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曾经，一首《燃烧我的卡路里》唱出了多少人的心声。然而，你可能想不到的是，让你变胖的可能不是你吃的「一粒米」，而是米上残留的农药！
2021 年 8 月 27 日，来自加拿大麦克马斯特大学代谢、肥胖和糖尿病研究中心的 Gregory R. Steinberg 团队在 Nature Communications 上发表了题为 The pesticide chlorpyrifos promotes obesity by inhibiting diet-induced thermogenesis in brown adipose tissue 的研究性论文，发现杀虫剂——毒死蜱（Chlorpyrifos，CPF）可以促进肥胖，并揭示其机制是抑制棕色脂肪组织中饮食诱导的产热，从而加重肥胖。
图片来源：Nature Communications
研究背景
肥胖，一直严重威胁着人类健康，是 2 型糖尿病、非酒精性脂肪肝和心血管疾病的主要危险因素。通常认为肥胖症是一些社会性慢性疾病，机体内热量的摄入量高于消耗，造成体内脂肪堆积过多，导致体重超标、体态臃肿。
一般使用身体质量指数（BMI），即体重（kg）/身高的平方（m2），作为衡量肥胖的标准。西方人认为 BMI ＞ 30 kg/m2 即为肥胖，我国的标准更加严格，BMI ≥ 27即为肥胖。
通俗讲肥胖就是体内脂肪堆积过多，而饮食是导致肥胖的主要原因之一。有研究表明饮食诱导的产热需要激活棕色脂肪组织（Brown adipose tissue，BAT），而调节 BAT 产热的关键蛋白是解偶联蛋白 1（Uncoupling protein，UCP1）。
在过去的二十年里，研究报道了很多环境毒物通过对肠道微生物群、能量摄入或脂肪生成的影响，从而与肥胖的发展有关。然而，几乎没有研究报道农药或者试剂通过抑制能量消耗和/或棕色脂肪组织产热导致肥胖的作用。
研究内容
CPF 抑制棕色脂肪细胞中的产热基因和线粒体呼吸
首先，研究者挑选了 34 种在农业、食品加工和包装中常用的化学试剂，在带有 Ucp1-荧光素酶报告基因的小鼠永生化棕色脂肪细胞中检测了这些化学试剂对 Ucp1 表达的影响。在检测的 34 种化学物质中，只有农药 CPF 显著降低 Ucp1 启动子活性、mRNA 和蛋白表达。
为了进一步表征 CPF 的影响，在 CPF 处理仅 4 小时后进行了全 RNA 测序，发现与线粒体功能/代谢相关的 RNA 转录本受影响最大。与调节线粒体功能的转录程序的改变相一致的是，在线粒体 ATP 合成酶抑制剂寡霉素和线粒体解偶联剂 FCCP 存在下，CPF 处理会降低呼吸功能，提示线粒体渗漏和最大呼吸受损。此外，CPF 还降低了细胞色素 C 氧化酶活性和线粒体膜电位。
这些数据表明 CPF 抑制调控棕色脂肪组织线粒体功能的转录程序，且 CPF 的浓度显著低于动物研究中致毒的浓度，更符合现实中人类暴露的剂量。
图片来源：Nature Communications
CPF 促进热中性环境下高脂饮食小鼠的肥胖和代谢功能障碍
接下来，研究者在小鼠体内检测了 CPF 对肥胖和代谢功能障碍的影响。当小鼠饲养在热中性环境（29-30 ℃）并高脂饮食喂养时，CPF 处理增加了小鼠体重，导致肥胖，并降低了葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。
CPF 也增加白色脂肪组织脂滴的大小，并升高了血清游离脂肪酸和甘油三酯。用 CPF 处理饲养在热中性并喂高脂的小鼠，其肝脏重量、肝脏甘油三酯和血清 ALT 和 AST 增加。这些数据表明低浓度的 CPF 结合热中性环境和高脂饮食时会促进肥胖、胰岛素抵抗和非酒精性脂肪肝。
图片来源：Nature Communications
CPF 饮食暴露减少了热中性高脂饮食小鼠的能量消耗
为了研究 CPF 促进高脂饮食诱导的体重增加的机制，研究者在代谢笼中评估了热量摄入和能量消耗。与之前的研究一致，与饲养在室温的小鼠相比，饲养在热中性区的小鼠的卡路里摄入量较低，并且无论饲养温度如何，CPF 均会增加卡路里摄入量。重要的是，CPF 显著抑制热中性小鼠的耗氧量。
即使在食物摄入量相同的情况下，与对照组小鼠相比，CPF 处理小鼠在高脂喂养 9 周后也表现出较高的体重和肥胖增加的趋势。以上结果表明 CPF 减少了小鼠的能量消耗，进而导致热中性环境下小鼠体重增加。
图片来源：Nature Communications
CPF 饮食暴露破坏棕色脂肪组织的线粒体功能和产热
热中性高脂喂养的小鼠中，CPF 降低了 Ucp1 的 mRNA 和蛋白表达，并增加了 BAT 内脂滴的大小和数量。除了抑制 UCP1 外，透射电子显微镜还显示线粒体肥大的丰度增加，嵴被破坏。这些数据表明 CPF 降低了棕色脂肪组织中 UCP1 表达，并影响了线粒体形态。
为了直接检测 CPF 是否抑制饮食诱导产热，小鼠在热中性环境并喂以添加 CPF 的高脂饮食 5 周，随后将小鼠置于代谢笼中并禁食过夜后再进食。结果发现 CPF 处理的小鼠在再进食时氧消耗和能量消耗显著降低，表明饮食诱导的产热受损。以上结果表明 CPF 通过抑制饮食诱导的产热减少能量消耗。
图片来源：Nature Communications
图片来源：Nature Communications
CPF 抑制棕色脂肪组织中饮食诱导的产热和 β 肾上腺素能信号传导
在小鼠中，饮食诱导的产热由去甲肾上腺素刺激 β3-肾上腺素能受体（β3-AR）激活介导，从而导致腺苷酸环化酶激活，随后 cAMP 和 PKA 活性增加。
为了检测 CPF 是否影响这条通路，研究者检测了 cAMP 对 β 受体激动剂—异丙肾上腺素的反应。在分离的棕色脂肪细胞中，观察到 cAMP 降低，导致其下游 HSL、p38MAPK 和 AMPK 的磷酸化和活化减少。这些数据提示 CPF 减少了棕色脂肪组织的 cAMP 和其下游信号，从而降低 UCP1 和控制线粒体功能的关键途径。
图片来源：Nature Communications
总结
本文通过对几种常见食品污染物或添加剂的逐步筛选，发现有机磷杀虫剂毒死蜱（CPF）在浓度低至 1 pM 时可有效抑制棕色脂肪细胞中 UCP1 的表达和线粒体呼吸。
在高脂肪饮食并饲养在热中性条件下的小鼠的棕色脂肪组织中也观察到 CPF 对饮食诱导的产热的抑制，从而促进了肥胖、非酒精性脂肪肝和胰岛素抵抗。进一步研究表明，CPF 抑制棕色脂肪组织的产热与 cAMP 和蛋白激酶的减少有关，这些激酶对调节 UCP1 和线粒体自噬至关重要。
图片来源：Nature Communications
综上，该研究揭示了常用农药 CPF 在极低浓度下就可以抑制棕色脂肪组织的激活，并且可能导致肥胖的流行。该文章的通讯作者 Gregory R. Steinberg 说：「毒死蜱只需要每天抑制棕色脂肪中 40 卡路里的能量消耗，就会使得成年人肥胖，这将导致每年额外增加 5 磅的体重。」
虽然这一发现还没有在人类身上得到证实，但在食用水果和蔬菜前确保彻底清洗，可以吃得更加安心！
参考资料：
