Both brown and white adipose tissues (BAT/WAT) are innervated by the peripheral nervous system, including efferent sympathetic nerves that communicate from the brain/central nervous system out to the tissue, and afferent sensory nerves that communicate from the tissue back to the brain and locally release neuropeptides to the tissue upon stimulation. This bidirectional neural communication is important for energy balance and metabolic control, as well as maintaining adipose tissue health through processes like browning (development of metabolically healthy brown adipocytes in WAT), thermogenesis, lipolysis, and adipogenesis. Decades of sensory nerve denervation studies have demonstrated the particular importance of adipose sensory nerves for brown adipose tissue and WAT functions, but far less is known about the tissue's sensory innervation compared to the better-studied sympathetic nerves and their neurotransmitter norepinephrine. In this review, we cover what is known and not yet known about sensory nerve activities in adipose, focusing on their effector neuropeptide actions in the tissue.
Obesity is a worldwide problem that is associated with metabolic disorders. Obesity is caused by the accumulation of an abnormal amount of body fat in adipose tissue. Adipose tissue is a major metabolic organ, and it has been classified as either white adipose tissue (WAT) or brown adipose tissue (BAT). WAT and BAT are characterized by different anatomical locations, morphological structures, functions, and gene expression patterns. WAT is mainly involved in the storage and mobilization of energy in the form of triglycerides. On the other hand, BAT specializes in dissipating energy as heat through uncoupling protein-1 (UCP-1)-mediated non-shivering thermogenesis. Novel type of brown-like adipocyte within WAT called beige/brite cells was recently discovered, and this transdifferentiation process is referred to as the "browning" or "britening" of WAT. Recently, Brown fat and/or browning of WAT have been highlights as a new therapeutic target for treatment of obesity and its related metabolic disorders. Here, we describe recent advances in the study of BAT and browning of WAT, focusing on proteomic approaches.
Adipose tissue is one of the major endocrine gland. More recently, local production of steroids in adipocytes differentiated from mouse 3T3-L1 cell-line was reported. We hypothesized that rat adipocytes have steroidogenic machinery and the expression patterns of the components might be differentially regulated, depending on the distribution and sex. To verify this hypothesis, we collected the adipose tissues depot-and sex-specifically at postnatal day (PND) 30, and performed quantitative RT-PCRs. In overall aspects, the abundances of the transcripts were lower in the brown adipose of both sexes. $3{\beta}-HSD$ transcript levels in female abdominal and reproductive adipose, CYP17 transcript levels in female reproductive adipose, $17{\beta}-HSD$ transcript levels in female abdominal and reproductive adipose, and CYP19 transcript levels in female abdominal adipose were significantly lower than those of male counterparts. Similar to steroidogenic factors, the abundance of the $ER-{\alpha}$ transcripts were generally lower in the brown adipose of both sexes. $ER-{\beta}$ transcripts were more abundant in male white adipose depots than their female counterparts. The levels of LHR transcripts in female reproductive adipose were significantly higher than those of male counterpart. In conclusion, our study demonstrated that the expressions of steroidogenesis-related genes were depot- and sex-specifically occurred in the immature male and female rat adipose tissues. Our study suggested that the adipose tissues are not only targets but de novo synthesizing sites of sex steroid(s), though the synthesizing activities could be much less than in gonads. Further researches in this field will be helpful for understanding the adipose physiology and for medical application such as sex-specific steroid supplement therapies for older populations.
Kim, Hyun-Woo;Kim, Ho-Jun;Park, Young-Hoi;Keum, Dong-Ho;Lee, Myeong-Jong
Journal of Korean Medicine Rehabilitation
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제18권4호
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pp.63-72
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2008
Objectives : This study was designed to examine the effect of Ecklonia cava on expressing of blood lipids and UCP-1 of brown adipose tissue(BAT) in zucker rats. Methods : Experimental groups were divided into 3 groups: normal group, control group and sample group for 7 separate rats as expriment. Control and sample groups were genetrically modified obesity. All groups didn't impose restrictions on food and water. And we gave a ecklonia cava to sample group for 6 weeks. Ecklonia cava was examined in effects of blood glucose, insulin concentration and UCP-1 in brown adipose tissue. Results : 1. Control and sample groups were increased in weight. But, sample group was decreased as compared to control group. 2. Sample group was decreased significantly as compared to control group with insulin concentration, HOMA, TG, FFA. 3. Sample group was increased significantly as compared to control group with UCP-1 mRNA. Conclusions : Based on these results, it was proved that Ecklonia cava on obesity effects in decreasing blood lipids, increasing UCP-1 of brown adipose tissue.
Obesity, represented by abnormal fat accumulation due to an imbalance between energy intake and expenditure, is a major public health issue worldwide, leading to multiple noncommunicable diseases, including atherosclerosis, hypertension, type 2 diabetes, and cancer. Diverse solutions have been proposed to combat obesity. Attention has focused on two types of adipose tissues as a promising therapeutic target in obesity: traditional brown and beige or brite. Unlike energy-storing white adipose (endocrine) tissue, traditional brown adipose tissue and beige adipose tissue have energy-dissipating thermogenic properties. Both types of tissue are present in adult humans and inducible through external stimuli, such as cold exposure, ${\beta}3$-adrenergic receptor agonists, and phytochemicals. Among these stimuli, microbiota present in the human intestinal tract participate in multiple metabolic activities. Modulation of gut microbiota may offer a potent and possibly curative strategy against various metabolic diseases. Numerous studies have focused on the effects of established antiobesity treatments on the gut microenvironment or brown-adipose-tissue activation. In this review, we focus mainly on stimuli known to alleviate obesity, weight gain, and metabolic diseases, in addition to known and possible inter-relations between gut microbiota modulation and similar interventions and adipose tissue browning. The findings may pave the way toward new strategies against obesity.
Lipid accumulation in white adipose tissue is the key contributor to the obesity and orchestrates numerous metabolic health problems such as type 2 diabetes, hypertension, atherosclerosis, and cancer. Nonetheless, the prevention and treatment of obesity are still inadequate. Recently, scientists found that brown adipose tissue (BAT) in adult humans has functions that are diametrically opposite to those of white adipose tissue and that BAT holds promise for a new strategy to counteract obesity. In this study, we evaluated the potential of sinapic acid (SA) to promote the thermogenic program and lipolysis in BAT. SA treatment of brown adipocytes induced the expression of brown-adipocyte activation-related genes such as Ucp1, Pgc-1α, and Prdm16. Furthermore, structural analysis and western blot revealed that SA upregulates protein kinase A (PKA) phosphorylation with competitive inhibition by a pan-PKA inhibitor, H89. SA binds to the adenosine triphosphate (ATP) site on the PKA catalytic subunit where H89 binds specifically. PKA-cat-α1 gene-silencing experiments confirmed that SA activates the thermogenic program via a mechanism involving PKA and cyclic AMP response element-binding protein (CREB) signaling. Moreover, SA treatment promoted lipolysis via a PKA/p38-mediated pathway. Our findings may allow us to open a new avenue of strategies against obesity and need further investigation.
Natural pterocarpan Medicarpin (Med) has been shown to have various beneficial biological roles, including inhibition of osteoclastogenesis, stimulation of bone regeneration and induction of apoptosis. However, the effect of the Med on lipolysis in adipocytes has not been reported. Here, we show the effect of Med on lipolysis in different mouse adipocytes and elucidate the underlying mechanism. We observed that Med treatment promoted release of glycerol in the media. Differentiated mouse brown adipose tissue cells were treated with Med. RNA-Seq analysis was performed to elucidate the effect of med and subsequently was confirmed by qRT-PCR and western blotting analyses. Med treatment increased both protein and gene expression levels of hormone-sensitive lipase (Hsl) and adipose triglyceride lipase (Atgl), which are two critical enzymes necessary for lipolysis. Mechanistic study showed that Med activates Protein Kinase A (PKA) and phosphorylates Hsl at PKA target position at $Serine^{660}$. Silencing of PKA gene by short interfering RNA attenuated the Med-induced increase in glycerol release and Hsl phosphorylation. The results unveil that Med boosts lipolysis via a PKA-dependent pathway in adipocytes and may provide a possible avenue of further research of Med mediated reduction of body fat.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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제21권4호
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pp.460-470
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1992
Thermogenesis in brown adipose tissue (BAT) can serve the animal in the regulation of its body temperature and of its body weight. Thermogenesis can be switched on by exposure of the animal to cold (non-shivering thermogenesis) or by overeating (diet-induced thermogenesis). BAT mitochondria are uniquely specialized for thermogenesis, possessing a specific proton conductance pathway that is regulated by the concentration of fatty acids in the cells of BAT. The level of fatty acids is in turn controlled by the lipolytic action of noradrenaline on the tissue. When the proton conductance pathway operates, the mitochondria are effectively uncoupled and exhibit extremely high rates of substrate oxidation with a great increase in heat production. Thus it is suggested that BAT is of importance in energy balance and human obesity treatment if thermogenesis can be stimulated specifically.
Seonjeong Park;Seung A Ock;Yun Jeong Park;Yoo-Hyun Lee;Chan Yoon Park;Sunhye Shin
Journal of Nutrition and Health
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제57권2호
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pp.171-184
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2024
Purpose: Although activating thermogenic adipocytes is a promising strategy to reduce the risk of obesity and related metabolic disorders, emerging evidence suggests that it is difficult to induce adipocyte thermogenesis in obesity. Therefore, this study aimed to investigate the regulation of adipocyte thermogenesis in diet-induced obesity. Methods: Adipose progenitor cells were isolated from the white and brown adipose tissues of control diet (CD) or high-fat diet (HFD) fed mice, and fully differentiated white and brown adipocytes were treated with β-agonists or 18-carbon fatty acids for β-adrenergic activation or peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) activation. Results: Compared to the CD-fed mice, the expression of uncoupling protein 1 (Ucp1) was lower in the white adipose tissue of the HFD-fed mice; however, this was not observed in the brown adipose tissue. The expression of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (Pparg) was lower in the brown adipose progenitor cells isolated from HFD-fed mice than in those isolated from the CD-fed mice. Norepinephrine (NE) treatment exerted lesser effect on peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator (Pgc1a) upregulation in white adipocytes derived from HFD-fed mice than those derived from CD-fed mice. Regardless which 18-carbon fatty acids were treated, the expression levels of thermogenic genes including Ucp1, Pgc1a, and positive regulatory domain zinc finger region protein 16 (Prdm16) were higher in the white adipocytes derived from HFD-fed mice. Oleic acid (OLA) and γ-linolenic acid (GLA) upregulated Pgc1a expression in white adipocytes derived from HFD-fed mice. Brown adipocytes derived from HFD-fed mice had higher expression levels of Pgc1a and Prdm16 compared to their counterparts. Conclusion: These results indicate that diet-induced obesity may downregulate brown adipogenesis and NE-induced thermogenesis in white adipocytes. Also, HFD feeding may induce thermogenic gene expression in white and brown primary adipocytes, and OLA and GLA could augment the expression levels.
The effects of capsaicin, a pungent principle of hot red pepper, on body fat gain, balance serum lipid values were investigated in rats fed a high-fat(30%) diet. Administration of capsaicin by dietary administration caused a complete cessation of increased in body weight and fat gain induced by the high-fat diet. However, energy intake and body protein gain were not affected by capsaicin. Therefore, the suppression of body fat gain by capsaicn was believed due to an increased in energy expenditure. Simultaneous administration of capsaicin and a $\beta$-adrenergic blocker, propranolo, resulted in the inhibition of changes in body fat gain by capsaicin without remained unchanged, indicating an increase in the number of mitochondria in brown adipose tissue. Therefore, it appears that capsaicin possesses potent body fat suppressive effects mediated by $\beta$-adrenergic stimulation in which brown adipose tissue may be involved. On the other hand, capsaicin had no effects on serum triglyceride, total cholesterol or HDL-cholesterol levels. These results are in contrast to those reported by other investigators. Perhaps expression of the effects of capsaicin on plasma lipids is a rather complicated process, dependent on the type of diet administered, fat content of the diet, period and route of capsaicin administration, and species and strain of animals used.
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