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當(dāng)動(dòng)物突然遭遇寒冷環(huán)境時(shí)，需要立即合成更多的熱量，否則體溫就會(huì)下降。50多年前，科學(xué)家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這其中包括兩個(gè)不同的過(guò)程：首先是顫抖。顫抖是指肌肉收縮但實(shí)際上不做任何機(jī)械功，只產(chǎn)生大量熱量。然而，冷暴露后顫抖過(guò)程很快就結(jié)束了，但熱量合成卻仍會(huì)繼續(xù)。因此，必然存在某種“非顫抖”形式的產(chǎn)熱——也被稱(chēng)為“非顫抖型產(chǎn)熱（NST）”。
事實(shí)證明，大部分非顫抖型產(chǎn)熱都發(fā)生在被稱(chēng)為棕色脂肪組織（BAT）的脂肪中。BAT之所以屬于脂肪組織，是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)含有大量脂滴，但與常見(jiàn)的“白色”脂肪組織不同，棕色脂肪細(xì)胞內(nèi)還含有大量的線粒體，所以呈現(xiàn)出棕色的外觀。
事實(shí)上，棕色脂肪組織的線粒體相當(dāng)特殊。線粒體的作用是將我們吃的食物（如糖和脂肪）轉(zhuǎn)化為一種叫做ATP的化合物，因此線粒體通常被稱(chēng)為“細(xì)胞的發(fā)電站”。
實(shí)際上，我們認(rèn)為線粒體更像是一個(gè)貨幣兌換點(diǎn)，它們吸收各種不同的大分子，將它們兌換成貨幣，供給細(xì)胞用于執(zhí)行所有有能量需求的功能。但是，棕色脂肪組織線粒體中有一種特殊的蛋白質(zhì)，這種蛋白使得棕色脂肪組織的線粒體進(jìn)行貨幣兌換的效率非常低，卻產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)品——熱量，這就是非顫抖性產(chǎn)熱的理想來(lái)源。因此，當(dāng)動(dòng)物遭遇寒冷時(shí)，交感神經(jīng)系統(tǒng)激活棕色脂肪組織，產(chǎn)生大量非顫抖型的熱量以保持體溫。
在過(guò)去四十年時(shí)間里，以上這些知識(shí)已經(jīng)為我們所共識(shí)，原本我也認(rèn)為不會(huì)有什么新的發(fā)現(xiàn)。因此，當(dāng)幾個(gè)學(xué)生來(lái)跟我講他們想要做的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我表示非常懷疑。他們感興趣的是這個(gè)過(guò)程是否涉及腸道菌群。
腸道菌群是生活在消化道中的細(xì)菌群落，它們可以合成多種代謝物，不僅如此，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群還參與了從體重調(diào)節(jié)到抑郁等一系列生理病理過(guò)程。
那么腸道菌群是否也參與了棕色脂肪組織的體溫調(diào)節(jié)過(guò)程呢？對(duì)此我深表懷疑，我的懷疑精神不僅源于我沒(méi)有看到證據(jù)，還因?yàn)槟c道菌群這一概念已經(jīng)被炒得過(guò)熱，幾乎每個(gè)人都想搭上這趟快車(chē)。但我還是非常不情愿地同意了，我們?cè)O(shè)計(jì)了一些實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證它。
起初，我們使用抗生素殺死小鼠體內(nèi)所有的腸道細(xì)菌，然后觀察小鼠冷暴露時(shí)的反應(yīng)，出乎意料的是，小鼠確實(shí)無(wú)法像正常小鼠一樣進(jìn)行體溫調(diào)節(jié)。我想，這也許與抗生素本身有關(guān)，而不是與腸道菌群有關(guān)。接下來(lái)，我們使用了無(wú)菌環(huán)境中飼養(yǎng)的小鼠，結(jié)果幾乎是相同的。這說(shuō)明腸道菌群似乎是重要的，但可能僅僅意味著，缺乏腸道菌群的小鼠消化食物的速度滿(mǎn)足不了寒冷條件下額外的能量需求。
為了驗(yàn)證腸道菌群是否真的開(kāi)啟了體溫調(diào)節(jié)信號(hào)，除了殺死腸道細(xì)菌，我們還做了很多其他實(shí)驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)，一種由腸道細(xì)菌產(chǎn)生的短鏈脂肪酸（丁酸鹽）似乎是冷暴露期間激活棕色脂肪組織機(jī)制的重要元件。我們給缺乏腸道菌群的小鼠補(bǔ)充了它們?nèi)鄙俚亩∷猁}，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其受損的體溫調(diào)節(jié)能力得到了部分恢復(fù)。
該工作發(fā)表在最近的 Cell Reports 雜志上。雖然我們目前還不清楚該現(xiàn)象的機(jī)制是什么，但我依然認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)為我原本認(rèn)為已經(jīng)充分研究的舊領(lǐng)域增添了新的活力（和復(fù)雜性）。這恰恰驗(yàn)證了那句古話——“如果你想找新東西，不妨去翻一份舊報(bào)紙”。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所
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