有袋动物是发现哺乳动物加热器官起源的关键

大约 1 亿年前，一次显著的进化转变使胎盘哺乳动物得以多样化并征服了地球上的许多寒冷地区。斯德哥尔摩大学的新研究表明，典型的哺乳动物加热器官——棕色脂肪，只在现代胎盘哺乳动物中进化。这项研究发表在《科学》杂志上。

斯德哥尔摩研究小组与德国慕尼黑亥姆霍兹研究所、柏林自然历史博物馆以及英国东英吉利大学合作证明，我们的远亲有袋动物拥有一种尚未完全进化的棕色脂肪。

他们发现，一种名为 UCP1 的关键产热蛋白在胎盘哺乳动物和有袋哺乳动物分化后变得活跃。这一发现对于理解棕色脂肪在哺乳动物进化、恒温和新陈代谢中的作用至关重要。

“我们的研究对于理解棕色脂肪的起源和调控做出了重要贡献，”该研究的共同第一作者 Susanne Keipert 说。

“棕色脂肪的能量消耗功能是医学研究的主要焦点，因为它具有改善肥胖、糖尿病和心脏代谢疾病的潜力;这些疾病都已达到流行的程度，是对我们的医疗保健系统的最大威胁之一。”

这项工作标志着斯德哥尔摩大学 Jastroch 实验室的最新里程碑，该实验室率先研究哺乳动物产热的进化，并将这些进化见解融入对人类代谢疾病的理解中。

这项新研究表明，在负鼠幼崽首次离开母亲并经历寒冷压力的关键发育时期，有袋类动物的 UCP1 基因在负鼠幼崽的脂肪组织中活跃转录。这类似于胎盘哺乳动物的出生，大多数婴儿需要棕色脂肪来调节体温。

在 UCP1 转录过程中，许多(但不是全部)在棕色脂肪中常见的基因都存在于有袋动物中。这表明有袋动物不具备胎盘哺乳动物中发现的完全进化的棕色脂肪组织。此外，加热器蛋白 UCP1 在有袋动物中不产生热量，这表明这种棕色脂肪的原型缺乏产热功能。然而，有袋动物 UCP1 的功能仍有待发现。

“这一证据表明，在有袋类和胎盘类哺乳动物分化之前，产热所需的基因网络就已经存在。然而，关键的 UCP1 蛋白是在有袋类与胎盘类分离之后才进化出产热能力的，”Martin Jastroch 解释道。

为什么研究哺乳动物家族史对于阐明棕色脂肪组织的起源很重要?

“要找到棕色脂肪的起源，我们不能使用时光机。但是，通过研究进化史不同时期分化的生物物种，我们可以确定哪些物种有棕色脂肪组织，以及存在哪些产热机制的成分。有袋动物大约在 1.2 亿至 1.8 亿年前与胎盘哺乳动物分道扬镳。如果有袋动物有功能性棕色脂肪及其产热蛋白，则表明该器官在这次分化之前就存在了。既然没有，那么它很可能是在后来进化的，”凯珀特说。

研究人员利用生物信息学工具对多种动物的 UCP1 序列信息进行分析，重建了干胎盘哺乳动物的古老 UCP1，它可能存在于约 1.1 亿年前。

他们发现这种古老的蛋白质能够产生热量，这表明胎盘哺乳动物的祖先中存在产热的棕色脂肪，但在此之前并不存在。这种创新可能使胎盘哺乳动物能够在新的寒冷环境中茁壮成长。

关于棕色脂肪的事实

棕色脂肪是有胎盘哺乳动物特有的发热器官，通过一种名为解偶联蛋白 1 (UCP1) 的蛋白质产生热量。UCP1蛋白质将线粒体转化为小型发热单元，直接将脂肪和糖转化为热量。

棕色脂肪使新生胎盘哺乳动物(包括人类婴儿)能够在离开温暖的子宫后抵御寒冷压力。它有助于在寒冷中维持体温，因为未成熟的肌肉无法充分颤抖。

在以后的生活中，棕色脂肪可以通过燃烧过多的脂肪和糖来预防代谢并发症。了解棕色脂肪的工作原理对于开发代谢紊乱的治疗干预措施至关重要。