The interest in brown adipose tissue (BAT) as a target to combat metabolic disease has recently been renewed with the discovery of functional BAT in humans. In rodents, BAT can be activated by bile acids, which activate type 2 iodothyronine deiodinase (D2) in BAT via the G-coupled protein receptor TGR5, resulting in increased oxygen consumption and energy expenditure. Here we examined the effects of oral supplementation of the bile acid chenodeoxycholic acid (CDCA) on human BAT activity. Treatment of 12 healthy female subjects with CDCA for 2 days resulted in increased BAT activity. Whole-body energy expenditure was also increased upon CDCA treatment. In vitro treatment of primary human brown adipocytes derived with CDCA or specific TGR5 agonists increased mitochondrial uncoupling and D2 expression, an effect that was absent in human primary white adipocytes. These findings identify bile acids as a target to activate BAT in humans.

Background Cold-stimulated adaptive thermogenesis in brown adipose tissue (BAT) to increase energy expenditure is suggested as a possible therapeutic target for the treatment of obesity. We have recently shown high prevalence of BAT in adult humans, which was inversely related to body mass index (BMI) and body fat percentage (BF%), suggesting that obesity is associated with lower BAT activity. Here, we examined BAT activity in morbidly obese subjects and its role in cold-induced thermogenesis (CIT) after applying a personalized cooling protocol. We hypothesize that morbidly obese subjects show reduced BAT activity upon cold exposure. Methods and Findings After applying a personalized cooling protocol for maximal non-shivering conditions, BAT activity was determined using positron-emission tomography and computed tomography (PET-CT). Cold-induced BAT activity was detected in three out of 15 morbidly obese subjects. Combined with results from lean to morbidly obese subjects (n = 39) from previous study, the collective data show a highly significant correlation between BAT activity and body composition (P<0.001), respectively explaining 64% and 60% of the variance in BMI (r = 0.8; P<0.001) and BF% (r = 0.75; P<0.001). Obese individuals demonstrate a blunted CIT combined with low BAT activity. Only in BAT-positive subjects (n = 26) mean energy expenditure was increased significantly upon cold exposure (51.5±6.7 J/s versus 44.0±5.1 J/s, P = 0.001), and the increase was significantly higher compared to BAT-negative subjects (+15.5±8.9% versus +3.6±8.9%, P = 0.001), indicating a role for BAT in CIT in humans. Conclusions This study shows that in an extremely large range of body compositions, BAT activity is highly correlated with BMI and BF%. BAT-positive subjects showed higher CIT, indicating that BAT is also in humans involved in adaptive thermogenesis. Increasing BAT activity could be a therapeutic target in (morbid) obesity.

Recruitment of brown adipose tissue (BAT) has emerged as a potential tool to combat obesity and associated metabolic complications. Short-term cold acclimation has been shown not only to enhance the presence and activity of BAT in lean humans but also to improve the metabolic profile of skeletal muscle to benefit glucose uptake in patients with type 2 diabetes. Here we examined whether short-term cold acclimation also induced such adaptations in 10 metabolically healthy obese male subjects. A 10-day cold acclimation period resulted in increased cold-induced glucose uptake in BAT, as assessed by [18F]fluorodeoxyglucose positron emission tomography/computed tomography. BAT activity was negatively related to age, with a similar trend for body fat percentage. In addition, cold-induced glucose uptake in BAT was positively related to glucose uptake in visceral white adipose tissue, although glucose uptake in visceral and subcutaneous white adipose tissue depots was unchanged upon cold acclimation. Cold-induced skeletal muscle glucose uptake tended to increase upon cold acclimation, which was paralleled by increased basal GLUT4 localization in the sarcolemma, as assessed through muscle biopsies. Proximal skin temperature was increased and subjective responses to cold were slightly improved at the end of the acclimation period. These metabolic adaptations to prolonged exposure to mild cold may lead to improved glucose metabolism or prevent the development of obesity-associated insulin resistance and hyperglycemia.