Forskare har upptäckt att dagsljusets längd påverkar halten av opioidreceptorer i brunt fettvävnad. När dagsljuset blir kortare ökar receptorernas aktivitet. Ett liknande fenomen förekommer även i hjärnan. Båda dessa fenomen hjälper människor och djur att anpassa sig till säsongsförändringar.

Betydelsen av brunt fett

När säsongen blir mörkare och kallare börjar djurens bruna fettvävnad att växa. Denna vävnad genererar värme effektivt och snabbt och reglerar aptiten. Brunt fett finns även hos människor. Brunt fett ansvarar för att förbränna energi och omvandla den till värme. Denna process kallas termogenes och hjälper kroppen att reglera sin temperatur, särskilt i kalla förhållanden. Brunt fett innehåller ett särskilt stort antal mitokondrier– cellernas ”kraftverk” – vilket ger det dess karakteristiska mörka färg. Hos människor är brunt fett vanligast hos nyfödda, eftersom de ännu inte kan reglera sin kroppstemperatur effektivt på egen hand. Hos vuxna finns det endast i små mängder, men det fortsätter att spela en roll i ämnesomsättningen och energiförbrukningen.

Brunt fettvävnad spelar inte bara en viktig roll i värmeproduktionen utan verkar också vara nära kopplat till kroppens biologiska rytmer. Studier visar att dess aktivitet påverkas av yttre signaler såsom ljus, temperatur och dygnets längd. Dessa faktorer styr dygnsrytmen – kroppens inre klocka, som reglerar sömn, hormonproduktion, ämnesomsättning och energiförbrukning. Brunt fett har sina egna molekylära klockmekanismer och följer dygnsvariationer som påverkar dess förmåga att producera värme och utnyttja energi. Forskare misstänker därför att vävnaden ingår i ett komplext nätverk genom vilket organismen anpassar sig till dagliga och säsongsmässiga förändringar. Förändringar i dagsljusets varaktighet kan inte bara påverka det bruna fettvävnadens aktivitet utan även ämnesomsättningen, aptiten, kroppsvikten och möjligen till och med humöret och välbefinnandet. Följaktligen blir det bruna fettvävnaden alltmer ett fokusområde inom kronobiologin, som studerar hur biologiska processer styrs av inre och yttre tidsstrukturer.

Nya behandlingar mot fetma

Brunt fettvävnads betydelse för hälsan blir alltmer ett fokusområde inom forskningen. Till skillnad från vitt fettvävnad, som lagrar överskottsenergi och är vanligare hos överviktiga personer, förbränner bruna fettceller energi för att producera värme. På så sätt bidrar de inte bara till att upprätthålla kroppstemperaturen utan påverkar även kroppens totala energibalans. Forskare misstänker därför att en ökad aktivering av brunt fett skulle kunna bidra till att bekämpa fetma och relaterade metaboliska sjukdomar.

En studie från universitetssjukhuset i Bonn visar just hur stort intresset är för denna vävnad. Forskarna identifierade proteinet EPAC1 som en nyckelregulator för tillväxten och aktiviteten hos brunt fettvävnad. Experiment visade att EPAC1 främjar bildandet av bruna fettceller och till och med kan bidra till att så kallade beigea fettceller utvecklas i vit fettvävnad. Dessa celler har egenskaper som liknar de hos bruna fettceller och kan också förbränna energi. Forskarna kunde dessutom visa att denna signalväg är aktiv inte bara hos möss utan även i mänskliga fettceller.

På sikt hoppas forskarna kunna använda dessa rön för att utveckla nya behandlingar mot fetma. Eftersom kost och motion ofta inte räcker för en hållbar viktminskning söker forskarna efter sätt att specifikt öka kroppens energiförbrukning. Brunt fett anses vara en särskilt lovande strategi i detta avseende, eftersom det kan frigöra överskottsenergi i form av värme. Resultaten från Bonn visar alltså att brunt fett är mycket mer än bara en vävnad för värmereglering – det kan också komma att spela en viktig roll i behandlingen av metaboliska sjukdomar i framtiden. Mot denna bakgrund växer också intresset för de biologiska faktorer som styr det bruna fettets aktivitet. Dessa omfattar inte bara temperatur och kost, utan uppenbarligen även dagsljusets varaktighet och kroppens inre biologiska rytmer.

Hur dagsljuset påverkar brunt fett

Studien som genomfördes av Turku PET Centre i Finland tog just upp denna fråga. Forskningen bygger på rön inom kronobiologin, som tyder på att många metaboliska processer styrs av inre biologiska klockor. Dessa klockor styrs bland annat av yttre signaler som ljus och mörker och hjälper organismen att anpassa sig till dagliga och säsongsmässiga förändringar. Eftersom brunt fett spelar en viktig roll för värmeproduktion och energiförbrukning ställde forskarna hypotesen att dess aktivitet också skulle kunna påverkas av säsongsförändringar. Av särskilt intresse var mu-opioidreceptorerna, som främst är kända för sin roll i smärtbearbetning, belöningsupplevelse och emotionella processer, men som i allt högre grad kopplas till regleringen av metaboliska processer.

Forskarna observerade att kortare dagsljus påverkar signalöverföringen via opioidreceptorerna i djurens bruna fettvävnad. När ljusmängden minskar ökar koncentrationen av opioidreceptorer. Observationen gjordes på råttor som levde i en artificiell miljö som efterliknade säsongsmässiga förändringar i dagsljusets längd. Resultaten tyder på att brunt fettvävnad är känslig för säsongsmässiga förändringar och kan utgöra en del av ett bredare biologiskt system som anpassar energibalansen till varierande miljöförhållanden.

Nytt genombrott inom forskningen om opioidreceptorer

Forskarna anser att resultaten är särskilt anmärkningsvärda eftersom mu-opioidreceptorer tidigare främst har studerats i samband med hjärnfunktioner. Det faktum att säsongsvariationer i dessa receptorer nu även har upptäckts i brunt fettvävnad öppnar nya perspektiv för att förstå samspelet mellan ämnesomsättning, energibalans och biologiska rytmer. Eftersom brunt fettvävnad spelar en central roll i värmeproduktion och kaloriförbrukning kan opioidreceptorernas aktivitet hjälpa kroppen att anpassa sig till olika miljöförhållanden och årstider.

Professor Anne Roivainen vid Turku PET Centre förklarar att detta är första gången som koncentrationerna av mu-opioidreceptorer i kroppens perifera delar har studerats med hjälp av positronemissionstomografi (PET). ”Resultaten understryker att mu-opioidreceptorer påverkar den bruna fettvävnadens säsongsbetonade aktivitet. Framtida studier bör ytterligare undersöka om mu-opioidreceptorer i den bruna fettvävnaden är direkt kopplade till vävnadens energiförbrukning”, säger Roivainen.

Opioidreceptorer är bindningsställen på celler genom vilka kroppens egna opioider, såsom endorfiner, utövar sina effekter. Dessa neurotransmittorer är bland annat involverade i regleringen av smärtupplevelse, belöning, motivation och emotionellt välbefinnande. Under de senaste åren har forskningen dock i allt högre grad funnit belägg för att opioidsystemet inte bara påverkar hjärnan utan också spelar en nyckelroll i ämnesomsättningen och energibalansen. De säsongsbundna förändringar som nu observerats kan därför utgöra en del av en bredare anpassningsmekanism genom vilken däggdjur anpassar sig till de skiftande kraven under sommar och vinter.

Dessutom har forskare länge misstänkt att förändringar i opioidsystemet kan ha ett samband med säsongsbundna humörsvängningar. Störningar i opioidreceptorernas funktion har redan kopplats till depression, ångeststörningar och ätstörningar. Säsongsbunden affektiv störning, som ofta yttrar sig som vinterdepression, ökad aptit och förändrade sömnmönster, kan också delvis hänga samman med förändringar i dessa signalvägar. Det är dock fortfarande oklart om de nu påvisade säsongsvariationerna i mu-opioidreceptorerna i hjärnan och den bruna fettvävnaden faktiskt bidrar till sådana humörpåverkningar, och detta måste undersökas i ytterligare studier.