Vedci zistili, že dĺžka denného svetla ovplyvňuje hladinu opioidných receptorov v hnedom tukovom tkanive. S skracovaním sa dĺžky denného svetla sa aktivita týchto receptorov zvyšuje. Podobný jav sa vyskytuje aj v mozgu. Oba javy pomáhajú ľuďom aj zvieratám prispôsobiť sa sezónnym zmenám.

Význam hnedého tuku

Keď sa sezóna stáva tmavšou a chladnejšou, hnedý tuk zvierat začne rásť. Toto tkanivo efektívne a rýchlo generuje teplo a reguluje chuť do jedla. Hnedý tuk sa nachádza aj u ľudí. Hnedý tuk je zodpovedný za spaľovanie energie a jej premenu na teplo. Tento proces sa nazýva termogenéza a pomáha telu regulovať jeho teplotu, najmä v chladných podmienkach. Hnedý tuk obsahuje mimoriadne vysoký počet mitochondrií– „elektrární“ buniek –, ktoré mu dodávajú charakteristickú tmavú farbu. U ľudí je hnedý tuk najvýraznejší u novorodencov, keďže tí ešte nie sú schopní efektívne regulovať svoju telesnú teplotu sami. U dospelých sa vyskytuje len v malých množstvách, ale naďalej zohráva úlohu v metabolizme a výdaji energie.

Hnedé tukové tkanivo nielenže zohráva dôležitú úlohu pri produkcii tepla, ale zdá sa, že je aj úzko prepojené s biologickými rytmami tela. Štúdie ukazujú, že jeho aktivitu ovplyvňujú vonkajšie podnety, ako sú svetlo, teplota a dĺžka dňa. Tieto faktory riadia cirkadiánny rytmus – vnútorné hodiny organizmu, ktoré regulujú spánok, produkciu hormónov, metabolizmus a energetický výdaj. Hnedý tuk disponuje vlastnými mechanizmami molekulárnych hodín a podlieha denným výkyvom, ktoré ovplyvňujú jeho schopnosť produkovať teplo a využívať energiu. Výskumníci preto predpokladajú, že táto tkanina je súčasťou komplexnej siete, prostredníctvom ktorej sa organizmus prispôsobuje denným a sezónnym zmenám. Zmeny v dĺžke denného svetla by mohli ovplyvňovať nielen aktivitu hnedého tuku, ale aj metabolizmus, chuť do jedla, telesnú hmotnosť a možno dokonca aj náladu a pocit pohody. V dôsledku toho sa hnedý tuk čoraz viac stáva stredobodom záujmu chronobiológie, ktorá skúma, ako sú biologické procesy riadené vnútornými a vonkajšími časovými štruktúrami.

Nové terapie obezity

Význam hnedého tukového tkaniva pre zdravie sa čoraz viac stáva predmetom výskumu. Na rozdiel od bieleho tukového tkaniva, ktoré ukladá prebytočnú energiu a je častejšie u ľudí s nadváhou, bunky hnedého tuku spaľujú energiu na produkciu tepla. Tým nielen pomáhajú udržiavať telesnú teplotu, ale ovplyvňujú aj celkovú energetickú rovnováhu tela. Vedci preto predpokladajú, že väčšia aktivácia hnedého tuku by mohla pomôcť v boji proti obezite a súvisiacim metabolickým ochoreniam.

Štúdia Univerzitnej nemocnice v Bonne dokazuje, aký veľký záujem je o túto tkaninu. Výskumníci identifikovali proteín EPAC1 ako kľúčového regulátora rastu a aktivity hnedého tukového tkaniva. Experimenty ukázali, že EPAC1 podporuje tvorbu hnedých tukových buniek a môže dokonca pomôcť pri vývoji takzvaných béžových tukových buniek v rámci bieleho tukového tkaniva. Tieto bunky majú vlastnosti podobné vlastnostiam hnedých tukových buniek a tiež dokážu spaľovať energiu. Vedci tiež dokázali, že táto signálna dráha je aktívna nielen u myší, ale aj v ľudských tukových bunkách.

V dlhodobom horizonte výskumníci dúfajú, že tieto zistenia využijú na vývoj nových terapií obezity. Keďže samotná strava a cvičenie často nestačia na trvalé zníženie hmotnosti, vedci hľadajú spôsoby, ako špecificky zvýšiť energetický výdaj organizmu. Hnedý tuk sa v tomto ohľade považuje za obzvlášť sľubný prístup, keďže dokáže uvoľňovať prebytočnú energiu vo forme tepla. Zistenia z Bonnu tak ilustrujú, že hnedý tuk je oveľa viac než len tkanivo slúžiace na termoreguláciu – v budúcnosti by mohol zohrávať dôležitú úlohu aj pri liečbe metabolických ochorení. V tejto súvislosti rastie aj záujem o biologické faktory, ktoré riadia činnosť hnedého tuku. Patria medzi ne nielen teplota a strava, ale zrejme aj dĺžka denného svetla a vnútorné biologické rytmy organizmu.

Ako denné svetlo ovplyvňuje hnedý tuk

Štúdia, ktorú vykonalo Turku PET Centre vo Fínsku, sa zaoberala práve touto otázkou. Výskum vychádza zo zistení v oblasti chronobiológie, ktoré naznačujú, že mnohé metabolické procesy sú riadené vnútornými biologickými hodinami. Tieto hodiny sú riadené okrem iného vonkajšími signálmi, ako je svetlo a tma, a pomáhajú organizmu prispôsobiť sa denným a sezónnym zmenám. Keďže hnedý tuk zohráva dôležitú úlohu pri produkcii tepla a výdaji energie, výskumníci vyslovili hypotézu, že jeho aktivitu by mohli ovplyvňovať aj sezónne zmeny. Zvláštny záujem sa sústredil na mu-opioidné receptory, ktoré sú známe predovšetkým pre svoju úlohu pri spracovaní bolesti, vnímaní odmeny a emocionálnych procesoch, avšak čoraz častejšie sa spájajú s reguláciou metabolických procesov.

Vedci zistili, že kratšie denné svetlo ovplyvňuje prenos signálov prostredníctvom opioidných receptorov v hnedom tuku zvierat. S klesajúcim množstvom svetla stúpa koncentrácia opioidných receptorov. Toto pozorovanie bolo vykonané na potkanoch žijúcich v umelom prostredí, ktoré napodobňovalo sezónne zmeny dĺžky denného svetla. Výsledky naznačujú, že hnedý tuk je citlivý na sezónne zmeny a môže byť súčasťou širšieho biologického systému, ktorý prispôsobuje energetickú rovnováhu meniacim sa podmienkam prostredia.

Nový prelom vo výskume opioidných receptorov

Výskumníci považujú tieto výsledky za obzvlášť pozoruhodné, pretože mu-opioidné receptory sa doteraz skúmali predovšetkým v súvislosti s funkciami mozgu. Skutočnosť, že sezónne zmeny týchto receptorov boli teraz zistené aj v hnedom tukovom tkanive, otvára nové perspektívy pre pochopenie interakcií medzi metabolizmom, energetickou bilanciou a biologickými rytmami. Keďže hnedé tukové tkanivo zohráva kľúčovú úlohu pri produkcii tepla a spotrebe kalórií, aktivita opioidných receptorov by mohla pomáhať telu prispôsobovať sa rôznym podmienkam prostredia a ročným obdobiam.

Profesorka Anne Roivainenová z Turku PET Centre vysvetľuje, že ide o prvý prípad, kedy sa koncentrácie mu-opioidných receptorov v periférnych oblastiach tela skúmali pomocou pozitrónovej emisnej tomografie (PET). „Zistenia potvrdzujú, že mu-opioidné receptory ovplyvňujú sezónnu aktivitu hnedého tukového tkaniva. Budúce štúdie by mali ďalej skúmať, či sú mu-opioidné receptory v hnedom tukovom tkanive priamo prepojené s energetickým výdajom tohto tkaniva,“ hovorí Roivainenová.

Opioidné receptory sú väzbové miesta na bunkách, prostredníctvom ktorých pôsobia vlastné opioidy organizmu, ako sú endorfíny. Tieto neurotransmitery sa podieľajú okrem iného na regulácii vnímania bolesti, odmeny, motivácie a emocionálnej pohody. V posledných rokoch však výskum čoraz častejšie prináša dôkazy o tom, že opioidný systém ovplyvňuje nielen mozog, ale zohráva kľúčovú úlohu aj v metabolizme a energetickej rovnováhe. Teraz pozorované sezónne zmeny by preto mohli byť súčasťou širšieho adaptačného mechanizmu, prostredníctvom ktorého sa cicavce prispôsobujú meniacim sa požiadavkám leta a zimy.

Okrem toho vedci už dlho predpokladajú, že zmeny v opioidnom systéme môžu súvisieť so sezónnymi výkyvmi nálady. Poruchy funkcie opioidných receptorov už boli spojené s depresiou, úzkostnými poruchami a poruchami príjmu potravy. Sezónna afektívna porucha, ktorá sa často prejavuje ako zimná depresia, zvýšená chuť do jedla a zmenené spánkové vzorce, môže tiež čiastočne súvisieť so zmenami v týchto signálnych dráhach. Zatiaľ však nie je jasné, či teraz preukázané sezónne výkyvy v mu-opioidných receptoroch v mozgu a v hnedom tukovom tkanive skutočne prispievajú k takýmto vplyvom na náladu, a to je potrebné preskúmať v ďalších štúdiách.