Ảnh hiển vi điện tử quét màu (SEM) của một mẫu mô mỡ, cho thấy các tế bào mỡ (tế bào mỡ, màu vàng đỏ) được bao quanh bởi các sợi nhỏ của mô liên kết nâng đỡ. Tế bào mỡ là một trong những tế bào lớn nhất trong cơ thể con người, mỗi tế bào có đường kính từ 100 đến 120 micron. Hầu như toàn bộ thể tích của mỗi tế bào mỡ bao gồm một giọt lipid (chất béo hoặc dầu) duy nhất.
Nhóm nghiên cứu đã hình dung ra những con đường thần kinh cảm giác ẩn này bằng cách sử dụng một kỹ thuật làm cho mô của động vật trở nên trong suốt. Khi các nhà nghiên cứu phá hủy kết nối, những con chuột đốt cháy nhiều mỡ hơn. Điều này làm tăng hy vọng rằng một ngày nào đó, việc gián đoạn mạng lưới liên lạc này có thể giúp điều trị bệnh béo phì, giả sử những phát hiện này có thể được nhân rộng ở người.
Trước đây, các nhà nghiên cứu biết rằng não bộ sử dụng hệ thống thần kinh giao cảm để ra lệnh cho cơ thể đốt cháy nhiều chất béo hơn; nhánh này của hệ thống thần kinh chỉ đạo phản ứng "chiến đấu hoặc bay" và khai thác chất béo như một nguồn nhiên liệu quan trọng cho các cơ quan của cơ thể.
Nói cách khác, các nhà nghiên cứu đã biết cách bộ não sử dụng các tế bào thần kinh để gửi thông tin một chiều đến chất béo. Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng giao tiếp theo hướng khác - từ chất béo đến não - ít trực tiếp hơn, với việc chất béo gửi các thông điệp đến não bằng cách giải phóng hormone vào máu, tác giả chính của nghiên cứu Li Ye, một nhà thần kinh học tại Viện nghiên cứu Scripps ở La Jolla, California, Mỹ, cho biết.
Nghiên cứu mới cho thấy, chất béo cũng gửi thông điệp đến não thông qua các tế bào thần kinh cảm giác, hoặc tế bào thần kinh, được gọi là hạch rễ lưng. Các hạch rễ lưng (DRG), có các tế bào nằm gần tủy sống, kéo dài các dây dài đến các cơ quan ngoại vi và do đó nhận thông tin cảm giác từ cơ thể để gửi đến não qua tủy sống. Các nhà nghiên cứu từ lâu đã biết rằng, DRG vận chuyển thông tin từ da và cơ đến não, nhưng nghiên cứu mới đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng DRG cũng nhận và truyền thông tin cảm giác từ chất béo.
Các nhà nghiên cứu đã biết rằng, DRG đã gửi các dự báo của nó vào mô mỡ ở chuột và chuột đồng, họ không thể xác định chính xác thông tin mà các tế bào thần kinh đang truyền đi do khó hình dung các tế bào thần kinh qua một khoảng cách xa và điều khiển DRG mà không ảnh hưởng đến nhánh giao cảm của hệ thần kinh. Các nhà nghiên cứu đã vượt qua cả những trở ngại đó trong nghiên cứu này.
Trong nghiên cứu này, Ye và các cộng sự của ông đã gắn nhãn huỳnh quang cho các tế bào thần kinh DRG mở rộng thành mô mỡ. Sử dụng hệ thống mà họ đã phát triển trước đây làm cho các mô động vật trở nên trong suốt, chúng có thể nhìn thấy đường đi của DRGs từ nguồn gốc của chúng gần tủy sống đến các vùng mỡ, hay còn gọi là các miếng mỡ, bên dưới da.
Hình minh họa cho thấy ba loại tế bào mỡ khác nhau: nâu, be và trắng.
Các nhà nghiên cứu đã xác định mối liên hệ giữa DRG và một số vùng mô mỡ khác nhau ở chuột. Họ đặc biệt tập trung vào một lớp mỡ màu be được gọi là mô mỡ trắng bẹn.
Ye cho biết chất béo có nhiều màu tùy thuộc vào cách cơ thể sử dụng. Chất béo nâu nhận được màu sắc của nó từ số lượng lớn các ti thể mà nó chứa. Cơ thể đốt cháy chất béo nâu để tạo ra nhiệt và tăng nhiệt độ cơ thể để đáp ứng với lạnh. Ngược lại, chất béo trắng chủ yếu được lưu trữ. Chất béo màu be là chất trung gian giữa hai chất này. Khi cơ thể cần đốt cháy nhiều chất béo hơn, chất béo màu be sẽ trở nên nâu hơn và cơ thể đốt cháy nó để tạo ra nhiệt. Khi cơ thể không cần đốt cháy chất béo, chất béo màu be sẽ trắng hơn.
Cho đến gần đây, các nhà nghiên cứu nghĩ rằng ở người, chỉ trẻ sơ sinh mới có chất béo màu nâu và màu be, nhưng kể từ năm 2009, các nhà nghiên cứu đã tích lũy bằng chứng cho thấy người lớn cũng có chất béo này. Các nhà nghiên cứu đã chọn tập trung vào chất béo màu be trong nghiên cứu này vì nó có tính năng động: nó có thể trở nên nâu hơn hoặc trắng hơn và có thể tạo ra nhiều hơn hoặc ít nhiệt hơn để phản ứng với những thay đổi của môi trường. Một lý do khác mà các nhà nghiên cứu chọn tập trung vào chất béo màu be là vì tính năng động của nó, nó có khả năng ảnh hưởng lớn đến sự trao đổi chất, béo phì và các kết quả lâm sàng quan trọng khác.
Khi các nhà nghiên cứu sử dụng một loại virus để phá hủy các tế bào thần kinh DRG kết nối với chất béo màu be này, những con chuột đã đốt cháy nhiều chất béo hơn: Các gen liên quan đến sản xuất chất béo và tạo ra nhiệt tăng lên; các miếng mỡ màu be của động vật phát triển khi chúng tạo ra nhiều chất béo hơn để đốt cháy.
Những con chuột không tăng cân sau khi tiêu hủy DRG của chúng. Ye giải thích nghịch lý này rằng, để đốt cháy nhiều chất béo hơn, bạn cũng cần tạo ra nhiều chất béo hơn làm nhiên liệu. Ông cũng lưu ý rằng, sự phát triển của các chất béo xấu màu be tương đối nhỏ.
Nếu cơ thể giống như một chiếc ô tô và chất béo là khí, hệ thống thần kinh giao cảm sẽ hoạt động giống như một bàn đạp ga bằng cách nghiêng cơ thể để đốt cháy nhiều chất béo hơn. Ngược lại, giao tiếp giữa chất béo với não mới được phát hiện, dường như hoạt động giống như một hệ thống phanh, hoạt động trái ngược với bàn đạp ga của hệ thần kinh giao cảm.
Vì vậy, khi các nhà nghiên cứu cắt giảm phanh bằng cách giết chết các DRG có liên quan đến chất béo màu be, các loài động vật đốt cháy nhiều chất béo hơn, tạo ra nhiệt và khiến nhiệt độ của chúng tăng lên. Các miếng mỡ màu be của chúng lớn lên bởi vì chúng đang chuyển đổi đường và axit béo hiện có từ máu thành nhiều chất béo hơn để đốt cháy, chứ không phải vì động vật tăng cân.
Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng, khi hệ thống phanh này còn nguyên vẹn, nó sẽ báo cho não biết lượng chất béo đang được đốt cháy và đảm bảo rằng cơ thể không đốt cháy quá nhiều chất béo đó. Trong tương lai, việc điều tra cách vận dụng sự giao tiếp này để khiến một loài động vật đốt cháy nhiều chất béo hơn sẽ mang đến hy vọng cuối cùng giúp những người bị béo phì giảm cân.