南科大王冠宇团队研究成果揭示体重调节规律及“中年发福”本质
2020年06月11日 科研新闻 浏览量 :1178

近日,南方科技大学生物系副教授王冠宇课题组在机体能量代谢领域研究取得突破性进展,建立了“体脂量原位稳定的瘦体中心锁定点理论”(the leanocentric locking-point theory on fat mass homeostasis),简称“瘦体中心论”(leanocentrism)。相关成果在《细胞》(Cell)出版社旗下综合期刊iScience发表。

图1.旧的lipostasis理论(左上),全新“瘦体中心论(leanocentrism)”(右上)(包括“脂肪细胞自主调节原位稳定理论”和“代谢欧姆定律”(左下))示意图。

长期以来,人们普遍认为体脂量受到大脑的严格调控,例如减肥后体重的反弹就是大脑调控的体现。早在1902年,Rudolf O. Neumann就通过实验揭示了体重的稳定性。1953年,Gordon C. Kennedy提出了lipostasis 理论,认为体重稳定的根本原因在于大脑对体脂量的精确感知及反馈控制。1995年瘦素(Leptin)的发现证实了从脂肪组织到下丘脑的信号通路,为lipostasis 理论提供了重要佐证,使得该理论成为一条基本原理被写入教科书。尽管lipostasis 理论存在很多问题,例如需要假定一个存在于下丘脑的体重的“设定点”,难以解释“中年发福”等自然现象等,但体脂量受到大脑严格调控这一根本原则已深入人心。

然而,这一根本原则受到王冠宇课题组的有力挑战。通过对机体代谢系统进行数学建模和大量计算分析,研究人员发现体重的稳定性并不依赖于大脑的调控,而是周围系统各代谢组织之间复杂相互作用的结果。首先,体脂量的大小主要由肌肉的胰岛素抵抗程度所决定,不需要在下丘脑中假定“设定点”。其次,体脂量的稳定性源自脂肪细胞的自我调节。例如在通过强制节食迅速减肥以后,变得很小的脂肪细胞的胰岛素敏感性会增大。这样在恢复正常饮食以后,脂肪细胞会在吸收营养上占得先机,促使体重迅速反弹。整个过程由周围组织系统独立实现,不需要中枢神经系统的介入。

图2.对复杂的机体代谢系统的数学建模及计算分析示例

另外,研究团队根据能量平衡原则并结合大量临床数据推导出一个定量公式,称作“代谢欧姆定律”(如图1右下所示)。该定律将与人体体重密切相关的瘦体组织和脂肪组织分别看作并联的电阻器和电容器,瘦体组织的胰岛素抵抗可看作电阻器的电阻(R),瘦体组织每天的卡路里消耗可看作流经电阻器的电流(I),而脂肪组织所存储的体脂量可看作电容器内存储的电量(Q)。这个“代谢欧姆定律”非常直观地揭示了中年发福的本质原因:在个体衰老的过程中,瘦体组织的胰岛素抵抗缓慢增强,使得“电容器”内存储的“电量”缓慢增加,即产生“中年发福”现象。由于“电流”没有变大,“中年发福”可以在营养并不过剩的情况下发生,因此“代谢欧姆定律”解释了适度的“中年发福”是正常的生理过程。

在当前肥胖症和糖尿病广泛流行的背景之下,上述发现有着重要的科学意义和社会价值。多年来,人们一直希望揭示下丘脑“设定点”的本质,为肥胖症的治疗提供药物靶点。而王冠宇课题组的研究则告诫人们这个“设定点”很可能并不存在,人类应该在提高机体胰岛素敏感性上取得突破,从而达到控制体重的目的。

王冠宇为论文唯一通讯作者,南方科技大学为论文唯一单位。该项目得到了国家自然科学基金、广东省重点实验室项目和深圳市科创委项目的大力资助。南科大计算科学及工程中心超级计算机“太乙”提供了全部的数学模拟及计算分析。

 

论文链接:

https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(20)30361-8

 

供稿:生物系

通讯员:王冠宇 付文卿

编辑:吴一敏

主图设计:丘妍