La graisse brune constitue le système de chauffage des nourrissons

Graisse brune : définition et fonctions

Dans notre organisme, la graisse est stockée dans le tissu adipeux, composé de cellules appelées adipocytes. Ce tissu se trouve sous la peau et dans des régions intra-abdominales. Il existe sous plusieurs formes : 

  • le tissu adipeux blanc, qui est la principale réserve de graisse de l’organisme et compte pour 20 % du poids d’un adulte environ
  • le tissu adipeux brun, ou graisse brune, qui produit de la chaleur
  • le tissu adipeux beige, situé dans le tissu adipeux blanc, et dont les adipocytes ressemblent à des adipocytes bruns

La graisse brune : une adaptation au froid

Le tissu adipeux brun est présent chez certains mammifères, en particulier ceux qui hibernent. Il représente une adaptation de l’organisme aux températures froides puisqu’il sert à produire rapidement de la chaleur : on parle de thermogenèse sans frisson.

Dans le cas de l’espèce humaine, la graisse brune est particulièrement abondante chez le fœtus et le nouveau-né, chez qui le tissu adipeux brun compte pour environ 5 % du poids à la naissance. La graisse brune du bébé est localisée autour de gros vaisseaux, au niveau du cou, autour du cœur, des reins et des surrénales. 

Bien que la graisse brune régresse quand l’individu grandit, les adultes en conservent toujours un peu eux aussi. Elle se trouve alors plutôt près des surrénales, des clavicules et de la colonne vertébrale.

Les caractéristiques des adipocytes blancs, bruns et beiges

Les adipocytes blancs et bruns ont une morphologie et une fonction bien différentes. Quant à eux, les adipocytes beiges ressemblent beaucoup aux adipocytes bruns.

Les différences entre adipocytes blancs et bruns

Les adipocytes blancs sont essentiellement constitués d’une gouttelette de lipides contenant des triglycérides. Le noyau de ces adipocytes est plaqué sur le bord de la cellule. Les adipocytes bruns contiennent quant à eux plusieurs petites gouttelettes de lipides, et leur noyau est central. C’est pourquoi ils sont aussi qualifiés de « multiloculaires », alors que les adipocytes blancs sont dits « uniloculaires ». Les adipocytes bruns présentent en aspect spongieux en raison de la présence de nombreuses petites gouttelettes de lipide. Au contraire, les adipocytes blancs sont plus uniformes.

Les adipocytes blancs (en bas) présentent un aspect uniforme alors que les adipocytes bruns (en haut) ont l'air spongieux
Adipocytes bruns (en haut) et blancs (en bas) au microscope

Les adipocytes bruns possèdent un nombre particulièrement élevé de mitochondries, qui sont les petites usines énergétiques présentes au sein même des cellules. C’est ici que les lipides sont oxydés pour produire de la chaleur. Les adipocytes bruns participent à la fois à la thermogenèse sans frisson, et à celle induite par l’alimentation. Comme ils sont proches des vaisseaux sanguins, ils transmettent la chaleur au sang qui la diffuse dans l’organisme.

Chez les nouveau-nés, la thermogenèse sans frisson est indispensable au maintien de la température. En revanche, les adultes disposent d’autres moyens pour produire de la chaleur : la thermogenèse avec frisson, et l’activité physique volontaire. 

Les caractéristiques des adipocytes beiges

Dans le tissu adipeux blanc se trouvent des cellules ressemblant aux adipocytes bruns, capables elles aussi de thermogenèse : les adipocytes beiges, ou brite pour brown in white. Les Adipocytes bruns et beiges ne proviennent cependant pas des mêmes cellules : les bruns sont issus de cellules embryonnaires qui sont aussi à l’origine des muscles squelettiques, alors que les beiges se développent après la naissance. Les adipocytes beiges peuvent être des adipocytes blancs qui sont « reprogrammés » en bruns, ou de nouveaux adipocytes. Des précurseurs des adipocytes beiges se trouvent près des vaisseaux. Ils prolifèrent et se différencient en adipocytes beiges. 

Les adipocytes bruns et beiges présentent des caractéristiques cellulaires et métaboliques proches, puisqu’ils possèdent plusieurs gouttelettes lipidiques dans leur cytoplasme, ainsi qu’un grand nombre de mitochondries. 

Les cellules graisseuses existent sous différentes formes : les adipocytes blancs, beiges et bruns

Comment la graisse brune et beige produit-elle de la chaleur ?

Dans les adipocytes bruns et beiges, la thermogenèse est possible grâce à une protéine de la mitochondrie appelée thermogénine, ou UCP1 (UnCoupling Protein 1). La thermogénine est :

  • une protéine découplante : elle dissipe l’énergie de l’oxydation des lipides sous forme de chaleur, au lieu que celle-ci soit couplée à la phosphorylation de l’ADP en ATP
  • un canal ionique situé dans la membrane interne des mitochondries : ce canal à protons court-circuite le circuit habituel des protons, qui ne passent pas au niveau de l’ATP synthase

Dans les mitochondries des adipocytes bruns, l’énergie libérée par l’oxydation des acides gras est employée uniquement pour la production de chaleur. Pour y parvenir, les adipocytes bruns ont besoin de beaucoup de dioxygène, apporté par la circulation sanguine.

Les adipocytes blancs libèrent aussi un peu de chaleur en lien avec la production d’ATP dans les mitochondries, mais il ne s’agit pas de leur fonction principale.

Les mécanismes de contrôle de la graisse brune

Les adipocytes bruns sont innervés par le système nerveux sympathique, et reçoivent des terminaisons nerveuses adrénergiques. Si l’individu a froid, les neurones sympathiques libèrent de la noradrénaline qui se fixe sur des récepteurs β3-adrénergiques présents à la surface des adipocytes bruns. 

Quand l’adipocyte brun est stimulé, une enzyme hydrolyse les triglycérides pour donner des acides gras et du glycérol. Les acides gras libres rejoignent ensuite la mitochondrie où ils sont oxydés, ce qui produit de la chaleur et du dioxyde de carbone.

La thermogénine est aussi contrôlée de manière hormonale. L’hormone T4, ou thyroxine, stimule la transcription du gène UCP1. La thyroxine est une hormone thyroïdienne qui joue différents rôles dans le contrôle du métabolisme, de la croissance et de la production de chaleur. De nombreux autres facteurs hormonaux contrôlent le développement, le maintien et l’activité des tissus adipeux bruns et beiges : l’insuline, le glucagon, des glucocorticoïdes… 

Epigénétiques et adipocytes bruns

La recherche récente a montré l’importance de l’épigénétique dans le contrôle de la graisse brune et beige. Les mécanismes épigénétiques permettent des modifications de l’expression des gènes, sans changement de la séquence d’ADN.

L’alimentation augmente la thermogenèse sans frisson, surtout dans le cas d’aliments denses en énergie. Cette modification temporaire du métabolisme pourrait être un mécanisme d’adaptation pour éviter une prise de poids importante, en augmentant la consommation d’énergie pour produire de la chaleur. Ainsi, un régime cétogène augmente l’expression de la thermogénine et la thermogenèse sans frisson chez la souris.

Les tissus adipeux bruns et beiges influencent donc directement la dépense énergétique de l’individu, et donc son poids ainsi que son risque de développer des maladies liées à l’obésité.

L’impact de la graisse brune sur la santé

En plus du poids, la graisse brune pourrait influencer les troubles liés à l’obésité, tels que le diabète de type 2 ou la maladie du foie gras. Comme des adipocytes blancs peuvent devenir bruns, le « brunissement » des adipocytes apparaît comme une stratégie potentiellement intéressante pour améliorer la santé métabolique.

Graisse brune et obésité

Notre poids dépend de l’équilibre entre l’énergie que nous absorbons par l’alimentation et celle que nous dépensons pour nos activités physiques et notre métabolisme de base. Le métabolisme de base correspond aux fonctions obligatoires de l’organisme, comme la digestion, la respiration, les battements du cœur, mais aussi la thermorégulation. 

Chez les adultes, l’activité du tissu adipeux brun est réduite en cas d’obésité. C’est pourquoi on peut imaginer que la réactivation des graisses brunes pourrait apporter des bienfaits métaboliques. 

Graisse brune et diabète

Si l’organisme est exposé au froid, l’activité des adipocytes bruns et beiges augmente. La graisse brune participe alors à la régulation des niveaux d’acides gras et de glucose dans le sang, puisque ces molécules sont les carburants nécessaires à la thermogenèse liée à UCP1.

L’activation de la graisse brune par le froid favorise le contrôle de la glycémie et la sensibilité à l’insuline. Cela pourrait être dû à des molécules, des cytokines, libérées par le tissu adipeux brun, comme par exemple l’interleukine-6 ou l’adiponectine. Ces molécules combattent l’hyperglycémie et favorisent la sensibilité à l’insuline.

Par rapport à des sujets en bonne santé, la graisse brune des diabétiques de type 2 présente une masse et une activité réduites, et est moins efficace pour utiliser le glucose dans le froid. L’acclimatation au froid, qui active la graisse brune et la graisse beige, améliore la sensibilité à l’insuline de certaines patients diabétiques de type 2.

L'exposition au froid semble être une bonne piste pour activer la graisse brune

Graisse brune et santé du foie

Les tissus adipeux brun et beige semblent procurer un effet protecteur contre la stéatohépatite non alcoolique (ou NASH pour Non-Alcoholic SteatoHepatitis), la fameuse maladie du foie gras. En effet, l’obésité est un facteur de risque pour la maladie du foie gras et les adipocytes bruns et beiges consomment des acides gras libres pour produire de la chaleur. 

En 2016, une étude a montré que la présence de graisse brune activée chez des adultes réduit leur risque de maladie du foie gras, et est bénéfique pour le fonctionnement hépatique et le profil lipidique.

Références

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