Onderzoekers hebben ontdekt dat de duur van de daglichturen van invloed is op het aantal opioïde receptoren in bruin vetweefsel. Naarmate de daglichturen korter worden, neemt de activiteit van deze receptoren toe. Een soortgelijk verschijnsel doet zich ook voor in de hersenen. Beide verschijnselen helpen mensen en dieren zich aan te passen aan seizoensgebonden veranderingen.

Het belang van bruin vet

Naarmate het seizoen donkerder en kouder wordt, begint het bruine vet bij dieren aan te groeien. Dit weefsel wekt efficiënt en snel warmte op en reguleert de eetlust. Ook bij mensen is bruin vet aanwezig. Bruin vet is verantwoordelijk voor het verbranden van energie en het omzetten daarvan in warmte. Dit proces wordt thermogenese genoemd en helpt het lichaam zijn temperatuur te reguleren, vooral in koude omstandigheden. Bruin vet bevat een bijzonder groot aantal mitochondriën– de ‘krachtcentrales’ van de cellen – die het zijn kenmerkende donkere kleur geven. Bij mensen komt bruin vet het meest voor bij pasgeborenen, omdat zij nog niet in staat zijn om hun lichaamstemperatuur zelfstandig effectief te reguleren. Bij volwassenen is het slechts in kleine hoeveelheden aanwezig, maar het blijft een rol spelen in de stofwisseling en het energieverbruik.

Bruin vetweefsel speelt niet alleen een belangrijke rol bij de warmteproductie, maar lijkt ook nauw verbonden te zijn met de biologische ritmes van het lichaam. Onderzoek toont aan dat de activiteit ervan wordt beïnvloed door externe prikkels zoals licht, temperatuur en daglengte. Deze factoren sturen het circadiane ritme – de interne klok van het lichaam, die slaap, hormoonproductie, stofwisseling en energieverbruik reguleert. Bruin vet beschikt over eigen moleculaire klokmechanismen en volgt dagelijkse schommelingen die van invloed zijn op het vermogen om warmte te produceren en energie te benutten. Onderzoekers vermoeden daarom dat het weefsel deel uitmaakt van een complex netwerk waarmee het organisme zich aanpast aan dagelijkse en seizoensgebonden veranderingen. Veranderingen in de duur van het daglicht kunnen niet alleen de activiteit van bruin vet beïnvloeden, maar ook het metabolisme, de eetlust, het lichaamsgewicht en mogelijk zelfs de stemming en het welzijn. Daardoor staat bruin vet steeds meer in de belangstelling van de chronobiologie, die onderzoekt hoe biologische processen worden gestuurd door interne en externe tijdstructuren.

Nieuwe therapieën voor obesitas

Het belang van bruin vetweefsel voor de gezondheid komt steeds meer in de belangstelling van het onderzoek te staan. In tegenstelling tot wit vetweefsel, dat overtollige energie opslaat en vaker voorkomt bij mensen met overgewicht, verbranden bruine vetcellen energie om warmte te produceren. Daarmee helpen ze niet alleen de lichaamstemperatuur op peil te houden, maar beïnvloeden ze ook de algehele energiebalans van het lichaam. Wetenschappers vermoeden daarom dat een sterkere activering van bruin vet zou kunnen helpen bij de bestrijding van obesitas en daarmee samenhangende stofwisselingsziekten.

Een studie van het Universitair Ziekenhuis van Bonn laat zien hoe groot de belangstelling voor dit weefsel is. De onderzoekers identificeerden het eiwit EPAC1 als een belangrijke regulator van de groei en activiteit van bruin vetweefsel. Uit experimenten bleek dat EPAC1 de vorming van bruine vetcellen bevordert en zelfs kan helpen bij de ontwikkeling van zogenaamde beige vetcellen binnen wit vetweefsel. Deze cellen hebben eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van bruine vetcellen en kunnen eveneens energie verbranden. De wetenschappers konden bovendien aantonen dat deze signaalroute niet alleen bij muizen, maar ook in menselijke vetcellen actief is.

Op de lange termijn hopen de onderzoekers deze bevindingen te gebruiken om nieuwe therapieën voor obesitas te ontwikkelen. Aangezien een dieet en lichaamsbeweging alleen vaak onvoldoende zijn voor duurzaam gewichtsverlies, zoeken wetenschappers naar manieren om het energieverbruik van het lichaam specifiek te verhogen. Bruin vet wordt in dit opzicht als een bijzonder veelbelovende aanpak beschouwd, omdat het overtollige energie in de vorm van warmte kan afgeven. De bevindingen uit Bonn illustreren dus dat bruin vet veel meer is dan alleen een weefsel voor thermoregulatie – het zou in de toekomst ook een belangrijke rol kunnen spelen bij de behandeling van stofwisselingsziekten. Tegen deze achtergrond groeit ook de belangstelling voor de biologische factoren die de activiteit van bruin vet sturen. Hiertoe behoren niet alleen temperatuur en voeding, maar blijkbaar ook de duur van het daglicht en de interne biologische ritmes van het lichaam.

Hoe daglicht bruin vet beïnvloedt

Het onderzoek van het Turku PET Centre in Finland richtte zich juist op deze vraag. Het onderzoek bouwt voort op bevindingen uit de chronobiologie, die aangeven dat talrijke stofwisselingsprocessen worden geregeld door interne biologische klokken. Deze klokken worden onder andere gestuurd door externe signalen zoals licht en duisternis en helpen het organisme zich aan te passen aan dagelijkse en seizoensgebonden veranderingen. Aangezien bruin vet een belangrijke rol speelt bij de warmteproductie en het energieverbruik, stelden de onderzoekers de hypothese dat de activiteit ervan mogelijk ook wordt beïnvloed door seizoensgebonden veranderingen. Van bijzonder belang waren de mu-opioïde receptoren, die vooral bekend staan om hun rol bij pijnverwerking, beloningsperceptie en emotionele processen, maar in toenemende mate in verband worden gebracht met de regulering van stofwisselingsprocessen.

De onderzoekers constateerden dat kortere daglichturen de signaaloverdracht via de opioïde receptoren in het bruine vetweefsel van dieren beïnvloeden. Naarmate de hoeveelheid licht afneemt, neemt de concentratie van opioïde receptoren toe. Deze waarneming werd gedaan bij ratten die leefden in een kunstmatige omgeving waarin seizoensgebonden veranderingen in de daglichtduur werden nagebootst. De resultaten suggereren dat bruin vetweefsel gevoelig is voor seizoensgebonden veranderingen en mogelijk deel uitmaakt van een breder biologisch systeem dat de energiebalans aanpast aan wisselende omgevingsomstandigheden.

Nieuwe doorbraak in onderzoek naar opioïde receptoren

De onderzoekers beschouwen de resultaten als bijzonder opmerkelijk, omdat mu-opioïde receptoren tot nu toe voornamelijk in verband met hersenfuncties zijn bestudeerd. Het feit dat seizoensgebonden veranderingen in deze receptoren nu ook in bruin vetweefsel zijn waargenomen, opent nieuwe perspectieven voor het begrijpen van de interacties tussen metabolisme, energiebalans en biologische ritmes. Aangezien bruin vetweefsel een centrale rol speelt bij warmteproductie en calorieverbruik, zou de activiteit van opioïde receptoren het lichaam kunnen helpen zich aan te passen aan verschillende omgevingsomstandigheden en seizoenen.

Professor Anne Roivainen van het Turku PET Centre legt uit dat dit de eerste keer is dat de concentraties van mu-opioïde receptoren in perifere delen van het lichaam zijn onderzocht met behulp van positronemissietomografie (PET). „De bevindingen onderstrepen dat mu-opioïdereceptoren de seizoensgebonden activiteit van bruin vetweefsel beïnvloeden. Toekomstige studies moeten verder onderzoeken of mu-opioïdereceptoren in bruin vetweefsel direct verband houden met het energieverbruik van het weefsel“, zegt Roivainen.

Opioïdereceptoren zijn bindingsplaatsen op cellen waarlangs lichaamseigen opioïden, zoals endorfines, hun werking uitoefenen. Deze neurotransmitters zijn onder andere betrokken bij het reguleren van pijnperceptie, beloning, motivatie en emotioneel welzijn. De afgelopen jaren is er in onderzoek echter steeds meer bewijs gevonden dat het opioïdesysteem niet alleen de hersenen beïnvloedt, maar ook een sleutelrol speelt in het metabolisme en de energiebalans. De nu waargenomen seizoensgebonden veranderingen zouden daarom deel kunnen uitmaken van een breder aanpassingsmechanisme waarmee zoogdieren zich aanpassen aan de wisselende eisen van zomer en winter.

Bovendien vermoeden wetenschappers al lang dat veranderingen in het opioïdesysteem mogelijk verband houden met seizoensgebonden stemmingsschommelingen. Verstoringen in de werking van opioïdereceptoren zijn al in verband gebracht met depressie, angststoornissen en eetstoornissen. Seizoensgebonden affectieve stoornis, die zich vaak manifesteert als winterdepressie, toegenomen eetlust en veranderde slaappatronen, kan mogelijk ook gedeeltelijk verband houden met veranderingen in deze signaalroutes. Het blijft echter onduidelijk of de nu aangetoonde seizoensgebonden schommelingen in mu-opioïde receptoren in de hersenen en het bruine vetweefsel daadwerkelijk bijdragen aan dergelijke stemmingsveranderingen; dit moet in verder onderzoek worden onderzocht.