Cell Metabolism：运动减肥新解：白色脂肪组织变成褐色脂肪组织
2014-03-01 曾庆平 科学网
国际顶尖学术期刊Cell Metabolism就公布了有关“运动减肥”的一项最新发现，通过运动可以使白色脂肪组织（WAT）转变成褐色脂肪组织（BAT）。其实，早在两年 前，Nature就曾发文介绍过将运动与减肥相联系的蛋白质因子。这次发现之所以“新”，是因为它发现了该蛋白质因子还介导寒冷与减肥的作用，而且提及的 两个新词myokine和irisin还找不到
国际顶尖学术期刊Cell Metabolism就公布了有关“运动减肥”的一项最新发现，通过运动可以使白色脂肪组织（WAT）转变成褐色脂肪组织（BAT）。其实，早在两年 前，Nature就曾发文介绍过将运动与减肥相联系的蛋白质因子。这次发现之所以“新”，是因为它发现了该蛋白质因子还介导寒冷与减肥的作用，而且提及的 两个新词myokine和irisin还找不到适当的中译名。
Myokine 指肌肉细胞分泌的细胞因子，由myo(muscle)与cytokine合成，可试译成“肌细胞因子”。Irisin中的Iris是希腊信使女神的名字， 音译为“爱丽丝”，意译为“彩虹” ，而后缀-sin是（蛋白质）因子、因素的意思，考虑到彩虹有“接天达地”之意，而女神是天与人沟通的信使，故可暂译为“信使蛋白因子”或“信使素”。
肥 胖者的脂肪若主要贮存在皮下，通常不会诱发炎症，可称之为健康的肥胖，如青少年时期的肥胖；相反，若肥胖者的脂肪主要贮存在内脏，可能会导致慢性低度炎 症，可称之为不健康的肥胖，如中老年时期的肥胖。为何皮下脂肪组织（SAT）与内脏脂肪组织（VAT）的脂肪会有如此大的差异呢？实际上，现在对产生此差 异的原因还不完全清楚，但上述最新发现提供了一条新线索，即有可能SAT比VAT更易受环境诱导而被身体用来产热。
一氧化氮：生理浓度与病理浓度
早前人们的共识是，一氧化氮可以扩充血管，而运动可以诱导一氧化氮大量合成。因此，运动可以让血管畅通无阻。然而，一氧化氮是剂量依赖性的，低浓度的一氧化 氮可以在细胞内外传导信号，而高浓度的一氧化氮有利有弊，一方面可以抑杀病原体，另一方面也会使组织细胞受到损伤。因此，对于人体组织细胞而言，低浓度一 氧化氮是生理性的，而高浓度一氧化氮是病理性的。
人体合成生理性还是病理性一氧化氮是由不同一氧化氮合酶控制的，运动诱导的生理性一氧化氮由血管内皮细胞或神经元一氧化氮合酶（eNOS或nNOS）合成， 而病原体感染所致炎症诱导的病理性一氧化氮由细胞因子诱导一氧化氮合酶（iNOS）合成。同时，肥胖诱发的慢性低度炎症也可通过促炎症细胞因子诱导iNOS合成病理性一氧化氮。此外，吸烟和石棉污染也能诱发非感染性炎症而合成病理性一氧化氮。
线粒体：褐脂与白脂的“分水岭”
生理性一氧化氮还有一个作用，那就是促进线粒体增殖（mitochondrial biogenesis）。以前发现，热量限制（禁食）可以激活eNOS/nNOS，其合成的一氧化氮可以作用于线粒体中的呼吸链，进而通过激活PGC1-α促进线粒体分裂和再生。此外，白藜芦醇也可激活SIRT1及PGC1-α刺激线粒体增殖。这些作用已经在单细胞生物（如酵母）及多细胞生物（如哺乳动物）的肌肉组织中获得证实。
众所周知，BAT富含线粒体，可以自我“燃烧”脂肪，而WAT缺乏线粒体，无法自主动用脂肪。由于一氧化氮可以促进线粒体增生，就会让人联想到一氧化氮是否 会作用于脂肪组织，促进其线粒体增殖？也就是一氧化氮会不会让WAT转变成BAT？从理论上来说应该有这个可能，但此前只在肌肉组织中得到证明，而在脂肪 组织中还没有见到类似的报道。
肌细胞因子——Irisin
Nature文章的新颖之处就在于它发现了一个全新的独立于一氧化氮以外的机制，尽管它也要靠PGC1-α介导。这篇文章描述的主要发现是：体育锻炼对动物的各种器官系统都是有益的，其中锻炼对肌肉的作用由转录因子PGC1-α介导。在小鼠中，PGC1-α可以上调肌肉细胞中FNDC5的表达，然后FNDC5经过切割后以Irisin的形式分泌出来。Irisin可作用于WAT，上调解偶联蛋白1（UCP1）表达（使能量转变成热而不合成ATP），促进其向BAT发育。人体也像小鼠一样，Irisin可通过锻炼而不断产生（下图演示了相关的作用原理）。
有趣的是，如果适当提高小鼠血液中Irisin的含量水平，即使不运动或不进食，其能量消耗也会增加，从而达到减肥及维持血糖稳定的作用。因此，Irisin对人类代谢性疾病及其他需要通过运动才能得到改善的疾病都有治疗作用。这个新发现不禁让人产生一个“乐观”的联想：那些不想运动的肥胖“懒人”是否只需要注射一针Irisin就能轻松减肥？
不难理解，运动可以导致Irisin的分泌，而Irisin又可以促进脂肪的消耗，其中的关键环节乃是无线粒体的WAT转变成有线粒体的BAT，这就为“运动减肥”的分子机理提供了一个合理的解释。也就是说，PGC1-α表达上调不仅可以促进肌肉中的线粒体增殖，而且也能促进脂肪中的线粒体增殖！
冷热锻炼，异曲同工
Cell Metabolism的文章除了强调运动的减肥功效外，也证实寒冷在减肥中的重要性。作者发现，冷颤（shivering）能刺激人体中Irisin的分泌；非冷颤性寒冷暴露可提高WAT中FGF21含量；Irisin和/或FGF21可促进褐色脂肪细胞发育，即加速WAT向BAT转化；锻炼可能是对冷颤动作的一种模拟，它能放大肌肉与脂肪在产热过程中的信息交流。
这项新发现意味着“热”运动（如跑步、健身）与“冷”运动（冷水浴或冬泳）一样能促进Irisin的分泌，从而使WAT发育成BAT，也就是说，体内脂肪组织的性质不是一成不变的，通过运动（无论冷热）都能增加脂肪细胞中的线粒体数目，让体内多余的脂肪得以有效地“燃烧”。
了解以上科学知识后，想减肥的人是否能从中得到一些启发呢？即使你很肥胖，但假如你热衷“热”锻炼或爱好“冷”锻炼，那么你体内的“坏”脂肪（WAT）也会慢慢变成“好”脂肪（BAT）。
Boström P, Wu J, Jedrychowski MP, Korde A, Ye L, Lo JC, Rasbach KA, Boström EA, Choi JH, Long JZ, Kajimura S, Zingaretti MC, Vind BF, Tu H, Cinti S, Højlund K, Gygi SP, Spiegelman BM.A PGC1-α-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature. 2012 Jan 11;481(7382):463-8.
Lee P, Linderman JD, Smith S, Brychta RJ, Wang J, Idelson C, Perron RM, Werner CD, Phan GQ, Kammula US, Kebebew E, Pacak K, Chen KY, Celi FS.Irisin and FGF21 Are Cold-Induced Endocrine Activators of Brown Fat Function in Humans.Cell Metab. 2014 Feb 4;19(2):302-9 [免费下载 ]
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