哺乳动物脂肪细胞可以分成白色脂肪细胞、褐色脂肪细胞和米色脂肪细胞。其中白色脂肪主要以甘油三酯的形式储存过剩能量,褐色脂肪和米色脂肪可以通过非颤抖性产热作用将能量转化成热量。有研究表明,下丘脑促进交感神经释放去甲肾上腺素,去甲肾上腺素通过β3-AR受体激活褐色脂肪和米色脂肪细胞产生热量。褐色脂肪细胞通过位于线粒体内膜的解偶联蛋白1（Uncoupling Protein 1,UCP1）产生热量的机制已被广泛研究,然而米色脂肪细胞中UCP1如何调节热量产生还有诸多疑问。因此本研究以米色脂肪为研究对象,研究去甲肾上腺素刺激产热的生理变化,并研究其可能的分子机制,这对进一步了解米色脂肪调节机体能量代谢的功能有重要意义。本研究首先发现UCP1-KO小鼠米色脂肪细胞和WT小鼠米色脂肪细胞经去甲肾上腺素刺激后,细胞氧消耗速率没有显著差异,表明小鼠米色脂肪细胞中存在非UCP1蛋白依赖的能量代谢途径,该代谢途径的激活补偿了 UCP1缺失造成的损失。进一步证实,与WT小鼠米色脂肪细胞相比,UCP1-KO的小鼠米色脂肪细胞中,Serca2和Ckmt1的基因表达量发生补偿性的上调。SERCA2是一种具有ATP酶活性的钙离子泵,CKMT1是线粒体内肌氨酸（Creatine）循环中的关键酶,这两个基因的激活都可以促进细胞内ATP的消耗。通过药物抑制实验,本研究证实了SERCA2蛋白的激活是Ucp1缺失小鼠米色脂肪细胞响应去甲肾上腺素刺激的主要原因,此外肌氨酸驱动的底物循环也在小鼠米脂细胞能量代谢中起一定作用。RNA干扰和基因敲除实验也证明SERCA2蛋白水平的下调和缺失会造成UCP1-KO小鼠米色脂肪细胞失去响应去甲肾上腺素刺激的能力,这说明SERCA2蛋白的功能对于米色脂肪细胞能量代谢的调节具有重要作用,SERCA2介导的钙离子循环和肌氨酸循环是新发现的UCP1非依赖的产热途径。进一步以人和猪米色脂肪细胞为实验材料的跨物种研究表明,在敲除Ucp1基因的人和猪米色脂肪细胞中,药物抑制SERCA2均可抑制去甲肾上腺素对细胞呼吸的刺激作用。和小鼠类似,人米色脂肪细胞中的肌氨酸循环也可以介导产热,但抑制肌氨酸循环对猪米色脂肪细胞没有任何影响。荧光定量实验也证明了Ckmt2基因在猪米色脂肪细胞中表达量很低,Ckmt1表达量甚至低于可检测值,说明肌氨酸循环在猪米色脂肪细胞能量代谢过程中所起作用甚微。总之本文发现的SERCA2/Ca2+循环介导的产热作用在小鼠、人类和猪的米色脂肪细胞中均存在,该途径通过UCP1非依赖的途径调节细胞响应去甲肾上腺素的刺激,是一个功能保守的产热途径。该产热机制的发现为未来人类肥胖症的治疗和猪抗寒品种的培育提供了理论基础。