有袋动物是发现哺乳动物加热器器官起源的关键

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。斯德哥尔摩大学的一项新研究表明，典型的哺乳动物加热器器官棕色脂肪仅在现代胎盘哺乳动物中进化而来。这项研究发表在《科学》杂志上

斯德哥尔摩研究团队与德国的亥姆霍兹慕尼黑和柏林自然历史博物馆以及英国的东安格利亚大学合作，证明了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，在胎盘哺乳动物和有袋哺乳动物分化后，称为UCP1的关键产热蛋白变得活跃。这一发现对于理解棕色脂肪在哺乳动物进化、吸热和代谢中的作用至关重要

“我们的研究对理解棕色脂肪的起源和调节做出了重要贡献，”该研究的第一作者之一Susanne Keipert说

“棕色脂肪的能量消耗功能是医学研究的主要焦点，因为它有可能改善肥胖、糖尿病和心脏代谢疾病；所有这些疾病都已达到流行病的程度，是我们医疗保健系统面临的最大威胁之一。”

这项工作标志着斯德哥尔摩大学Jastroch实验室的最新里程碑，该实验室率先研究了哺乳动物热量产生的进化，并将这些进化见解融入了对人类代谢疾病的理解

这项新研究表明，在幼负鼠第一次离开母亲并经历冷应激的关键发育期，有袋类动物的UCP1基因在其脂肪组织中积极转录。这类似于胎盘哺乳动物的出生，当时大多数婴儿需要棕色脂肪来调节体温

在UCP1转录过程中，有袋动物体内存在许多但不是所有在棕色脂肪中普遍表达的基因。这表明有袋动物并不拥有胎盘哺乳动物中完全进化的棕色脂肪组织。此外，加热蛋白UCP1在有袋动物中不产生热量，这表明这种原始形式的棕色脂肪缺乏产热功能。然而，有袋动物UCP1的功能仍有待发现

“这一证据表明，在有袋动物和胎盘哺乳动物分化之前，就已经存在了产热所需的基因网络。然而，关键的UCP1蛋白只有在与有袋动物分离后才进化出产生热量的能力，”Martin Jastroch解释道

“要找到棕色脂肪的起源，我们不能使用时间机器。然而，通过检查进化史上不同时期分化的活物种，我们可以确定哪些物种有棕色脂肪组织，哪些热量产生机制的成分存在。大约1.2亿至1.8亿年前，有袋动物已经从胎盘哺乳动物中分裂出来。如果有袋动物有功能性的棕色脂肪及其产热蛋白，这表明该器官在分裂之前就存在了。由于没有，它很可能是在后来进化的，”Keipert说

利用生物信息学工具对许多动物的UCP1序列信息进行分析，研究人员重建了干胎盘哺乳动物的古老UCP1，因为它可能存在于约1.1亿年前

他们发现这种古老的蛋白质可以产生热量，这表明胎盘哺乳动物的祖先中存在产生热量的棕色脂肪，但以前没有。这一创新可能使有胎盘的哺乳动物能够在新的寒冷环境中茁壮成长

棕色脂肪是胎盘哺乳动物中一种独特的加热器器官，通过一种名为解偶联蛋白1（UCP1）的蛋白质产生热量。UCP1蛋白将线粒体转化为小的加热器单元，直接将脂肪和糖转化为热量

棕色脂肪使包括人类婴儿在内的新生胎盘哺乳动物在离开温暖的子宫后能够在寒冷的压力下生存。它有助于在寒冷中保持体温，因为未成熟的肌肉无法充分颤抖

在晚年，棕色脂肪可以通过燃烧过量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