身體如何儲存油脂
大口吃下喜歡的薯條、冰淇淋、蛋糕之前,有沒想過這些食物消化後,在體內會變成什麼呢?
人體一段時間不進食,也不會立刻歸西,是因為身體有儲存能量的途徑:肝臟攝取消化完的食物來供應身體能量,多出來的部分則以「三酸甘油脂」儲存於脂肪細胞的「油滴」之中。
油滴的大小和數目,攸關胖瘦與生存。若脂肪細胞太少、無法儲存油脂,會導致代謝疾病,例如先天性脂肪失養症。但若脂肪細胞太多,或是油滴數目太多、尺寸太大,儲存的油脂過多,又會導致肥胖問題。因此,油滴如何維持體內油脂的平衡很重要。
看起來「油滴」是很重要的角色,但其實以前科學界誤以為它「只是一堆油」積在那裡。直到近幾年,細胞學家才發現:
原來「油滴」負責重要任務:儲存油脂,以供需要的時候使用。
油脂如何被使用
王昭雯說明:「細胞,是生命的基本單位。它本身的運作,要能維持生命的穩定性」。所以油滴會儲存油脂,也會在需要的時候拿出來用,才能維持油脂代謝的平衡。
存於油滴的油脂,在細胞中透過兩種途徑被使用:脂肪分解、細胞自噬。
這兩種途徑,都是將油滴儲存的三酸甘油脂 (TAG) 分解成三磷酸腺苷 (ATP),提供大量能量支持細胞運作。如下面兩張圖片所示:
「我們找出這兩種油滴降解的途徑,代表這兩種途徑同時存在於細胞內,」王昭雯說明,但究竟細胞會走哪一條路,來運用油滴裡的油脂,會隨著生理狀態而不同,發生在身體不同組織也不盡然相同。
了解這些油脂儲存與代謝機制後,回到減肥的話題。
若要避免肥胖,就要避免飲食過度,因為身體會將用不到的能量,轉換成油脂送到脂肪細胞中存入油滴裡,好比將多餘存款放入定存,以備不時之需。另一方面,也要製造油滴被使用的機會,尤其是運動。當身體需要大量能量時,油滴儲存的油脂就會被分解,提供能量支持身體活動。
油滴:延長細胞的壽命
油滴只存在於人體的脂肪細胞嗎?非也。像是酵母菌這種單細胞,也擁有「油滴」。並且隨著基因變異,也會出現油滴大小和數量異常的情況,如下圖所示:
酵母菌細胞裡的油滴,除了儲存三酸甘油脂 (TAG),也儲存了固醇脂 (SE),酵母菌如何運用這些油脂有另一個有趣的機制。
王昭雯團隊發現,當酵母菌因大量生長而進入到「營養不足」的狀態時,酵母菌的液胞表面會分化出兩種不同的小區塊。這時油滴會逐漸往液胞靠過去,直到定格在其中一種小區塊,好讓液胞利用「細胞自噬」的機制來吃掉油滴。
這時,液胞中的水解酵素會分解油滴中的油脂,並將固醇脂 (SE) 轉換成固醇,以維持液胞的運作,此舉會讓更多的油滴再被吞噬。王昭雯比喻,基本上這就是一種「資源回收再利用」的環保概念。
透過這機制,酵母菌得以在營養缺乏時,慢慢地用液胞把油滴吃掉,以延續生命。
從喜歡畫畫,到細胞學家
「在顯微鏡底下,你可以看到油滴在細胞裡面移動,可以感受到這是一個活的東西!」王昭雯讚嘆,油滴充滿未知、也很有趣。
但其實求學時期,王昭雯原本想當個畫家。「我比較喜歡畫圖,當興趣可以,但將來能不能成就一番大事,我那時候不知道。」
畫家雷諾瓦說:人生就像順小河漂流的軟木塞。高中升大學時,王昭雯像是這樣的軟木塞,將志願卡交由昆蟲系畢業的爸爸填寫;而時間的小河,將王昭雯漂向臺大植病系。在這裡,意外發現「畫畫」可以在觀察紀錄細胞時派上用場。
生活中累積的美學、空間概念,有助於理解、想像細胞裡的空間配置。
因為細胞很小,要用顯微鏡才看得到,但更細微的結構是看不見的,細胞裡許多分子作用機制,要靠想像腦補。米開朗基羅曾說:「繪畫時,不是用手,而是用腦」。王昭雯體悟到細胞學家的特質,其實和畫家有共通之處,對於空間結構和細微變化都要很敏感。
「油滴」這個微型空間之中,充滿未知,其實大部分的研究時間就是不斷在黑暗中摸索,也常常因為無法突破而感受到痛苦;但若發現新的東西,那樂趣足以支持王昭雯和團隊繼續前進。如同雷諾瓦所言──痛苦會過去,美會留下。
研之有物延伸閱讀:
01 王昭雯的網頁
02 Wang, C.-W.* (2016). Lipid droplets, lipophagy, and beyond. Biochim Biophys Acta. 1861(8 Pt B):793-805.
03 Wang, C.-W.* (2015). Lipid droplet dynamics in budding yeast. Cell. Mol. Life Sci. 72(14):2677-95.
04 Wang, C.-W.*, Miao, Y.-H., and Chang, Y.-S. (2014). A sterol-enriched vacuolar microdomain mediates stationary phase lipophagy in budding yeast. J. Cell Biol. 206(3):357-66.
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