瘦體素（leptin）經由訊息傳遞後，會增加下列何種蛋白質的合成，進而導致產熱效應（thermogenesis）？

本題觀念：

本題考查瘦體素（Leptin）調節能量平衡的機制，特別是其促進「產熱效應（Thermogenesis）」的分子機轉。瘦體素主要由脂肪組織分泌，作用於下視丘（Hypothalamus）以抑制食慾並增加能量消耗。其增加能量消耗的主要途徑之一，是透過交感神經系統（SNS）刺激棕色脂肪組織（Brown Adipose Tissue, BAT），進而調控產熱相關蛋白質的表現。

選項分析

• A. AMP-activated protein kinase（AMPK）：
  • 錯誤。瘦體素對 AMPK 的影響具有組織特異性。在骨骼肌中，瘦體素確實會活化 AMPK 以促進脂肪酸氧化；但在下視丘中，瘦體素的主要作用是抑制 AMPK 的活性以傳遞飽足訊號（抑制食慾）。此外，AMPK 是一種激酶（Kinase），主要負責代謝調控，並非直接產生熱能的「效應蛋白質」。
• B. uncoupling protein 1（UCP1）：
  • 正確。瘦體素作用於下視丘後，會活化交感神經系統，使其末梢釋放正腎上腺素（Norepinephrine）。正腎上腺素作用於棕色脂肪細胞上的 $\beta_3$-腎上腺素受體，透過 cAMP-PKA 訊息傳遞路徑，最終活化轉錄因子（如 PGC-1$\alpha$），顯著增加 UCP1（解偶聯蛋白 1） 的基因轉錄與蛋白質合成。UCP1 位於粒線體內膜，能使質子迴流而不經過 ATP 合成酶，將質子梯度的位能轉化為熱能散失，此即為非顫抖性產熱（Non-shivering thermogenesis）的核心機制。
• C. adenylyl cyclase（腺苷酸環化酶）：
  • 錯誤。Adenylyl cyclase 是訊息傳遞路徑中的酵素（負責將 ATP 轉化為 cAMP），它是被 G 蛋白偶聯受體（GPCR）活化，而非透過瘦體素直接「增加合成」來產生熱能。雖然它在產熱訊號傳遞中扮演角色，但不是最終產生熱效應的蛋白質。
• D. ATP synthase（ATP 合成酶）：
  • 錯誤。產熱效應（特別是 UCP1 介導的）的機制正是要繞過（Uncouple） ATP synthase。UCP1 的增加會減少質子流向 ATP synthase，導致 ATP 合成減少，能量改以熱的形式釋放。因此，增加產熱並非透過增加 ATP synthase 的合成來達成。

答案解析

瘦體素（Leptin）透過中樞神經系統刺激交感神經，進而作用於棕色脂肪組織。此訊號傳遞會上調 uncoupling protein 1（UCP1） 的基因表現與蛋白質合成。UCP1 是棕色脂肪產熱的關鍵效應分子，它破壞粒線體的質子梯度，使氧化磷酸化解偶聯，導致能量以熱能形式釋放而非儲存為 ATP。因此，選項 (B) uncoupling protein 1（UCP1） 是正確答案。

核心知識點

1. 瘦體素（Leptin）功能：由脂肪細胞分泌，主要作用於下視丘，功能為「抑制食慾（Anorexigenic）」與「增加能量消耗（產熱）」。
2. 產熱機制（Thermogenesis）：
   • 路徑：Leptin $\rightarrow$ 下視丘 $\rightarrow$ 交感神經興奮 $\rightarrow$ 正腎上腺素 $\rightarrow$ 脂肪細胞 $\beta_3$ 受體 $\rightarrow$ cAMP $\uparrow$ $\rightarrow$ PKA $\rightarrow$ UCP1 合成增加。
   • 關鍵蛋白：UCP1（Thermogenin）。
   • 作用：位於粒線體內膜，負責解偶聯（Uncoupling），產生熱能。
3. AMPK 的組織特異性：
   • 下視丘：Leptin 抑制 AMPK $\rightarrow$ 抑制食慾。
   • 骨骼肌/肝臟：Leptin 活化 AMPK $\rightarrow$ 促進脂肪酸氧化。

參考資料

1. Leptin signaling and its central role in energy homeostasis. Frontiers in Neuroscience.
2. Leptin Modulates the Response of Brown Adipose Tissue to Negative Energy Balance. Nutrients. 2021.
3. Induction of Uncoupling Protein Expression in Brown and White Adipose Tissue by Leptin. Endocrinology.