脂肪有三種？找對顏色讓你科學瘦 《脂肪的祕密生命》

另一種脂肪為棕色脂肪，分布於頸部、背部與心臟，因具有高密度的粒線體而呈咖啡色。

然而，這兩種脂肪的差別不只在於顏色。

白色脂肪可以儲存能量， ... 000文字分享友善列印000人體解析好書搶先看活得科學生命奧祕醫療健康脂肪有三種？找對顏色讓你科學瘦──《脂肪的祕密生命》商周出版・2017/04/14・2310字・閱讀時間約4分鐘・SR值508・六年級＋追蹤【科科愛看書】游泳圈、蝴蝶袖，這一切都是可惡脂肪的錯？等一等！可是《脂肪的祕密生命：最不為人知的器官脂肪背後的科學與它對身體的影響》裡面說：千萬不要將脂肪想成萬惡的根源，因為如果沒有它，我們不但會變得腦袋空空、容易骨質疏鬆、還會增加體重？這到底是怎麼一回事？快來一探究竟，來學習關於脂肪的正確知識吧！別搞錯啦～三色脂肪功能大不同脂肪不只負責儲存與管理能量，還可製造熱量、隔絕器官，並向免疫系統傳達信號。

人體中的脂肪不只一種，扮演的角色也各不相同。

儲存能量的脂肪稱為白色脂肪，也就是大家減重時想甩掉的東西。

另一種脂肪為棕色脂肪，分布於頸部、背部與心臟，因具有高密度的粒線體而呈咖啡色。

然而，這兩種脂肪的差別不只在於顏色。

白色脂肪可以儲存能量，棕色脂肪則能夠燃燒能量、製造熱能，其中的功臣是名為「產熱素」（thermogenin）的特殊蛋白質。

嬰兒體內的棕色脂肪較成人多，而成人則具有較多的米色脂肪。

米色脂肪於2012年由波士頓喬斯林糖尿病中心（JoslinDiabetesCenter）研究員布魯斯．斯皮格曼（BruceSpiegelman）所發現。

他在實驗中觀察到，人體運動時，肌肉會分泌一種名為「鳶尾素」（irisin）的荷爾蒙。

這種荷爾蒙會向米色脂肪發出訊息，最終將它轉換成棕色脂肪。

人體在運動後會生成較多棕色脂肪的原因至今未明，但在減重方面，米色脂肪可說是新的棕色脂肪。

目前，白色脂肪的調節（將它注入棕色脂肪或轉換為米色脂肪）是肥胖治療研究的新興領域。

除了運動之外，研究也證實暴露在冷空氣中可促進成人體內棕色或米色脂肪的活性。

現代科學家普遍認為棕色脂肪可減少白色脂肪。

聽起來棕色脂肪似乎是減肥聖品，能夠燃燒能量好讓我們吃得更多。

不過，有時好處也會變成壞處，喬絲琳．里斯（JocelynRhees）就是體內棕色脂肪過多的特例。

圖片由左至右分別是白色脂肪、米色脂肪與棕色脂肪，作用各有不同。

圖／ByKTroike–Ownwork,CCBY-SA4.0,wikimediacommons永遠長不大的拇指姑娘喬絲琳是個提前八週出生的早產兒，體重只有一千多克。

她與其他早產兒一樣在醫院待了數星期，補充營養並讓情況穩定，等到體重接近二千克時才出院。

之後，父母悉心照顧，如同對待前面三個健康的小孩。

一般的早產兒一天約會增加近三十克的重量，但喬絲琳出生六個月卻只有二千七百多克，連三公斤都不到。

父母帶她回醫院接受一系列檢查，並且密集補充營養。

喬絲琳的身體一切正常，只是就算攝取充分熱量，體重仍不見起色。

後來，醫生推薦了一位小兒代謝權威。

哈立德．侯塞因（KhalidHussain）是倫敦大學學院小兒代謝分泌學教授，也是執業醫師。

該學院為國際醫療轉診中心，侯塞因在此曾處理過許多代謝障礙的棘手案例，以治療與研究特異的低血糖和糖尿病症狀而著名。

2010年，他遇到了年幼的喬絲琳．里斯。

侯塞因為喬絲琳做了新陳代謝與內分泌檢查，以便了解她生長遲緩的原因。

喬絲琳的血糖過低，因此持續施打葡萄糖並增加熱量攝取。

她的腎上腺素、去甲腎上腺素（正腎上腺素）、皮質醇及生長激素均正常，唯獨胰島素過低。

但是，侯塞因在她身上測得的靜態能量消耗值卻比一般人高出許多。

侯塞因無法確定病因，於是請院內其他醫療團隊協助診斷。

遺傳科醫師檢測喬絲琳是否具有代謝障礙的基因變異，一般小兒科團隊則檢查她是否罹患特殊小兒科疾病，胃腸科醫師則檢查她的消化系統，另外也進行囊腫纖維化與感染的相關檢驗。

所有檢查結果都顯示正常，表示喬絲琳應該要能像一般人一樣進食就會增重才對。

侯塞因感到十分困惑，因而尋求其他專家協助，但都沒有人能解釋為何如此一個較其他兒童多攝取六倍熱量的小孩體重沒有任何變化。

早產的喬絲琳即使攝取很多熱量，仍無法像普通孩子一樣長大。

〈照片非當事兒童〉圖／ByTawnyNina@Pixabay不是越多越好，脂肪均衡最重要侯塞因觀察喬絲琳的狀況長達一年，持續為她提供營養和照護，但她的體重仍然不到三公斤。

侯塞因回憶：「我身為醫師卻診斷不出病因，非常沮喪。

無論做了哪些努力，這個孩子還是長不大。

除了院內外的醫師，增重的相關研究人員也來看過她，卻都無功而返。

這對喬絲琳的父母來說也是一大挫折，他們想帶她回家，我卻無法答應，因為我必須不斷為她注射靜脈葡萄糖。

」經過一年的研究，線索終於浮現。

侯塞因為喬絲琳安排肝臟、肌肉與脂肪組織的切片檢查，結果指出她的肝臟和肌肉功能正常，但脂肪組織卻有極高的棕色脂肪含量。

這是侯塞因在此案例中第一次發現可能解開病因的線索。

「這一切也許都是過多的棕色脂肪引起的。

可能是她體內的棕色脂肪不斷燃燒熱量，氧化磷酸化作用把葡萄糖全都吸收，導致組織無法儲存糖分。

」侯塞因說。

的確，喬絲琳體內的棕色脂肪讓她的新陳代謝率飆升，使得她無論攝取多少葡萄糖，都會立刻消耗殆盡。

棕色脂肪也提高她對胰島素的敏感度，這說明了她的荷爾蒙為何一直都很低。

最重要的是，這種脂肪也阻礙了她的生長。

喬絲琳三歲時體重仍然只有2.7公斤。

儘管世界各地的醫師與科學家曾參與治療，卻仍舊找不到治癒她的方法。

最終，喬絲琳在三歲又六個月大的時候去世了。

由此可見，棕色脂肪即使對人體有益，一旦過量還是會造成傷害。

喬絲琳的例子提醒了我們，擁有健康且均衡的脂肪組成非常重要。

 本文摘自《脂肪的祕密生命：最不為人知的器官脂肪背後的科學與它對身體的影響》，商周出版。

泛科學2017年4月選書。

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研究人員可以非常精準地使用它們改變動物、植物和微生物的DNA（去氧核糖核酸）。

這個技術徹底改變了分子生命科學，為植物育種帶來了新機會、有助於創新的癌症療法、並可能使治癒遺傳性疾病的夢想成真。

2020年諾貝爾化學獎得主艾曼紐爾．夏本提爾（EmmanuelleCharpentier）與珍妮佛．道納（JenniferDoudna）。

圖／諾貝爾化學獎專題系列科學的吸引力之一是它難以預測——你永遠無法預知一個想法或問題會將你引至何處。

有時候好奇的心會遇到死胡同，有時則會遇到棘手的迷宮，需要花費多年的時間在其中探索。

但是一次又一次地，她意識到自己是第一個凝視著一個未知的可能性從地平線上升起的人。

這個被稱為CRISPR/Cas9而具有驚人潛力的基因編輯器，就是這樣的一個意外發現。

當夏本提爾和道納開始研究一個鏈球菌屬細菌的免疫系統時，一個想法是她們可能開發出一種新的抗生素。

相反的，她們卻發現了一個分子工具，可用於精準的切割基因物質，使她們可以輕易地改變生命的密碼。

一個影響所有人的強大工具在這個發現後僅僅八年，這些基因剪刀就重塑了生命科學。

生物化學家與細胞生物學家現在可以輕易地研究不同基因的功能，以及它們在疾病進展中的可能角色。

在植物育種中，研究人員可以賦予植物特定的性質，例如在溫暖的氣候下具有抗旱能力。

在醫學上，這個基因編輯器正在為癌症提供新的療法，以及運用在企圖治癒遺傳性疾病的首批研究中。

實在有太多的例子是關於CRISPR/Cas9如何的使用，其中還包括不道德的應用方法。

與所有強大的技術一樣，這些基因剪刀需要被管控，有關這部分，後文會有更多說明。

在2011年波多黎各的一家咖啡館裡，夏本提爾和道納都不知道她們的第一次會面，將是一次改變人生的相遇。

我們將首先介紹夏本提爾，她是最初建議雙方合作的人。

夏本提爾著迷於病原菌有人曾稱讚夏本提爾的積極、專心和慎密，另有些人說她總是在尋找意外的發現。

她自己喜歡引用路易．巴斯德（LouisPasteur）的名言：「機會總是善待那些有準備的心靈」。

追求新發現以及對自由和獨立的渴望，支配著她走的道路。

包括在巴黎巴斯德研究所攻讀博士學位在內，她曾待過五個不同的國家，七個不同的城市，以及在十個不同的機構工作。

她的研究環境和方法雖發生了變化，但是她的大部分研究都有一個共同分母：病原菌（pathogenicbacteria）。

它們的侵略性為什麼那麼高？它們如何發展出抵擋抗生素的能力？是否可以找到能阻止其進展的新療法？2002年，夏本提爾在維也納大學成立自己的研究小組時，她專注於對人類造成危害最大的細菌之一：釀膿鏈球菌（Streptococcuspyogenes）。

它每年感染數以百萬的人，經常引起易於治療的感染，例如扁桃腺炎（tonsillitis）和膿皰症（impetigo），但是它也可能導致危及生命的敗血症，並破壞身體的軟組織，而得到「食肉者」的稱號。

為了更進一步地了解釀膿鏈球菌，夏本提爾首先徹底研究了這種細菌如何調控其基因，這決定是發現基因剪刀的第一步——但是在我們進一步跟隨她走上這條路之前，我們將先了解更多有關道納的資訊，因為在夏本提爾對釀膿鏈球菌進行詳細研究的當兒，道納第一次知曉了一個縮寫，她認為其發音聽起來就像是英文的crisper。

使用基因剪刀，研究人員能編輯所有生物的基因體。

圖／諾貝爾化學獎專題系列科學——如偵探故事一般的探險即便是一個在夏威夷長大的孩子，道納也強烈渴望了解各種事物。

一天，她的父親把詹姆斯．華生（JamesWatson）寫的書《雙螺旋》放在她的床上。

這是個具有偵探風格的故事，描述了華生和弗朗西斯．克里克（FrancisCrick）如何解開了DNA分子的結構。

那是個與她在學校教科書中所讀過完全不同的故事，她被其中的科學過程所擄獲，體會到科學不僅僅是一堆事實而已。

但是當她真正開始解決科學謎團時，她的注意力並非放在DNA上，而是它的同胞分子：RNA（核糖核酸）。

當我們在2006年看著她時，她正在加州大學伯克萊分校領導著一個研究小組，已經擁有了20年的RNA研究經驗，具有開發突破性研究的靈敏嗅覺，並獲得非常成功的研究聲譽，最近剛進入了一個令人興奮的新領域：RNA干擾（RNAinterference）。

多年來研究人員一直認為他們了解RNA的基本功能，但他們突然發現許多小型RNA（smallRNA）參與了細胞中的基因活性調節。

道納參與的RNA干擾研究，導致她在2006年接到一通來自不同部門的一位同事的電話。

攜帶古老免疫系統的細菌她的同事是微生物學家，告訴了道納一個新發現：研究人員比較各種極為不同的細菌以及古細菌（一種微生物）的基因物質時，出人意料地，他們發現保存完好的DNA重複序列，相同的密碼一再重複出現，但是在重複段落之間有著一組獨特的不同序列（圖2），就像一本書中各個獨特的句子之間，重複著相同的單字。

這些重複序列的陣列稱為「群聚且有規律間隔的短回文重複序列」，縮寫為CRISPR。

有趣的是，CRISPR中獨特的非重複序列似乎與各種病毒的基因密碼匹配，所以目前的想法為：這是古老的免疫系統的一部分，可以保護細菌和古細菌免受病毒侵害。

其假說為如果細菌受到病毒感染而成功地存活，它就會將一部分病毒基因密碼加入其基因體（genome），作為對感染的記憶。

她的同事說，還沒有人知道這一切是如何運作的，但懷疑這種細菌用來中和病毒的機制，類似於道納研究的課題：RNA干擾。

道納繪出了一個複雜的機器這個消息極不尋常但更令人振奮，如果細菌確實具有一個古老的免疫系統，那麼這極為重要。

道納有著一種栩栩如生的分子計謀感覺，她開始學習有關CRISPR系統的所有知識。

研究人員證明除了CRISPR序列外，還發現了一些特殊基因，他們將其稱為CRISPR-關聯者（CRISPR-associated），簡稱為Cas。

有趣的是，道納發現這些基因的編碼，與已知專門用於鬆解和切割DNA的蛋白質之基因非常相似。

那麼Cas蛋白質具有相同的功能嗎？它們會切割病毒DNA嗎？她讓她的研究小組開始工作，幾年後，她們成功地揭示了幾種不同Cas蛋白質的功能。

同時，少數幾個其它大學的研究小組，也正在研究新發現的CRISPR/Cas系統。

他們所繪出的圖像顯示細菌的免疫系統可以採取非常不同的形式，道納所研究的CRISPR/Cas系統屬於第1類；那是一個複雜的機器，需要許多不同的Cas蛋白質來清除病毒。

第2類系統相當簡單，因為它們需要較少的蛋白質。

在世界的另一端，夏本提爾剛剛遇到了這樣的系統，現在就讓我們的故事回到她身邊。

CRISPR系統中一片新而未知的拼圖塊當我們的故事離開夏本提爾時，她正住在維也納，但在2009年，她獲得了很好的研究機會而搬到了在瑞典北部的於默奧大學（UmeåUniversity）。

有人警告她要搬到世界上如此偏遠的地區不是個好決定，但是漫長而黑暗的冬天使她工作時充滿了平和與寧靜。

這正是她需要的。

她正好也對調控基因的小型RNA感興趣，並與在柏林的研究人員合作，詳細研究了釀膿鏈球菌中發現的一些小型RNA。

研究的結果讓她花了許多時間思考，因為該細菌中一種大量存在的小型RNA是一個新的變種，該RNA的基因密碼與該細菌基因體中奇特的CRISPR序列非常類似。

兩者之間的相似性讓夏本提爾懷疑它們是有關聯的，仔細分析它們的基因密碼還顯示，未知的小型RNA的一部分與重複的CRISPR相互匹配，就像找到兩塊完全密合的拼圖塊一樣（圖2）。

夏本提爾從未研究過CRISPR，但她的研究小組為了釐清釀膿鏈球菌中的CRISPR系統，啟動了一些徹底的微生物學偵探工作。

這個系統屬於已知的第2類，僅需一個Cas蛋白質：Cas9，即可裂解病毒DNA。

夏本提爾發現，被稱為謄本活化crisprRNA（tracrRNA）的新RNA分子，也具有決定性功能；基因體中的CRISPR序列所製造出來的長段RNA，需要tracrRNA讓它成熟為活性形式（圖2）。

CRISPR/Cas9基因剪刀擊退病毒的機制。

圖／諾貝爾化學獎專題系列經過深入而有目標性的實驗，夏本提爾於2011年3月發表了tracrRNA的發現，她知道自己正尾隨著某個精采的東西。

她有多年的微生物學經驗，但為了持續研究CRISPR/Cas9的系統，她希望能與生物化學家合作，道納則是當然的選擇。

因此在當年春天，夏本提爾受邀參加在波多黎各舉行的會議報告她的發現時，她企圖結識這位非常有經驗的伯克萊研究人員。

波多黎各咖啡館中改變人生的會面碰巧的是，她們在會議的第二天在一家咖啡館見了面，道納的同事介紹了她們認識。

第二天，夏本提爾提議她們應該一起探索這個首都的舊城區。

當她們沿著鵝卵石鋪就的街道漫步時，開始談到彼此的研究，夏本提爾想知道道納是否對合作感興趣？她有意參與釀膿鏈球菌簡單的第2類系統中，Cas9功能的研究嗎？道納很感興趣，她們和同事們通過線上會議擬定了該研究的計劃。

她們懷疑CRISPRRNA是辨識病毒DNA所必需的，而Cas9是切斷DNA分子的剪刀。

但是當她們在生物體外進行測試時，什麼都沒有發生，DNA分子仍保持完整。

為什麼？實驗條件有問題嗎？還是說Cas9具有完全不同的功能？經過大量的腦力激盪和無數失敗的實驗之後，她們的研究人員終於添加了tracrRNA進行測試，原先他們認為僅在CRISPRRNA被切割成活性形式後，才需要tracrRNA（圖2），但是一旦Cas9可以使用tracrRNA，大家一直期待的事情真的發生了：DNA分子被切割成兩部分。

大自然透過進化解決問題的方法經常使研究人員感到驚訝，但這次卻是非同尋常的，鏈球菌所發展出的抵禦病毒武器，既簡單又有效，甚至可謂傑出。

基因剪刀的歷史可能就此結束：夏本提爾和道納曾經在一種對人類造成巨大苦難的細菌中，發現了一種細菌的基本機制。

光是這發現就已令人驚奇，但機會總是善待那些有準備的心靈。

劃時代的實驗研究小組人員決定嘗試簡化基因剪刀，利用對tracrRNA和CRISPRRNA的新知識，他們設計出方法將兩者融合成一個分子，命名為「嚮導RNA」（guideRNA）。

利用這種簡化的基因剪刀變體，他們接著開始進行劃時代的實驗：研究是否可以控制這種基因工具，從而於研究人員指定的位置切割DNA。

此時研究人員知道已經接近了重大突破，他們使用一個已經在道納實驗室的冰櫃中存放的基因，並選擇了五個不同的基因切割位置，然後更改剪刀的CRISPR部分，使其密碼與進行切割位置的密碼匹配（圖3），結果是勢不可擋的將DNA分子切割在正確的位置。

基因剪刀改變了生命科學夏本提爾和道納在2012年發表CRISPR/Cas9基因剪刀的發現後不久，這個工具被多個研究小組展示可用於修飾小鼠和人類細胞中的基因體，導致爆炸性的發展。

先前，改變細胞、植物或生物體中的基因非常耗時，有時甚至是不可能的。

使用這種基因剪刀，研究人員原則上可以在他們想用的任何基因體中進行切割。

接著可以很容易利用細胞的天然DNA修復系統，從而改寫生命密碼（圖3）。

CRISPR/Cas9基因剪刀能夠更加精準地修改細胞DNA。

圖／諾貝爾化學獎專題系列由於這種基因工具非常易於使用，現在廣泛的應用於基礎研究中。

它可用於更改細胞和實驗動物的DNA，以了解不同基因的功能和相互的作用，例如在疾病過程中的角色。

基因剪刀也已成為植物育種的標準工具，以前研究人員修改植物基因體使用的方法，通常需要添加抗生素耐藥性基因，但種植這種農作物時，其抗生素耐藥性可能會擴散給周圍微生物。

多虧了基因剪刀，研究人員不再需要使用這些較舊的方法，因為他們現在可以對基因體進行非常精確的更改。

許多其它應用中，他們還編輯了使水稻吸收土壤中重金屬的基因，使得改良的水稻品種具有較低的鎘和砷的含量。

研究人員還開發了在溫暖的氣候中更能抵抗乾旱的農作物，並且可以抵抗昆蟲和害蟲，否則將不得不使用農藥。

遺傳疾病治癒的希望在醫學上，基因剪刀為癌症的新免疫療法做出了貢獻，實驗正在企圖讓夢想實現——治癒遺傳疾病。

研究人員已經在進行臨床試驗以研究是否可以使用CRISPR/Cas9來治療一些血液疾病，例如鐮形血球貧血症和beta-地中海型貧血症，以及遺傳性眼疾。

他們也在開發修復大型器官中基因的方法，例如大腦和肌肉。

動物實驗顯示，經過特殊設計的病毒可以將基因剪刀導入需要的細胞，作為治療毀滅性遺傳疾病的模型，例如肌肉失養症，脊髓肌肉萎縮和杭丁頓舞蹈症。

但是該技術仍需要進一步改善，使之能在人體上進行測試。

基因剪刀的能力需要監控與其所有優點並存的，基因剪刀也可能被濫用。

例如，可以使用此工具創造基因修飾過的胚胎。

但是，多年來有法律及法規控制基因工程的應用，其中包括禁止會讓變化遺傳給後代的人類基因體修改方式。

另外，涉及人類和動物的實驗，必須經過道德委員會的審查和批准才得執行。

可以肯定的是：這些基因剪刀影響著我們所有人。

我們將面臨新的倫理問題，但是此一新的工具很可能有助於解決當今人類面臨的許多挑戰。

通過她們的發現，夏本提爾和道納開發了一種化學工具，將生命科學帶入了一個新時代。

她們使我們注視著無法想像的廣闊前景，並且，在我們探索這片新領域的過程中，一定會創造出新的和意想不到的發現。

延伸閱讀CRISPR的發現與發展簡史AToolforGenomeEditing我要跟泛科學說「　　　」！參加泛科學網站體驗調查，提供意見還能拿禮卷！如何打造科學家的房間！科學實驗室EP.6—會動的AR繪本利用阿基米德浮力原理，當玻璃小球浮起時測量氣溫～伽利略溫度計交換禮物大賞！QUALY醉愛北極熊酒瓶塞數學好無聊、不實用，到底為什麼要學數學？給大人玩的理財桌遊，從此航向財富自由！交換禮物首選、推理迷必買！台灣推理作家協會20週年限定週邊相關標籤：CRISPRDNARNA基因剪刀基因編輯諾貝爾化學獎熱門標籤：量子電腦BNT疫苗珊瑚諾貝爾獎前列腺所有討論 0登入與大家一起討論諾貝爾化學獎譯文2篇文章・ 0位粉絲＋追蹤「諾貝爾化學獎專題」系列文章，為臺大化學系名譽教授蔡蘊明等譯者，依諾貝爾化學獎委員會的新聞稿編譯而成。

泛科學獲得蔡蘊明老師授權，將多年來的編譯文章收錄於此。

原文請參見：諾貝爾化學獎專題系列RELATED相關文章【2020諾貝爾化學獎】基因剪刀CRISPR：它如何改寫人類的生命密碼？受傷了怎麼處理？想要傷口好得快又不留疤？——照護重點提醒新冠病毒有流感化的趨向，Omicron　傳染力更強、重症率更低掉進黑洞怎麼辦？跳入蟲洞來逃脫吧！前提是你找得到它——《解密黑洞與人類未來》TRENDING熱門討論即時熱門用coding寫出《鋼鐵人》的AI助理Jarvis有多難？——專訪臺大資工系陳縕儂副教授11天前小鴨游泳為什麼要排成一排？母鴨身後的「加速相位」推著小鴨走11天前JustLookUp！小行星監測系統「哨兵」全面升級12天前當AI的「深度學習」形成偏見，法規該如何遏止傷害？12天前偉大科學家，假若是渣男？85天前核廢料放我家？高階核廢料的危險性與處理方式82021/12/20「恆水創電」聯手比利時Turbulent研發超低落差機組——力拼「微水力發電」扎根台灣！42021/12/15英國「流浪貓口普查」發現：社經條件較差、人口密度高的區域有較多流浪貓32021/12/22