維持體溫恆定的分子調控 (The maintenance of body temperature homeostasis)

維持體溫恆定的分子調控 (The maintenance of body temperature homeostasis)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：「体温恒常性維持のメカニズムの解明」に成功

圖片來源：維基百科

包括人類在內的哺乳動物體溫，能維持一定，幾乎不受外界環境溫度的影響。此保持體內環境於一定溫度的傾向稱之為「體溫恆定」(body temperature homeostasis)。體溫恆定調控系統的設計堪稱完美，例如：當皮膚感知寒冷時，受器將訊息傳送至大腦的體溫調節中樞，再從中樞傳達對抗寒冷指令至神經末梢。其中下達的部分指令會使負責產生熱能的褐色脂肪組織，產生「非顫動熱能」，另外下達的指令使皮膚血管收縮，以避免熱能散失，這些指令經由交感神經來執行。若熱能仍不足，就透過運動神經，誘發骨骼肌顫動產生熱能，以維持體溫。但體溫恆定的分子機制仍不清楚。

日本京都大學醫學研究所為主的研究團隊，藉由蛋白質Nardilysin的基因剔除小鼠等實驗，解開維持體溫恆定的分子調控機制，其研究成果刊載於2014年2月4日科學期刊「Nature Communications」線上版。

他們發現在常溫下此基因剔除小鼠的體溫，較野生型小鼠低1.5℃。野生型小鼠即使在4℃寒冷環境，體溫也幾乎能維持一定，但是此基因剔除小鼠在寒冷環境2小時後，體溫降至30℃以下，3小時後，再明顯下降至15℃以下。此基因剔除小鼠在寒冷環境較野生型小鼠顫動更為激烈，顯示在感知寒冷而產生顫動熱能並無障礙。另分析產生非顫動熱能的褐色脂肪組織，發現此基因剔除小鼠在常溫下非顫動熱能的產生狀態較野生型小鼠亢進，但缺少適應寒冷環境所必要的額外熱能產生來源。

他們亦發現，在產生熱能的褐色脂肪組織中，β3腎上腺素受器、蛋白質UCP1、以及調控UCP1基因表現的轉錄共同作用因子PGC-1α均扮演重要角色。寒冷環境下，野生型小鼠這些有關於熱能產生的基因表現會上升，但在該基因剔除小鼠則未出現明顯上升。

他們進一步發現，該基因剔除小鼠在常溫23℃下，熱能散失亢進，為保持體溫恆定，須比野生型小鼠產生更多熱能。但因褐色脂肪組織的熱能產生已達極限，即便投予腎上腺素，也無法產生額外熱能。接著為排除熱能散失的因素，將環境溫度提高至30℃，以達到除基礎代謝外、無熱能需求的狀態，此時，該基因剔除小鼠的褐色脂肪組織之熱能產生量雖較野生型小鼠多，但已恢復對腎上腺素的反應，不過，其體溫竟與常溫23℃環境相同，維持比野生型小鼠低1.5℃。此現象高度顯示該基因剔除小鼠的體溫設定值可能較低。

他們分析培養的褐色脂肪細胞後，發現蛋白質Nardilysin能與細胞核內的PGC-1α結合，經由調節此轉錄共同作用因子的活性，以控制UCP1基因的表現。簡言之，該研究發現蛋白質Nardilysin在體溫設定(中樞神經)、熱能散失(皮膚血管)、熱能產生(褐色脂肪組織)的調控，具有密切相關性，也對維持體溫恆定扮演重要的角色。

名詞解釋 :

1.褐色脂肪組織(Brown adipose tissue)：為一產生非顫動熱能(non-shivering thermogenesis)的特殊組織，它的主要功能是透過氧化反應產生熱能，受到UCP1蛋白質的調控。

2.基因剔除小鼠(knockout mice)：該研究使用蛋白質Nardilysin的基因剔除小鼠，簡稱(Nrd1^-/-mice)。

延伸學習 :

粒粒皆辛苦–粒線體的生理功能

http://www.nsc.gov.tw/scitechvista/zh-tw/Articles/C/0/9/10/1/1618.htm

生命的躍升：為了要維持體溫恆定，你得要付出多少代價？

http://pansci.tw/archives/19469