棕色脂肪說：「熬夜使人胖！」

晝夜顛倒的生活會使代謝紊亂已經不是新聞了！相關的研究發現，輪班工作者經常因為生理時鐘受影響，導致代謝紊亂，最後造成肥胖、第二型糖尿病、心血管疾病等。而影響生理時鐘最大的因素是光。 一項由牛津大學研究團隊在2014年發表的大型研究也發現，夜間光照與肥胖之間呈現相關（1）；而生理時鐘基因缺損的小鼠，出現肥胖與胰島素阻抗（insulin resistance）（2）。但是，到目前為止，究竟夜間光照如何導致肥胖的機制，還不清楚。

棕色脂肪組織（brown fat tissue）是人體中消耗大量能量的組織之一。透過它的粒線體，棕色脂肪將原本燃燒三酸甘油酯（TG，triglycerides）所產生的能量全部轉換為熱能、進行所謂的「不發抖產熱」來調節體溫。

這是怎麼發生的呢？原本粒線體進行細胞呼吸（cellular respiration）的目的是產生能量（ATP）供細胞作功使用；但由於棕色脂肪中的粒線體多了UCP1蛋白（uncoupling protein 1，又稱為thermogenin，下圖紫色橢圓）：

UCP1（下方紫色橢圓）的作用機制。圖片來源：wiki

UCP1將電子傳遞鏈所運送的、原本要用於產生ATP的氫離子（H⁺）直接送回粒線體基質（mitochondrial matrix，米色區塊），於是氫離子中所含的能量全部轉換為熱能，成為我們的體溫的一部份。

由於棕色脂肪組織消耗相當多的能量，而過去又發現交感神經（sympatheic nervous system）連結到棕色脂肪組織；於是在荷蘭的研究團隊便決定來看看過多的光照是否會影響棕色脂肪組織的活性（3）。

他們將小鼠分成三組，第一組是白天黑夜各12小時；第二組是16小時光照、8小時黑夜；第三組則是24小時光照。結果發現，雖然三組吃一樣的食物、體重也都差不多，但是24小時光照組的白色脂肪量（以gWAT，性腺白色脂肪組織，來計算）比12小時組的多了兩成（16小時組的白色脂肪量則介於兩者之間）。

讀者可能會說，會不會24小時組的老鼠吃得比別人多？事實上，研究團隊發現24小時組的老鼠，活動力比其他兩組要差，吃得也比其他兩組少。所以，這一組的老鼠的白色脂肪比別人多，並不是因為吃得多的關係。

而研究團隊進一步使用同位素標定的脂肪（油酸，oleate）與葡萄糖來觀察棕色脂肪的活性。結果發現，24小時組的老鼠，在幾個不同部位的棕色脂肪組織都出現了脂肪與葡萄糖攝取降低的現象；但是牠們的肝、心與肌肉對這些養分的攝取並沒有降低。

在更進一步的實驗中，研究團隊發現在24小時光照組的老鼠，牠們的棕色脂肪組織合成正腎上腺素（norepinephrine）的能力下降了。由於交感神經主要是透過腎上腺素來調節組織的活性，因此研究團隊又做了一件事：將連往棕色脂肪組織的交感神經切除。

切除以後的老鼠體重上昇了、棕色脂肪組織的活性下降了，但有意思的事情是，即使給牠們24小時光照，切除交感神經的老鼠的棕色脂肪組織的活性並沒有再進一步降低。這顯示了，光照對於棕色脂肪組織活性的影響，是透過交感神經系統來調節的。

看到這裡，讀者朋友可能會覺得，好，我們知道光照會影響棕色脂肪組織的活性，進而使我們肥胖、甚至發展出第二型糖尿病、心血管疾病；但對於輪班工作者來說，上班怎麼可能不開燈呢？所以這樣的研究對他們來說又有什麼用？

或許對於輪班工作者來說，是真的無可奈何（除非放棄工作）；但如果單考慮棕色脂肪組織的話，似乎可以將工作環境的溫度調低，對於提高它的活性有一定程度的幫助。而對於一般人來說，這個研究結果意味著睡覺的時候不開燈，可以維持棕色脂肪組織的活性，對我們的健康是有益的，不是嗎？

（本文版權為台大科教中心所有，其他單位需經同意始可轉載）

參考文獻：

1. Emily McFadden et. al. 2014. The Relationship Between Obesity and Exposure to Light at Night: Cross-Sectional Analyses of Over 100,000 Women in the Breakthrough Generations Study. American Journal of Epidemoiolgy. doi: 10.1093/aje/kwu117

2. F.W. Turek et. al. 2005. Obesity and metabolic syndrome in circadian Clock mutant mice. Science. 308（5724）：1043-1045.

3. Sander Kooijman et. al., 2015. Prolonged daily light exposure increases body fat mass through attenuation of brown adipose tissue activity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi: 10.1073/pnas.1504239112

你吃的東西會影響你的睡眠

大家是否曾有這樣的經驗：在一個晚上的大吃大喝以後，第二天早上爬不起來，或全身都不舒服？筆者因為多年來早上都習慣了吃麵包（富含碳水化合物），中餐、晚餐則只會吃少量的碳水化合物配上大量的蔬菜與適量的蛋白質，有一次因為太忙，在中餐時吃了一碗泡麵（碳水化合物），結果整個下午都不舒服。後來才發現，只要中餐、晚餐不要吃那麼多碳水化合物（白飯、麵包、麵條等），就不會覺得不舒服了。當時覺得很奇妙，原來身體竟然會因為中餐吃得像早餐來跟我抗議嗎？沒想到最近在日本的一個研究，就是在告訴我們，如果多年來我們的三餐的內容（碳水化合物、蛋白質、脂肪等）已經固定了，那麼我們的身體也會做好相應的調整，這時如果打破這個規律，就會產生不良影響。

是否有人跟筆者一樣，多年來早餐都吃麵包？
圖片來源：維基百科

最近由山口大學（Yamaguchi University）明石誠博士（Dr. Makoto Akashi）領導的研究團隊出版於「細胞報告」（Cell reports）期刊的研究成果，對於如何通過飲食控制調節生物時鐘（biological or 'circadian' clock），提供了新的見解；未來或許可以以此來幫助不同狀況的患者。報告中也提到，胰島素（insulin）可能參與了重新設定時鐘。

胰島素（insulin）。圖片來源：維基百科

生物時鐘對決定一天中的最佳睡眠時間、最清醒的時段、以及某些生理過程進行的時間都擔任了重要角色。時鐘使特定的基因在一天中適當的時間表達到最高，使生物能夠適應地球的自轉所帶來的晝夜變化。 生理節奏和環境節奏之間長期的不同步現象（chronic desynchronization），不僅會使生理功能降低，而且還有造成疾病的顯著風險：如糖尿病、心血管疾病、睡眠障礙和癌症。

生物時鐘包括兩個主要途徑。第一個途徑與光有關，目前已經有許多研究成果了。第二個途徑與食物有關，這部分了解得不多。明石博士和他的同事們在使用培養的細胞以及小鼠的實驗中發現，在培養的細胞中，胰島素，這種在進食後會分泌的胰腺賀爾蒙，可能涉及生物時鐘的設重新定。 以胰島素為媒介的相位調節，可以使攝食相關組織在進食時間和組織功能之間進行同步，從而有效地消化和吸收。簡單來說，胰島素可以幫助我們的「胃時鐘」與進食時間同步。

這個研究結果，提供了如何通過飲食控制來調節生物時鐘的寶貴資訊。例如時差（jet lag）的調整，研究人員建議晚餐應該搭配可以促進胰島素分泌的食物，這可能會導致生物時鐘的相位超前（用白話來說，就是把時鐘往前調），而早餐則相反。（筆者按：如果讀者朋友像我一樣，多年來三餐吃什麼類型的食物都已經固定了，或許在出國時可以試試晚餐吃得像早餐，早餐吃得像晚餐，或許對時差的調整有幫助）調查結果還顯示，對於有胰島素阻抗（insulin resistance，為第2型糖尿病患者的特徵）的人，經由食物來調整時鐘未必有效。這個研究成果，也提醒了我們，用胰島素治療患者時，可能會對患者的生物時鐘產生副作用。

參考文獻：

2014/7/10. What you eat may affect your body's internal biological clock -- ScienceDaily