美国哈佛大学发现棕色脂肪与肌肉之间的关系,调节运动功能

人类婴儿和小型哺乳动物丰富的棕色脂肪组织(BAT)或棕色脂肪最近才在人类成年人中发现,其作用仍不清楚。已知其在产生体热和燃烧储存能量方面发挥着不可或缺的作用,其存在与较低的体重和改善的血糖水平有关,使其成为糖尿病,肥胖和其他代谢疾病潜在治疗的有吸引力的研究目标。

现在,Beth Israel Deaconess医疗中心(BIDMC)的内分泌学家首次表明,棕色脂肪可以控制骨骼肌功能。对小鼠中棕色脂肪组织的改变导致运动表现的显着且持续的降低。今天发表在“ 细胞代谢 ”杂志上的研究结果为神秘的棕色脂肪组织的生物学揭示了新的亮点,并为某些代谢和肌肉疾病的潜在新疗法打开了大门。

Evan Rosen博士,BIDMC内分泌学,糖尿病和代谢科主任,研究调节基因的特定蛋白质,称为转录因子,专注于那些对脂肪功能和新陈代谢至关重要的蛋白质。他最近的大部分工作都集中在一个叫做IRF4的因子上,这个因子通常被认为是一种调节免疫系统的蛋白质。十年前,Rosen和他的团队发现IRF4对于脂肪组织功能至关重要,并且在2014年他们进一步确定IRF4是棕色脂肪中能量燃烧和产热(统称为产热)的关键调节剂。

相对白色脂肪,棕色脂肪细胞里的脂肪颗粒更小更多

“我们知道肌肉可以调节棕色脂肪 – 运动增加棕色脂肪 – 但不知道棕色脂肪是否影响肌肉功能,”罗森说。“在这项新研究中,我们关闭了循环并证明了棕色脂肪组织中IRF4的缺失会降低啮齿动物的运动能力,影响细胞功能并导致肌肉组织本身的生理异常。”

罗森 – 与罗星实验室的前博士研究员,现在是洛杉矶加利福尼亚大学大卫格芬医学院的教员,包括博士的同事,比较了设计缺乏IRF4的老鼠的运动能力在他们的棕色脂肪组织中与正常 – 或“野生型” – 小鼠。虽然改变的小鼠看起来和行为正常,但与野生型动物相比,它们始终表现出运动能力下降。

缺乏IRF4的棕色脂肪小鼠在慢速跑步机上的表现差了大约14%,在高速运动时表现差了大约38%。当Rosen及其同事比较啮齿动物的肌肉时,他们发现棕色脂肪改变的小鼠大腿肌肉明显异常。在一些肌肉细胞中,允许肌肉收缩的结构,肌浆网,异常大,像每个肌肉细胞内的花园软管一样盘绕 – 这一特征让人联想到人类罕见的肌肉疾病,称为管状聚合肌病。

“它让肌肉细胞无法很好地处理能量,但这里的关键发现是通过改变棕色脂肪组织,我们无意中改变了肌肉,”罗森说。

为了梳理IRF4对肌肉施加这种控制的分子途径,科学家团队研究了表达的基因,而不是肌肉组织,而是改变的棕色脂肪。他们发现,在没有IRF4的情况下,一种名为肌肉生长抑制素的激素 – 众所周知的抑制肌肉功能并且通常在棕色脂肪组织中沉默 – 被打开。

研究小组还表明,将正常小鼠置于温暖的温度下,自然会关闭IRF4,与敲除基因的效果相同; 这些小鼠也表现出运动能力下降。这与较高的肌肉生长抑制素水平相关,并且在这些温暖的小鼠中通过外科手术去除BAT(从而降低肌肉生长抑制素水平)恢复了它们正常运动的能力。

只有在寒冷等情况棕色脂肪才启用

除了进一步加强研究人员对棕色脂肪组织的基本认识外,这些研究结果还可能为某些肌肉疾病患者的新疗法打开大门。更有甚者,许多运动员怀疑在寒冷中训练可以提高表现。罗森表示他的团队的研究结果支持这一想法。

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