棕色脂肪组织分化的分子调控及生理学功能研究进展

脂肪组织(AT)是参与能量代谢的重要组织,根据细胞构成和生物学功能不同,其主要分为白色脂肪组织(WAT)和棕色脂肪组织(BAT).脂肪组织已从最初被认为只是一种能量储存器官发展为内分泌系统的复杂组成部分.棕色脂肪组织由含有小脂滴的多房脂肪细胞组成,这些小脂滴只会在其细胞内储存少量的甘油三酯.棕色脂肪细胞是产热脂肪细胞,在防止哺乳动物暴露于冷时体温过低的非颤抖产热中起核心作用.棕色脂肪细胞通过以热量的形式释放多余的能量,有助于维持能量平衡.在人类中,曾一度认为棕色脂肪组织只在新生儿中存在,在成人体中不存在或数量甚微而没有生理意义.随着医学科技的发展,在成年人体内发现了功能性的棕色脂肪组织,并为人类对抗肥胖提供了新靶标.就棕色脂肪组织分化的分子调控及其潜在的生理学功能进行概述.

高纤维食物对海南社鼠能量代谢的影响

自然界中食物质量常存在季节性变化,可影响小型哺乳动物的生理特征及其生存和分布。为研究高纤维(低质量)食物对栖息于贵州遵义的海南社鼠(Niviventer lotipes)能量代谢的影响,通过饲喂标准兔饲料(高纤维)或鼠饲料(低纤维)处理海南社鼠4周,实验期间测定动物的体重和能量摄入,使用开放式代谢仪测定动物的能量消耗,并在实验处理结束后解剖动物进行身体成分分析。研究发现,饲喂兔饲料的海南社鼠实验期间体重持续下降,到实验结束时为饲喂鼠饲料动物(对照组)体重的62.8%。饲喂兔饲料4周后,动物的整体基础代谢率和非颤抖性产热显著下降,分别为对照组的55.1%和63.4%。饲喂兔饲料的海南社鼠干物质摄入、消化能和消化率显著降低,分别为对照组的63.7%、38.8%和71.8%;身体成分分析显示,主要内脏器官重量以及消化道的重量和长度也显著下降。研究结果表明,饲喂高纤维的兔饲料后海南社鼠没有增加食物摄入来补偿消化率的下降,消化道形态尤其是小肠和盲肠的重量和长度没有适应性增加,虽然动物可通过降低基础代谢率和非颤抖性产热节约能量,但动物能量利用效率太低不能维持能量平衡而体重显著下降,海南社鼠对高纤维食物较差的适应性,可能与其在亚热带分布对高纤维食物利用的选择压力较小有关。

大绒鼠体温调节和产热特征

大绒鼠为横断山脉地区小型哺乳动物的典型代表 ;其体温仅能在 1 5～ 30℃范围内维持稳定 ;在热中性区内 ,最低静止代谢率为 2 71± 0 1 3mlO2 /g h,为其体重预期值的 2 0 3 2±1 0 1 3 % ;F -值 { (RMR/Me) /(Cm/C’) }为 0 99± 0 0 5 ;在 2 5℃的NSTmax为 5 1 8± 0 1 9mlO2 /g h ;BAT重量为 0 33± 0 0 5g,为体重的 0 84% ,BAT细胞线粒体的产热活性较高 ;肝脏也具有较强的产热活性。大绒鼠的产热特征和体温调节模式很可能反映了横断山地区小型啮齿动物的特征。

根田鼠冷驯化过程中的适应性产热特征

对栖居于青海高原的根田鼠（Ｍｉｃｒｏｔｕｓ ｏｅｃｏｎｏｍｕｓ）于冷驯化（５℃） １、 ７和 ２１天的非颤抖性产热（ＮＳＴ）、褐色脂肪组织（ＢＡＴ）和肝脏的组织蛋白和线粒体蛋白含量、心脏和肌肉的线粒体蛋 白含量、四种组织线粒体的细胞色素氧化酶活力及肝脏线粒体的状态Ⅵ呼吸能力等指标进行了测 定。结果表明：冷驯化过程中ＮＳＴ趋于增加，有一个逐渐发展的过程；ＢＡＴ线粒体蛋白含量对低温的反应比组织蛋白的反应剧烈，肝脏、心脏和肌肉组织的线粒体蛋白含量变化较温和，但各种组 织的细胞色素氧化酶活力随冷驯化而急剧增加，肝脏线粒体的状态Ⅵ呼吸能力加强。结果说明 ＮＳＴ在低温下的热能调节过程中占十分重要的地位，肌肉、心脏、肝脏等组织也参与了体温调节过程。在自然生境中，低温是一重要的刺激调节因子。

内蒙古库布齐沙地四种啮齿动物非颤抖性产热的季节变化

为了解非颤抖性产热在内陆荒漠小型哺乳动物适应性热能调节中的作用 ,1997年对库布齐荒漠沙地环境 4种啮齿动物 :三趾跳鼠 (Dipussagitta)、子午沙鼠 (Merionesmeridianus)、小毛足鼠 (Phodopusroborovskii)和黑线仓鼠 (Cricetulusbarabensis)的非颤抖性产热季节变化进行了测定。 4种动物的非颤抖性产热在秋季低温刺激下明显高于夏季 ,而且小毛足鼠和黑线仓鼠在秋季的最大非颤抖性产热分别高于春季 14%和 35%。典型荒漠种小毛足鼠的季节变化最明显 ,夏季最低。结果表明 ,生活在内陆干旱地区的动物在长期进化过程中 ,发展了良好的非颤抖性产热体温调节机制适应环境温度的季节变化。

光周期和温度对布氏田鼠产热的影响

布氏田鼠（Ｍｉｃｒｏｔｕｓ ｂｒａｎｄｔｉ）分组驯化在：（１）长光照温暖环境（ＬＷ，１６Ｌ：８Ｄ，２５℃）；（２）长光照 低温环境（ＬＣ，１６Ｌ：８Ｄ，５℃）；（３）短光照温暖环境（ＳＷ，８Ｌ：１６Ｄ，２５℃）；（４）短光照低温环境（ＳＣ， ８Ｌ：１６Ｄ，５℃）。驯化四周后，长光照动物的体重比短光动物的体重有增加的趋势；四组动物的体温 没有明显差异；低温和短光照均促使静止代谢率（ＲＭＲ）增加；ＳＣ组动物的非颤抖性产热（ＮＳＴ）高 于ＬＷ组。低温诱导肝和褐色脂肪组织（ＢＡＴ）细胞线粒体蛋白增加，短光照再度地增强此作用。短 光照诱导肝细胞线粒体状态－４及状态－３呼吸活力增加，低温没有明显作用。低温和短光照均刺激肝 和ＢＡＴ线粒体细胞色素Ｃ氧化酶活力提高，但后者作用强度大于前者。低温明显激活ＢＡＴ线粒体 的ａ－磷酸甘油氧化酶的活力，短光照无明显影响、结果表明：低温和短光照均能提高布氏田鼠的产 热能力，短光照与低温因子两者的协同作用增强了对布氏四鼠热能代谢的调节。

高原鼠兔蒸发失水的地位及热能调节

本文对高原鼠兔(Ochotona curzoniae)的静止代谢率(RMR)、蒸发失水(EWL)、非颤抖性产热(NST)等能学参数进行了测定,计算了干燥热传导(dry C)、热能调节热标(TI)等,评估了蒸发散热(EHL)在热传导(C)中的地位,结果表明:高原鼠兔的基础代谢率(BMR)和最小热传导(C_m)均高于期望值;25℃以上EHL占有重要地位;热能调节能力较好,但抗高温能力较差;这些特征对于栖居在年气温差较小、日温差大的高寒环境中的高原鼠兔具重要的适应意义。

冷驯化对中缅树鼩褐色脂肪组织适应性产热的影响

目的探讨环境温度对中缅树鼩体重、褐色脂肪组织(BAT)产热活性及解偶联蛋白1含量的影响,为建立树鼩肥胖模型提供理论依据。方法将40只体重相似的成年中缅树鼩随机分为5组(每组8只):对照组(0 d),置于(25±1)℃,12 L/12 D条件下饲养;以及置于(5±1)℃,12 L/12 D条件下分别驯化7、14、21 d和28d组。驯化结束后测定动物的体重、非颤抖性产热(NST)、褐色脂肪组织重量以及解偶联联蛋白1(UCP1)的含量。结果与对照组(0 d)相比,冷驯化组中缅树鼩的体重、NST、BAT重量以及UCP1含量都显著增加,BAT颜色也明显加深,冷驯化28 d后,体重增加了26.32%,NST增加了20.65%,BAT重量增加了53.85%,UCP1含量增加了43%。UCP1含量与BAT重量和NST显著正相关。结论中缅树鼩可能通过冷驯化诱导BAT组织增生和UCP1表达上调,从而增强BAT产热活力以增加能量支出,推测BAT可能作为以能量学途径治疗肥胖的靶器官。

中缅树鼩的非颤抖性产热及细胞呼吸特征

中缅树鼩(Tupaia belangeri chinensis)是东南亚树鼩中分布最北的一个种。在热中性区内的非颤抖性产热(nonshivering thermogenesis NST)分别为2.57±0.21(冬)和2.21±0.12(夏)mlO_2/(g·h);分别为体重预期值的75.9％和61.2％,两者不仅冬季显著高于夏季,而且亦高于典型的热带种类,但低于温带类群。褐色脂肪组织(brown adipose tissue,BAT)的重量冬季为0.622±0.015 S,夏季0.532±0.80 g,冬季也显著高于夏季;同时,BAT总蛋白含量、线粒体蛋白含量以及细胞α-磷酸甘油氧化酶和细胞色素C氧化酶活性,冬季也显著高于夏季,但增加的比例较温带种类低;而肝脏细胞的上述指标及线粒体状态Ⅲ、状态Ⅳ呼吸等,冬夏两季均无显著差异。因此,中缅树鼩的NST和细胞产热能力介于热带与温带类群之间,显示出向温带类型过渡的趋势。

不同去甲肾上腺素剂量下布氏田鼠非颤抖性产热比较

非颤抖性产热是小型哺乳动物的一种重要产热方式。关于其定量测定,一般采用注射去甲肾上腺素(nor-epinephrine,NE)诱导的最大耗氧量的方式获得。因此,去甲肾上腺素剂量的选择就显得很重要。我们利用常用的3种经验公式计算剂量,即:(1)NE(mg/kg DK)=2·53W-0·4;(2)NE(mg/kg)=3·3W-0·458;和(3)NE(mg/kg)=6·6W-0·458,W是体重(g),以布氏田鼠为实验对象,测定了3种剂量诱导的非颤抖性产热情况。结果表明,3种剂量都能诱导出最大非颤抖性产热能力,在非颤抖性产热大小上没有显著性差异,分别为6·190±1·342(公式1)、6·166±0·852(公式2)和7·005±1·501(公式3),但公式(3)剂量下体温增加程度显著高于前两个剂量,分别增加了1·9±0·9℃(公式3)、0·9±0·2℃(公式1)和0·7±0·2℃(公式2)。为了防止动物体温过高引起死亡,我们推荐公式(1)和(或)(2)。

褪黑激素对布氏田鼠适应性产热的诱导作用

秋季，将布氏田鼠置于２３±２℃，光周期１４Ｌ∶１０Ｄ的环境中，每日腋下注射褪黑激素，共四周。导致布氏田鼠的非颤抖性产热被激活，褐色脂肪组织和肝的总蛋白及线粒体蛋白含量明显地增加；肝线粒体状态４和状态３呼吸活力显著增加；刺激肝和褐色脂肪组织线粒体细胞色素Ｃ氧化酶活力升高；明显地升高血清Ｔ３浓度和增加Ｔ３／Ｔ４比率。表明在秋季褪黑激素能明显提高布氏田鼠的产热能力。短光照对布氏田鼠产热的调控可能是通过松果体分泌的褪黑激素而实现的。

褐色脂肪组织及其产热研究进展

褐色脂肪组织(BAT)及非颤抖性产热(NST)是生理生态学和生物能学研究中的一个热点。国外学者已从解剖学、组织学、生理学、细胞学及生物化学等各个方面,从细胞,亚细胞。

内蒙古浑善达克沙地小毛足鼠的能量代谢和体温调节

为了解小毛足鼠对沙漠生境的适应特征,对其能量代谢和体温调节特征进行了测定。代谢率采用封闭式流体压力呼吸计测定,非颤抖性产热用皮下注射去甲肾上腺素诱导,能量摄入采用食物平衡法测定。结果显示:小毛足鼠的热中性区为25～33℃,平均体温为35 7±0 1℃,最小热传导率为0 21±0 01mlO2/g·h·℃,基础代谢率为2 61±0 04mlO2/g·h,最大非颤抖性产热为8 53±0 28mlO2/g·h,非颤抖性产热范围(最大非颤抖性产热与基础代谢率的比率)为3 3。基础代谢率和非颤抖性产热都高于以体重为基础的期望值,最小热传导接近期望值。小毛足鼠的摄入能为2 26±0 12kJ/g·d;消化能为2 18±0 13kJ/g·d;消化率为97±0 2%;可代谢能为2 13±0 12kJ/g·d;可代谢能效率为94±1 2%。这些结果表明小毛足鼠对沙地生境的适应特征是:基础代谢率较高,体温相对较低,最小热传导率与期望值相当,热中性区较宽,下临界温度较低;较高的最大非颤抖性产热和非颤抖性产热范围以及较高的食物消化效率。

单宁酸对布氏田鼠能量代谢的影响

为了解单宁酸对成年布氏田鼠(Lasiopodomysbandtii**)能量代谢和产热的影响,本文采用含0、3·3%和6·6%单宁酸浓度的食物饲喂布氏田鼠21d,对其体重、基础代谢率、非颤抖性产热和能量收支等进行了测定。代谢率采用封闭式流体压力呼吸计测定;非颤抖性产热用皮下注射去甲肾上腺素诱导;能量摄入采用食物平衡法测定。结果发现:(1)单宁酸食物对布氏田鼠的体重没有明显影响;(2)取食含6·6%单宁酸食物的动物的基础代谢率于第10d高于对照组。20d时,3组动物的基础代谢率没有显著差异;(3)单宁酸食物对非颤抖性产热没有显著影响;(4)食用含单宁酸食物的动物的摄入能和消化能于第10d显著低于对照组,但第20d时则差异不显著。这些结果表明:布氏田鼠的基础代谢率和能量摄入对单宁酸的反应具有时段性,短期内能量消耗增加,随着动物对食物的适应,生理功能恢复到正常水平。

刺猬冬眠过程中褐色脂肪和非颤抖性产热研究

本文对刺猾（Ｅｒｉｎａｃｅｕｓｅｕｒｏｐａｅｕｓ）在冬眠过程中褐色脂肪（ＢＡＴ）的相对重量、超微结构和非颤抖性产热（ＮＳＴ）的变化进行了测定，探讨了ＢＡＴ产热在冬眠刺渭醒眠过程中的作用。结果表明，夏季（７月份）刺猬的ＢＡＴ相对重量最低，为０．２３％。秋季迅速增加，至入眠前达到最高，为０．４６％。冬眠期中缓慢减少，冬眠后显著下降（０．３２％），这与醒眠时需要快速产热密切相关。冬眼前和冬眠中刺猬的ＢＡＴ脂滴和线粒体嵴数量明显高于冬眠后，表明冬眠刺猬ＢＡＴ具备快速产热能力。在冬眠室温为５℃时的静止代谢率最低，为０．０６４毫升氧／克／小时，活动期，即在０℃至下临界温度范围内，其静止代谢率与环境温度呈负相关，并具线性回归。冬眠期的ＮＥ－ＮＳＴｍａｘ明显低于活动期，而相对增加耗氧量显著高于活动期，证明ＮＥ－ＮＳＴ是冬眠刺猬醒眠时的主要热源。

哺乳动物产热的研究

综述哺乳动物兼性产热的机理和调节机制。重点讨论了基础产热、颤抖性产热、非颤抖性产热对哺乳动物产热的贡献。总结了影响兼性产热的环境因子及调控通路。

下丘脑腹内侧核与中脑水管周灰白质间神经网络调节大鼠褐色脂肪组织产热的研究

目的研究下丘脑腹内侧核(VMH)与中脑水管周灰白质尾侧部(cPAG)间是否存在控制大鼠褐色脂肪组织非寒颤产热效应的下行投射网络。方法制作cPAG刺激诱发大鼠褐色脂肪组织产热局部温度上升的动物模型,再将霍乱毒素B(CTb)0.3μl注射入另一组大鼠的cPAG内。结果发现CTb感染的神经细胞以同侧下丘脑腹内侧核吻侧部最多,其次是前乳头核后侧部,而视前区正中部、下丘脑前部、不定带以及对侧下丘脑腹内侧核则较稀疏。结论实验提示从下丘脑腹内侧核到中脑水管周灰白质尾侧部的下行辐射是兴奋大鼠褐色脂肪组织非寒颤产热效应的传出神经回路。

温度和高脂食物对黑线仓鼠代谢产热和体脂累积的影响

能量代谢的适应性调节是小型哺乳动物应对环境季节性变化的主要策略之一。为探讨不同温度下动物在代谢产热能量支出与脂肪累积之间的权衡策略,以成年雄性黑线仓鼠为研究对象开展了3个实验:实验1将动物驯化于高脂和低脂食物;实验2将动物暴露于低温(5℃)和暖温(30℃);实验3将饲喂高脂食物的动物暴露于低温。以食物平衡法测定摄食量、摄入能和消化率,以开放式氧气分析仪测定代谢产热,以索氏抽提法测定脂肪含量。结果发现,取食高脂食物的黑线仓鼠摄食量显著减少,但脂肪累积显著增加;暖温下摄食量显著减少,但体脂含量显著增加,低温下摄食量显著升高,但体脂含量显著减少;饲喂高脂食物的黑线仓鼠在低温下摄入能显著增加,非颤抖性产热增强,但体脂含量显著降低。结果表明高脂食物对黑线仓鼠体脂累积的影响与环境温度有关,低温诱导脂肪动员,暖温促进脂肪贮存;低温下黑线仓鼠增加能量摄入不能完全补偿用于产热的能量支出,导致脂肪动员增加;暖温下代谢产热降低是脂肪累积的主要因素;与能量摄入相比代谢产热的能量支出在体脂累积的适应性变化中发挥更重要的作用。