沒有核可藥物可增加棕或米色脂肪量,現有藥物或飲食成分(例如:辣椒素、白藜蘆醇、兒茶素、麻黃鹼與咖啡因)極可能只是激活現有殘存的棕或米色脂肪。

那麼激活棕或米色脂肪是否是減肥良策呢?雖說40-50克棕色脂肪可增加20% (< 400 kcal) 的能量支出,但每個人殘存棕或米色脂肪量差異極大。老人與肥胖者幾無殘存,即便在可測得人群大多只有10-15 克--CP值似乎比不上人人都有的肌肉。但一個人若能配備有代謝活躍(較高生熱能力)的體脂肪還是很有吸引力的,不僅幫忙燃燒卡路里、也有利高血糖清除、高血清三酸甘油酯清除並提高好膽固醇HDL。尤其近年一項大型研究證實保有棕色脂肪的胖子比起無棕色脂肪的胖子,各項代謝指標較趨健康。 

常處低溫是誘發棕或米色脂肪最自然的方法。確實寒帶戶外工作者有較高的棕色脂肪,但卻不見得瘦。這是因為低溫消耗的熱量也促使他們補充高熱量食物,人體熱量恆定的調控自有其複雜性。雖然運動有助骨骼肌分泌激素促進白脂褐化的研究尚待臨床證實,但下次寒流來襲,可別再裹著毯子坐擁暖氣吃零食,不妨多走出戶外讓身體活動暖和才是。(全文完)

 

 參考文獻 

1. 陳思涵,趙蓓敏。讓脂肪細胞變活躍:白脂褐化的生理意義與應用。台灣營養學會雜誌2020;44:127-140.

2. van Marken Lichtenbelt WD, Vanhommerig JW, Smulders NM, et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. N Engl J Med 2009;360:1500-1508.

3. Cypess AM, Lehman S, Williams G, et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. N Engl J Med 2009;360:1509-1517.

4. Virtanen KA, Lidell ME, Orava J, et al. Functional Brown Adipose Tissue in Healthy Adults. N Engl J Med 2009;360:1518-1525.

5. Becher T, Palanisamy S, Kramer DJ, et al. Brown adipose tissue is associated with cardiometabolic health. Nat Med 2021;27:58–65.


 

 【ILSI Taiwan 專欄作家】 

趙蓓敏  教授
台大農化所營養生化博士、美國Pennington Biomedical Research Center博士後。中國醫藥大學營養系教授,曾任營養系主任、生技製藥學院副院長暨代理院長。研究專長:肥胖與代謝症候群、脂肪細胞生理 、油炸油安全。


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