Brau­nes Fett­ge­we­be

Das brau­ne oder plu­riv­a­kuo­lä­re Fett­ge­we­be ist eine spe­zi­el­le Form des Fett­ge­we­bes, des­sen Zel­len in der Lage sind, durch die Oxi­da­ti­on von Fett­säu­ren Wär­me zu pro­du­zie­ren (Ther­mo­ge­ne­se). Dies geschieht in zahl­rei­chen Mito­chon­dri­en, die auch für die gelb-bräun­li­che Fär­bung des Gewe­bes ver­ant­wort­lich sind. Bio­che­misch wird durch das Mem­bran­pro­te­in Ther­mo­gen­in die Fett­säu­re­oxi­da­ti­on von der Syn­the­se des Ener­gie­trä­gers Ade­no­sin­tri­phos­phat (ATP) ent­kop­pelt, so dass die frei­ge­setz­te Ener­gie in Wär­me umge­setzt wird.

Brau­nes Fett­ge­we­be fin­det sich bei allen neu­ge­bo­re­nen Säu­ge­tie­ren außer beim Schwein.^[1] Neu­ge­bo­re­ne sind stär­ker durch Aus­küh­lung bedroht, da sie auf Grund grö­ße­rer Kör­per­ober­flä­che im Ver­gleich zum Volu­men mehr Wär­me ver­lie­ren, und die Mecha­nis­men der Ther­mo­re­gu­la­ti­on (z. B. iso­lie­ren­des wei­ßes Fett­ge­we­be und Käl­te­zit­tern) noch nicht voll­stän­dig aus­ge­bil­det sind. Beim mensch­li­chen Säug­ling fin­det sich brau­nes Fett­ge­we­be vor allem an Hals, an den Nie­ren und zwi­schen den Schul­ter­blät­tern.

Beson­ders Nage­tie­re besit­zen auch im erwach­se­nen Zustand noch grö­ße­re Men­gen brau­nen Fett­ge­we­bes und kön­nen bei Bedarf mit­tels Kat­echo­lami­nen wei­ßes in brau­nes Fett­ge­we­be umwan­deln und so Käl­te­pha­sen gut über­ste­hen. Bei Win­ter­schlaf hal­ten­den Tie­ren fin­den sich eben­falls grö­ße­re Men­gen brau­nen Fett­ge­we­bes, die der schnel­len Erwär­mung des Tie­res in den Auf­wach­pha­sen die­nen.

In man­chen Vögeln tre­ten his­to­lo­gisch ähn­li­che Gewe­be auf, die jedoch kein Ther­mo­gen­in auf­wei­sen und nicht der Ther­mo­ge­ne­se die­nen.^[2] Aller­dings kön­nen man­che Vögel in den Ske­lett­mus­keln über bio­che­misch ähn­li­che Mecha­nis­men Wär­me erzeu­gen.^[3]

Für Erwach­se­ne wur­de ange­nom­men, dass sie über kei­ne akti­ven brau­nen Fett­zel­len mehr ver­füg­ten. 2009 konn­te in einer mul­ti­na­tio­na­len Stu­die die Akti­vi­tät von brau­nem Fett­ge­we­be bei Erwach­se­nen durch neue Metho­den der funk­tio­nel­len Bild­ge­bung belegt wer­den. Hier­zu wur­de die kla­re Kor­re­la­ti­on zwi­schen Auf­nah­me von Glu­co­se in brau­nes Fett­ge­we­be, gezeigt durch mar­kier­te Glu­co­se in der Posi­tro­nen-Emis­si­ons-Tomo­gra­phie, und dem Body Mass Index dar­ge­stellt.^[4] Zwi­schen­zeit­lich ist klar, dass die Akti­vi­tät des brau­nen Fett­ge­we­bes bei Erwach­se­nen hoch varia­bel ist und von einer Viel­zahl inne­rer und äuße­rer Ein­flüs­se abhängt und mit­tels ver­schie­de­ner Tech­ni­ken nach­ge­wie­sen wer­den kann.^[5] Wäh­rend das klas­si­sche wei­ße Fett sich beson­ders unter­halb der Haut und im Bereich des Bauchs fin­det, ist das brau­ne Fett­ge­we­be ober­halb der Schlüs­sel­bei­ne (supra­cla­vicu­lär) und neben den Wir­beln (para­ver­te­bral) der obe­ren Brust- und unte­ren Hals­wir­bel­säu­le loka­li­siert.^[6] Frau­en schei­nen einen höhe­ren Anteil akti­ven brau­nen Fett­ge­we­bes zu haben.^[7]

Das brau­ne Fett­ge­we­be ist ein distink­te Zell­grup­pe, die aus dem Mes­oderm stammt und damit einen gemein­sa­men Ursprung mit Mus­kel­zel­len, Kno­chen­zel­len und Bin­de­ge­we­be hat. Der genaue Ablauf der Dif­fe­ren­zie­rung des Mes­oderms zu brau­nen Fett­ge­webs­zel­len ist unklar. Brau­nes Fett­ge­we­be unter­schei­det sich in der Ent­wick­lung von wei­ßen Fett­ge­we­be dahin­ge­hend, dass es einen gemein­sa­men Vor­läu­fer mit der Mus­kel­zel­le teilt, was ange­sichts der meta­bo­li­schen Ähn­lich­kei­ten Sinn ergibt. Jedoch fan­den sich auch brau­ne Fett­ge­webs­zel­len ohne den gemein­sa­men Vor­läu­fer mit der Mus­kel­zel­le, wes­we­gen For­scher davon aus­ge­hen, dass die brau­nen Fett­ge­webs­zel­len ver­schie­de­ne Ursprün­ge haben und sich auch leicht als aus­dif­fe­ren­zier­te Zel­len unter­schei­den, was auch als Adi­po­zy­ten-Hete­ro­ge­ni­tät bezeich­net wird.^[8]

Wei­ße, sub­ku­tan gele­ge­ne Fett­zel­len haben die Mög­lich­keit sich zu „bräu­nen“, also zu Zel­len zu wer­den, die brau­nen Fett­ge­webs­zel­len mit plu­riv­a­kuo­lä­ren Fett­tröpf­chen, erhöh­ter Mito­chon­dri­en­zahl und Mög­lich­keit zu Ther­mo­ge­ne­se ähneln. Die­se brau­nen Fett­zel­len im wei­ßen Fett­ge­we­be wer­den des­halb als beige Fett­zel­len bezeich­net. Die­se beige Zel­len unter­schei­den sich in ihrem gene­ti­schen Pro­fil von wei­ßen und brau­nen Fett­ge­webs­zel­len, sind aber den brau­nen Fett­ge­webs­zel­len in Funk­ti­on deut­lich näher.^[9] Das soge­nann­te Bräu­nen wird über Sym­pa­thi­kus-Akti­vi­tät und Nor­ad­re­na­lin ein­ge­lei­tet und damit mit den glei­chen Pro­zes­sen wie der Akti­vie­rung von brau­nen Fett­ge­we­be. Wei­te­re Mecha­nis­men des Bräu­nens sind

• Myo­ki­ne, die bei kör­per­li­cher Betä­ti­gung aus­ge­schüt­tet wer­den.
• Das Schild­drü­sen­hor­mon Tri­iod­thy­ro­nin, was auch die Wär­me­pro­duk­ti­on bei einer Schild­drü­sen­über­funk­ti­on mit erklärt.
• Der in der Leber pro­du­zier­te Fibro­blast growth fac­tor 21, der Wir­kun­gen auf Lipid- und Glu­co­se­me­ta­bo­lis­mus hat.
• kar­dia­le natri­ure­ti­sche Pep­ti­de.
• Adi­po­nek­tin, was das wei­ße Fett­ge­we­be sel­ber her­stel­len kann.
• Peri­phe­res Sero­to­nin, wel­ches als Gegen­spie­ler wirkt, der das Bräu­nen ver­hin­dert, wohin­ge­gen Sero­to­nin im Gehirn eher zu Umwand­lung von wei­ßen in beige Fett­zel­len führt.

Die Adi­po­zy­ten sind also in die gesam­te meta­bo­li­sche und sport­li­che Situa­ti­on des Orga­nis­mus ein­ge­bun­den. Dane­ben kön­nen auch exo­ge­ne Stof­fe zu einer Umwand­lung füh­ren, hier­zu gehö­ren Cap­sai­cin, Pro­to­al­ka­lo­ide der Bit­ter­oran­ge, Fucox­an­thin aus man­chen Algen und Caro­ti­no­ide, wobei unklar ist, in wel­chen Aus­maß die­se Stof­fe das wei­ße Fett­ge­we­be beein­flus­sen kön­nen.^[10]

Die Zel­len des brau­nen Fett­ge­we­bes sind all­ge­mein klei­ner als die in wei­ßem Fett­ge­we­be und haben vie­le, klei­ne­re Lipid­trop­fen. Sie wer­den daher im Gegen­satz zu den uni­v­a­kuo­lä­ren Zel­len des wei­ßen Fett­ge­we­bes als plu­riv­a­kuo­lär bezeich­net. Zudem zeich­nen sie sich durch beson­de­ren Reich­tum an Mito­chon­dri­en aus, die auf­grund ihres Gehalts an eisen­hal­ti­gen Cytochro­men auch für die brau­ne Far­be ver­ant­wort­lich sind. Brau­nes Fett­ge­we­be ist stark durch­blu­tet, um die pro­du­zier­te Wär­me auch an den Kör­per wei­ter­lei­ten zu kön­nen.^[11]

Das in brau­nem Fett­ge­we­be in der inne­ren Mem­bran der Mito­chon­dri­en vor­han­de­ne Pro­te­in Ther­mo­gen­in (auch Uncou­pling Pro­te­in I genannt) dient als Ent­kopp­ler, indem es als Uni­por­ter Pro­to­nen über die Mem­bran trans­por­tiert. Hier­durch wird der durch β‑Oxidation und Atmungs­ket­te auf­ge­bau­te Pro­to­nen­gra­di­ent abge­baut und die dar­in gespei­cher­te Ener­gie in Wär­me umge­setzt (Ther­mo­ge­ne­se) und von der Bil­dung von Ade­no­sin­tri­phos­phat (ATP) ent­kop­pelt. Dane­ben weist brau­nes Fett­ge­we­be eine beson­ders hohe Kon­zen­tra­ti­on an Gly­ce­ro­ki­na­se auf, so dass das beim Fett­ab­bau frei­wer­den­de Gly­ce­rin phos­pho­ry­liert und eben­falls meta­bo­lisch umge­setzt wer­den kann. In wel­chen Antei­len die brau­nen Fett­zel­len eige­ne gespei­cher­te Fet­te abbau­en, Fett­säu­ren aus dem Blut ver­wen­den oder mit­tels Glu­co­se Fett­säu­re de-novo syn­the­ti­sie­ren ist noch unklar.^[12]

Die genaue Men­ge der pro­du­zier­ten Wär­me muss sei­tens des Kör­pers gut regu­liert wer­den und an den Bedarf ange­passt wer­den. Über die drei Fak­to­ren Käl­te, Sym­pa­thi­kus-Akti­vi­tät und Boten­stof­fe wird das brau­ne Fett­ge­we­be gesteu­ert. Zum einen wird die Ther­mo­ge­ne­se im brau­nen Fett­ge­we­be über das Hor­mon Nor­ad­re­na­lin akti­viert, das über einen G‑Pro­te­in-gekop­pel­ten β‑Rezeptor (β3-AR) die Ade­ny­lat­cy­cla­se akti­viert. Das gebil­de­te intra­zel­lu­lä­re cAMP akti­viert wie­der­um die Pro­te­in­ki­na­se A, die in einem nächs­ten Schritt über Phos­pho­ry­lie­rung von Lipa­sen den Fett­ab­bau ein­lei­tet. Zudem ist brau­nes Fett­ge­we­be sym­pa­thisch inner­viert.

Akti­vi­tät und Bil­dung von brau­nem Fett­ge­we­be wird vom PGC-1al­pha (Per­oxi­so­me pro­li­fe­ra­tor-acti­va­ted recep­tor-gam­ma coac­ti­va­tor) gestei­gert,^[13] der wie­der­um stark nach Käl­te­reiz aus­ge­schüt­tet wird.^[13] Eine Viel­zahl ande­rer kör­per­ei­ge­ner und exo­gen zuge­führ­ter (Boten-)Stoffe sind an der Akti­vi­tät von brau­nen Fett­ge­we­be in unter­schied­li­chen Aus­maß betei­ligt.^[14] Bei Rat­ten führt bei­spiels­wei­se Nah­rungs­auf­nah­me zu einem Anstieg der Kör­per­tem­pe­ra­tur bis 1 °C.^[15] Brau­nes Fett­ge­we­be ist aber nicht nur Emp­fän­ger, son­dern sen­det selbst Boten­stof­fe aus, die als Bato­ki­ne (vom eng­li­schen Brown Adi­po­se Tis­sue) bezeich­net wer­den und einen Effekt auf den Gesamt­me­ta­bo­lis­mus haben.^[16]

Die Pro­duk­ti­on von brau­nem Fett­ge­we­be sowie des­sen Akti­vi­tät kann durch die Ein­nah­me von Sta­ti­nen redu­ziert bzw. ein­ge­schränkt wer­den.^[17]

Das brau­ne Fett­ge­we­be kann einen rele­van­ten Anteil am gesam­ten Ener­gie­um­satz haben. Mit­tels FDG-PET konn­te bei gesun­den Frei­wil­li­gen ein rele­van­ter Glu­co­se-Ver­brauch nach Käl­te­ex­po­si­ti­on nach­ge­wie­sen wer­den.^[18] Die Akti­vi­tät des brau­nen Fett­ge­we­bes hängt von der Außen­tem­pe­ra­tur ab: Stu­di­en im Som­mer zei­gen weni­ger akti­ves Fett­ge­we­be als im Win­ter, was auch zu unter­schied­li­chen Anga­ben der Häu­fig­keit von akti­vem brau­nen Fett­ge­we­be bei Erwach­se­nen füh­ren kann.^[19]

Neben der Wär­me­pro­duk­ti­on greift das brau­ne Fett­ge­we­be posi­tiv in den Glu­co­se- und Fett­me­ta­bo­lis­mus ein.^[20]

Mit zuneh­men­dem Alter nimmt bei Erwach­se­nen das brau­ne Fett­ge­we­be in Umfang und Akti­vi­tät ab, mög­li­cher­wei­se durch exter­ne Iso­la­ti­on in Form von Klei­dung und damit gerin­ge­rer Not­wen­dig­keit der eige­nen Ther­mo­ge­ne­sis.

Das brau­ne Fett­ge­we­be ist als mög­li­ches Ziel zur The­ra­pie des meta­bo­li­schen Syn­droms und der Adi­po­si­tas von Inter­es­se. Bereits 1979 erfolg­ten hier­zu ers­te Über­le­gun­gen.^[21] Jedoch gab es in der phar­ma­ko­lo­gi­schen Ent­wick­lung ent­spre­chen­der The­ra­pien Rück­schlä­ge, weil sich bei Sti­mu­la­ti­on des brau­nen Fett­ge­we­bes auch Athero­skle­ro­se bil­den kann, jedoch wird an der Stu­die, die dies zeig­te, kri­ti­siert, dass die Mäu­se zu schnell und zu stark einer kal­ten Umge­bung aus­ge­setzt wor­den waren, was zu einer star­ken Stress­re­ak­ti­on, unab­hän­gig der Sti­mu­la­ti­on des brau­nen Fett­ge­we­bes führ­te.^[22] Ers­te klei­ne­re Stu­di­en in den letz­ten Jah­ren mit dem β3-Rezep­to­r­ago­nist Mira­be­gron konn­ten einen posi­ti­ven Effekt auf das meta­bo­li­sche Pro­fil über Sti­mu­la­ti­on des brau­nen Fett­ge­we­bes nach­wei­sen.^[23]

• Georg Löff­ler, Petro E. Petri­des, Peter C. Hein­rich: Bio­che­mie und Pat­ho­bio­che­mie. 8. Auf­la­ge. Sprin­ger, Hei­del­berg 2006, ISBN 3–540-32680–4. 
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11. ↑ T. Mon­ta­na­ri, N. Pošćić, M. Colit­ti: Fac­tors invol­ved in white-to-brown adi­po­se tis­sue con­ver­si­on and in ther­mo­ge­ne­sis: a review: Fac­tors invol­ved in WAT brow­ning. In: Obe­si­ty Reviews. Band 18, Nr. 5, Mai 2017, S. 495–513, doi:10.1111/obr.12520 (wiley.com [abge­ru­fen am 18. Febru­ar 2023]). 
12. ↑ Su Myung Jung, Joan San­chez-Gur­ma­ches, David A. Guer­tin: Brown Adi­po­se Tis­sue Deve­lo­p­ment and Meta­bo­lism. In: Brown Adi­po­se Tis­sue. Band 251. Sprin­ger Inter­na­tio­nal Publi­shing, Cham 2018, ISBN 978–3‑03010512–9, S. 3–36, doi:10.1007/164_2018_168, PMID 30203328, PMC 7330484 (frei­er Voll­text) – (springer.com [abge­ru­fen am 18. Febru­ar 2023]). 
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