Naukowcy odkryli, że długość dnia wpływa na poziom receptorów opioidowych w brązowej tkance tłuszczowej. Wraz ze skracaniem się dnia aktywność tych receptorów wzrasta. Podobne zjawisko występuje również w mózgu. Oba te zjawiska pomagają ludziom i zwierzętom dostosować się do zmian pór roku.

Znaczenie brązowej tkanki tłuszczowej

W miarę jak pora roku staje się coraz ciemniejsza i chłodniejsza, u zwierząt zaczyna narastać brązowa tkanka tłuszczowa. Tkanka ta skutecznie i szybko wytwarza ciepło oraz reguluje apetyt. Brązowa tkanka tłuszczowa występuje również u ludzi. Odpowiada ona za spalanie energii i przekształcanie jej w ciepło. Proces ten nazywa się termogenezą i pomaga organizmowi regulować temperaturę ciała, zwłaszcza w niskich temperaturach. Brązowa tkanka tłuszczowa zawiera szczególnie dużą liczbę mitochondriów– „elektrowni” komórek – które nadają jej charakterystyczny ciemny kolor. U ludzi brązowa tkanka tłuszczowa występuje najobficiej u noworodków, ponieważ nie są one jeszcze w stanie samodzielnie skutecznie regulować temperatury ciała. U dorosłych występuje ona tylko w niewielkich ilościach, ale nadal odgrywa rolę w metabolizmie i wydatkowaniu energii.

Brązowa tkanka tłuszczowa nie tylko odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu ciepła, ale wydaje się również być ściśle powiązana z rytmami biologicznymi organizmu. Badania pokazują, że na jej aktywność wpływają czynniki zewnętrzne, takie jak światło, temperatura i długość dnia. Czynniki te regulują rytm dobowy – wewnętrzny zegar organizmu, który kontroluje sen, produkcję hormonów, metabolizm i wydatek energetyczny. Brązowa tkanka tłuszczowa posiada własne mechanizmy zegara molekularnego i podlega dobowym wahaniom, które wpływają na jej zdolność do wytwarzania ciepła i wykorzystywania energii. Naukowcy podejrzewają zatem, że tkanka ta stanowi część złożonej sieci, dzięki której organizm dostosowuje się do zmian dobowych i sezonowych. Zmiany w długości dnia mogą nie tylko wpływać na aktywność brązowej tkanki tłuszczowej, ale także oddziaływać na metabolizm, apetyt, masę ciała, a być może nawet na nastrój i samopoczucie. W rezultacie brązowa tkanka tłuszczowa staje się coraz częściej przedmiotem zainteresowania chronobiologii, która bada, w jaki sposób procesy biologiczne są kontrolowane przez wewnętrzne i zewnętrzne struktury czasowe.

Nowe metody leczenia otyłości

Znaczenie brązowej tkanki tłuszczowej dla zdrowia staje się coraz częściej przedmiotem badań. W przeciwieństwie do białej tkanki tłuszczowej, która magazynuje nadmiar energii i występuje częściej u osób z nadwagą, komórki brązowej tkanki tłuszczowej spalają energię w celu wytworzenia ciepła. W ten sposób nie tylko pomagają utrzymać temperaturę ciała, ale także wpływają na ogólny bilans energetyczny organizmu. Naukowcy podejrzewają zatem, że większa aktywacja brązowej tkanki tłuszczowej mogłaby pomóc w walce z otyłością i powiązanymi chorobami metabolicznymi.

Badanie przeprowadzone przez Szpital Uniwersytecki w Bonn pokazuje, jak duże jest zainteresowanie tą tkanką. Naukowcy zidentyfikowali białko EPAC1 jako kluczowy regulator wzrostu i aktywności brązowej tkanki tłuszczowej. Eksperymenty wykazały, że EPAC1 sprzyja tworzeniu się brązowych komórek tłuszczowych, a nawet może wspomagać rozwój tzw. beżowych komórek tłuszczowych w białej tkance tłuszczowej. Komórki te mają właściwości podobne do komórek brązowej tkanki tłuszczowej i również potrafią spalać energię. Naukowcom udało się również wykazać, że ten szlak sygnałowy jest aktywny nie tylko u myszy, ale także w ludzkich komórkach tłuszczowych.

W dłuższej perspektywie naukowcy mają nadzieję wykorzystać te odkrycia do opracowania nowych metod leczenia otyłości. Ponieważ sama dieta i ćwiczenia fizyczne często nie wystarczają do trwałej utraty wagi, naukowcy poszukują sposobów na celowe zwiększenie wydatku energetycznego organizmu. Tkanka tłuszczowa brązowa jest uważana za szczególnie obiecujące podejście w tym zakresie, ponieważ może uwalniać nadmiar energii w postaci ciepła. Odkrycia z Bonn pokazują zatem, że brązowa tkanka tłuszczowa to znacznie więcej niż tylko tkanka służąca do termoregulacji – w przyszłości może ona również odgrywać ważną rolę w leczeniu chorób metabolicznych. W tym kontekście rośnie również zainteresowanie czynnikami biologicznymi regulującymi aktywność brązowej tkanki tłuszczowej. Należą do nich nie tylko temperatura i dieta, ale najwyraźniej także długość dnia oraz wewnętrzne rytmy biologiczne organizmu.

Jak światło dzienne wpływa na brązową tkankę tłuszczową

Badanie przeprowadzone przez Centrum PET w Turku w Finlandii dotyczyło właśnie tej kwestii. Badania opierają się na odkryciach z zakresu chronobiologii, które wskazują, że liczne procesy metaboliczne są kontrolowane przez wewnętrzne zegary biologiczne. Zegary te są regulowane między innymi przez sygnały zewnętrzne, takie jak światło i ciemność, i pomagają organizmowi dostosować się do zmian dobowych i sezonowych. Ponieważ tłuszcz brązowy odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu ciepła i wydatkowaniu energii, naukowcy postawili hipotezę, że na jego aktywność mogą również wpływać zmiany sezonowe. Szczególnym przedmiotem zainteresowania były receptory opioidowe typu mu, które znane są przede wszystkim z roli w przetwarzaniu bólu, postrzeganiu nagrody oraz procesach emocjonalnych, ale coraz częściej wiąże się je z regulacją procesów metabolicznych.

Naukowcy zaobserwowali, że krótszy czas nasłonecznienia wpływa na przekazywanie sygnałów za pośrednictwem receptorów opioidowych w brązowej tkance tłuszczowej zwierząt. Wraz ze spadkiem ilości światła wzrasta stężenie receptorów opioidowych. Obserwację tę przeprowadzono na szczurach żyjących w sztucznym środowisku, które naśladowało sezonowe zmiany długości dnia. Wyniki sugerują, że brązowa tkanka tłuszczowa jest wrażliwa na zmiany sezonowe i może stanowić część szerszego systemu biologicznego, który dostosowuje bilans energetyczny do zmieniających się warunków środowiskowych.

Nowy przełom w badaniach nad receptorami opioidowymi

Naukowcy uważają te wyniki za szczególnie godne uwagi, ponieważ receptory opioidowe typu mu były dotychczas badane głównie w kontekście funkcji mózgu. Fakt, że sezonowe zmiany w tych receptorach wykryto teraz również w brązowej tkance tłuszczowej, otwiera nowe perspektywy dla zrozumienia interakcji między metabolizmem, bilansem energetycznym i rytmami biologicznymi. Ponieważ brązowa tkanka tłuszczowa odgrywa kluczową rolę w wytwarzaniu ciepła i wydatkowaniu kalorii, aktywność receptorów opioidowych może pomagać organizmowi w dostosowywaniu się do różnych warunków środowiskowych i pór roku.

Profesor Anne Roivainen z Centrum PET w Turku wyjaśnia, że po raz pierwszy zbadano stężenie receptorów opioidowych typu mu w obwodowych obszarach ciała za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). „Wyniki badań podkreślają, że receptory opioidowe typu mu wpływają na sezonową aktywność brązowej tkanki tłuszczowej. Przyszłe badania powinny dokładniej zbadać, czy receptory opioidowe typu mu w brązowej tkance tłuszczowej są bezpośrednio powiązane z wydatkowaniem energii przez tę tkankę” – mówi Roivainen.

Receptory opioidowe to miejsca wiązania na komórkach, poprzez które własne opioidy organizmu, takie jak endorfiny, wywierają swoje działanie. Neuroprzekaźniki te biorą udział między innymi w regulacji odczuwania bólu, systemie nagrody, motywacji oraz samopoczucia emocjonalnego. W ostatnich latach badania dostarczają jednak coraz więcej dowodów na to, że układ opioidowy nie tylko wpływa na mózg, ale odgrywa również kluczową rolę w metabolizmie i bilansie energetycznym. Obserwowane obecnie zmiany sezonowe mogą zatem stanowić część szerszego mechanizmu adaptacyjnego, dzięki któremu ssaki dostosowują się do zmieniających się wymagań lata i zimy.

Ponadto naukowcy od dawna podejrzewali, że zmiany w układzie opioidowym mogą być powiązane z sezonowymi wahaniami nastroju. Zaburzenia funkcji receptorów opioidowych powiązano już z depresją, zaburzeniami lękowymi i zaburzeniami odżywiania. Sezonowe zaburzenia afektywne, które często objawiają się depresją zimową, zwiększonym apetytem i zmienionymi wzorcami snu, mogą również być częściowo związane ze zmianami w tych szlakach sygnałowych. Nie jest jednak jasne, czy wykazane obecnie sezonowe wahania receptorów opioidowych typu mu w mózgu i brązowej tkance tłuszczowej faktycznie przyczyniają się do takich skutków nastrojowych, co należy zbadać w ramach dalszych badań.