Бурая жировая ткань

Бурая жировая ткань — это один из двух типов жировой ткани у млекопитающих, специализирующийся на производстве тепла (термогенезе) за счёт окисления жирных кислот. В отличие от белой жировой ткани, которая служит в основном для запасания энергии, бурая жировая ткань играет ключевую роль в поддержании температуры тела в условиях холода (недрожательный термогенез) и в регуляции энергетического обмена. У человека она наиболее активна у новорождённых, а у взрослых её количество значительно меньше и сосредоточено в основном в области шеи, надключичных ямок, вдоль позвоночника и вокруг крупных сосудов.

История открытия

Впервые бурая жировая ткань была описана швейцарским натуралистом Конрадом Гесснером в 1551 году, который заметил у сурков «не жирную, а железистую» ткань в области шеи. Однако её функциональное значение оставалось неизвестным на протяжении нескольких столетий. В XIX веке учёные, изучая зимоспящих животных, обратили внимание на необычный цвет и обильное кровоснабжение этой ткани. В 1902 году русский гистолог А. А. Кронтовский впервые высказал предположение о её роли в теплопродукции.

Современное понимание термогенной функции бурой жировой ткани начало формироваться в 1960-х годах, когда британский физиолог Дэвид Халл и его коллеги доказали, что она служит основным источником тепла у новорождённых млекопитающих. Открытие в клетках бурой жировой ткани уникального белка термогенина (UCP1, разобщающий белок 1) произошло в 1970-х годах, что окончательно объяснило механизм теплопродукции на молекулярном уровне.

Долгое время считалось, что у взрослых людей бурая жировая ткань практически отсутствует. Перелом произошёл в 2009 году, когда с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) с фтордезоксиглюкозой было показано, что функционально активная бурая жировая ткань выявляется у значительной части взрослых лиц, особенно в условиях холодовой нагрузки. Это открытие вызвало новый всплеск интереса к ткани как к потенциальной мишени для борьбы с ожирением и метаболическими нарушениями.

Строение и физиология

Морфология

Клетки бурой жировой ткани (адипоциты) отличаются от клеток белого жира несколькими ключевыми особенностями. В цитоплазме бурой жировой ткани содержится множество мелких липидных капель (полилокулярное расположение), а не одна крупная капля, как в белом жире (унилокулярное). Главная морфологическая особенность — обилие крупных митохондрий с плотно упакованными кристами. Именно высокое содержание железа в цитохромах митохондрий придаёт ткани характерный бурый цвет.

Строма бурой жировой ткани включает богатую сеть капилляров и симпатических нервных волокон, обеспечивающих быструю активацию.

Механизм термогенеза

Основу теплопродукции составляет разобщение окислительного фосфорилирования в митохондриях. В обычных условиях энергия, высвобождающаяся при окислении питательных веществ, идёт на синтез АТФ. В бурой жировой ткани белок UCP1 (термогенин), расположенный во внутренней мембране митохондрий, создаёт альтернативный путь для протонов, возвращающихся в матрикс митохондрии. Движение протонов через UCP1 не сопряжено с синтезом АТФ; энергия протонного градиента рассеивается в виде тепла.

Процесс активируется в первую очередь симпатической нервной системой. При снижении температуры окружающей среды сигнал от холодовых рецепторов кожи поступает в гипоталамус, откуда по симпатическим эфферентным волокнам передаётся на бурую жировую ткань. Выделяющийся норадреналин связывается с β3-адренорецепторами на поверхности адипоцитов, запуская каскад внутриклеточных реакций (аденилатциклазная система, липолиз) и активацию UCP1.

Помимо холода, активаторами бурой жировой ткани служат гормоны щитовидной железы (трийодтиронин), инсулин, иризин (миокин, выделяемый скелетными мышцами при физической нагрузке), а также некоторые пищевые компоненты (например, капсаицин из перца чили). Одним из самых мощных активаторов является холод.

Типы и классификация

Классическая бурая жировая ткань

Образуется в эмбриональном периоде из клеток, происходящих от миотомов (предшественников мышечной ткани). Она локализуется в определённых депо: межлопаточная область, вокруг почек, надпочечников, аорты, в надключичной и подмышечной областях. Классическая бурая жировая ткань наиболее развита у грызунов и зимоспящих животных, а также у новорождённых человека.

Бежевые адипоциты (brite-клетки)

В 2010-х годах был открыт особый тип клеток — бежевые (или brite-клетки, от brown-in-white). Они образуются в депо белой жировой ткани в ответ на холодовую стимуляцию или некоторые гормональные сигналы. Бежевые адипоциты, в отличие от классических бурых, происходят из предшественников белого жира. Они способны экспрессировать UCP1 и переходить в термогенное состояние. Считается, что именно бежевый жир составляет основную массу метаболически активной бурой жировой ткани у взрослых людей.

Бурая жировая ткань человека

У новорождённых

У новорождённых детей бурая жировая ткань играет критическую роль: она составляет 2–5% от массы тела и расположена в основном в межлопаточной области, вокруг почек, вдоль позвоночника. У младенцев механизмы дрожательного термогенеза (сокращение мышц) развиты слабо, и именно бурая жировая ткань обеспечивает защиту от переохлаждения. Активность бурой жировой ткани достигает максимума в первые дни после рождения и постепенно снижается по мере взросления, хотя её остатки сохраняются у взрослых.

У взрослых

Долгое время считалось, что у взрослых людей бурая жировая ткань исчезает. Однако исследования с помощью ПЭТ/КТ продемонстрировали, что функционально активный бурый жир присутствует примерно у 30–50% взрослых при определённых условиях, чаще у женщин, молодых людей и лиц с низким индексом массы тела. Его количество увеличивается в ответ на хроническое воздействие холода и уменьшается при ожирении.

Депо активного бурого жира у взрослых локализуются преимущественно в шее (глубокие мышцы шеи, надключичная область), вдоль позвоночника (паравертебральные зоны), в средостении, вокруг сердца и почек.

Значение и функции

Поддержание температуры тела

Основная, эволюционно древняя функция бурой жировой ткани — недрожательный термогенез. Она позволяет животным (особенно мелким и новорождённым) эффективно поддерживать температуру тела в холодной среде без затрат энергии на мышечную дрожь. У взрослых людей роль бурой жировой ткани в терморегуляции менее значима, но при длительном нахождении на холоде её активация повышает общий расход калорий.

Регуляция энергетического баланса и метаболизма

Активация бурой жировой ткани увеличивает расход энергии (термогенез усиливает окисление жирных кислот и глюкозы). Это делает её потенциальной мишенью для терапии ожирения и метаболического синдрома. У людей с большей массой активного бурого жира наблюдается более низкий уровень триглицеридов, более высокая чувствительность к инсулину и меньший риск сердечно-сосудистых заболеваний.

Участие в механизмах похудения

Переедание само по себе может стимулировать термогенез в бурой жировой ткани (диетический термогенез), что частично компенсирует избыток калорий. Современные исследования направлены на поиск способов фармакологической или физической активации бурой жировой ткани и/или стимуляции перехода белого жира в бежевый (браунинг-эффект) как метода борьбы с ожирением.

Нарушения и патологии

Недостаточность бурой жировой ткани

У недоношенных детей, имеющих мало бурой жировой ткани, повышен риск гипотермии. Снижение активности бурой жировой ткани связывают с развитием ожирения, инсулинорезистентности и сахарного диабета 2-го типа. У пожилых людей активность бурого жира значительно ниже, чем у молодых.

Опухоли

Очень редко встречаются доброкачественные опухоли из бурой жировой ткани — гиберномы (от лат. hibernus — зимний). Гиберномы состоят из полигональных клеток, богатых митохондриями и мелкими липидными каплями, и внешне напоминают бурую жировую ткань спящих сурков. Они обычно локализуются в области шеи, лопаток, бёдер, клинически протекают бессимптомно или как медленно растущее безболезненное образование; малигнизация (злокачественное перерождение) крайне редка.

Методы изучения

• Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) с ¹⁸F-ФДГ — стандарт визуализации метаболически активной бурой жировой ткани. Метод выявляет участки усиленного захвата глюкозы, соответствующие местам термогенеза.
• Биопсия с последующим гистохимическим и иммуногистохимическим анализом (окраска на UCP1).
• Магнитно-резонансная томография (МРТ) — позволяет визуализировать ткань по её магнитным свойствам (хотя бежевый и белый жир на МРТ различаются плохо).
• Молекулярно-биологические методы (ПЦР, вестерн-блот, секвенирование РНК) — для оценки экспрессии генов, характерных для бурого жира (UCP1, PGC1α, PRDM16, DIO2).

Современные исследования и перспективы

Основные направления исследований XXI века:

• Молекулярные механизмы браунинга — изучение того, как можно превращать белые адипоциты в бежевые (факторы транскрипции PRDM16, PGC1α, PPARγ, микро-РНК).
• Фармакологическая активация UCP1 — поиск безопасных препаратов, которые частично разобщают дыхание (аналоги динитрофенола, но с меньшей токсичностью).
• Изучение роли микробиоты — влияние кишечных бактерий на активность бурой жировой ткани.
• Связь с сердечно-сосудистыми заболеваниями — показано, что активный бурый жир улучшает липидный профиль, предотвращает атеросклероз у лабораторных мышей.

Открытие бежевых адипоцитов и понимание пластичности жировой ткани в сочетании с возможностью неинвазивной визуализации сделали бурую жировую ткань одной из перспективнейших мишеней для коррекции метаболических расстройств человека.

Источники

• Cannon B., Nedergaard J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiological Reviews, 2004.
• Cypess A. M., Lehman S., Williams G., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New England Journal of Medicine, 2009.
• Rosen E. D., Spiegelman B. M. What we talk about when we talk about fat. Cell, 2014.
• Lidell M. E., Enerbäck S. Brown and beige adipose tissue: new insights into cellular identity and metabolic function. Nature Reviews Endocrinology, 2015.
• Kalinovich A. V., de Jong J. M. A., Cannon B., Nedergaard J. UCP1 in adipose tissues: two steps to full browning. Biochimie, 2017.
• Virtanen K. A., Lidell M. E., Orava J., et al. Functional brown adipose tissue in healthy adults. New England Journal of Medicine, 2009.
• Гистология человека (учебник), под ред. В. А. Быкова, 2020.