β-羟基-β-甲基丁酸的应用

概述^[1]

β-羟基-β-甲基丁酸(HMB)的钙盐既可作为功能饲料添加剂，促进动物生长，减少脂肪，增加瘦肉，保证动物健康；又可用作运动员保健品，在耐力训练中防止肌肉损伤，肌蛋白断裂；还可作为减肥食品的有效成分，具有广阔市场前景。目前HMB主要用化学方法生产，收率低，成本高，副产物多，环境污染严重。1981年Hasegawa报道β-甲基丁酸生产HMB，1997年转化MBA生产HMB发酵过程进行了初步探索，在培养基改进、培养条件优化方面做了一些工作，提高了菌株转化MBA生产HMB的能力。10L发酵罐中，发酵136hHMB最高浓度达38g/L，MBA摩尔转化率已接近50%，HMB平均生产率为0.069g/(L·h)。因有关微生物转化MBA生产HMB的文献很少，发酵过程对补料工艺优化的研究未见报道。

合成与代谢^[2]

HMB是作为三大支链氨基酸之一的亮氨酸在体内通过其代谢产物α-酮异己酸产生的一种天然化合物。亮氨酸不能在人体内合成，必须由外界摄取，约80%的亮氨酸用于蛋白质合成，而其余部分转换为少量的α-酮异己酸。大部分α-酮异己酸逐渐转化为乙酰-辅酶A和酮体，只有一小部分(5%～10%)α-酮异己酸转化为HMB。个体代谢60g亮氨酸通常可获得3gHMB。最近在人类中使用同位素标记显示，在正常代谢情况下，体重70kg的人每天可产生0.2～0.4gHMB，这取决于饮食中亮氨酸的剂量。HMB分解代谢后主要转化为β-羟基-β-甲基戊二酰-辅酶A，其可用于胆固醇的合成，参与细胞膜的修复及再生，10%～40%的HMB随着尿液排出体外。

应用^[2-3]

1. HMB对肿瘤恶病质的潜在作用

1)促进肌肉蛋白合成：胰岛素样生长因子1(IGF-1)-磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(PKB/Akt)-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOＲ)通路(IGF-1-PI3K-Akt-mTOＲ通路)通过抑制蛋白质降解和促进肌肉生成而对肌肉具有合成代谢作用。HMB补充剂提高了体外和体内动物模型中生长激素和IGF-1信使ＲNA的水平，表明HMB可能通过生长激素/IGF-1轴促进成肌细胞增殖、分化和存活。mTOＲ是一种蛋白激酶，通过上调合成代谢过程在控制信使ＲNA翻译效率方面起着重要作用。利用携带MAC-16肿瘤的恶病质小鼠并暴露于蛋白水解诱导因子(PIF)的鼠肌管，来阐述补充HMB可能的机制及蛋白的合成速度。HMB处理增加IGF-1与其受体的信号级联反应，首先通过增加mTOＲ的磷酸化及活化p70核糖体蛋白S6激酶，随后增加下游真核细胞起始因子4E结合蛋白1的磷酸化，增加的真核细胞起始因子4E结合蛋白1水平可抑制真核翻译起始因子4E活性，与真核翻译起始因子4E相关的真核细胞起始因子4E结合蛋白1复合物量减少，而磷酸化的真核翻译起始因子4G与真核翻译起始因子4E的复合物量增加，即使存在PIF也出现活化的翻译信号转导的改变，且活化的翻译信号有利于蛋白质合成和肌肉生长。

结果表明，虽然PIF能抑制50%的蛋白质合成，但HMB能够将这种降低减弱至对照值的90%左右。同样地，给患有AH-130肝癌的大鼠施用HMB约3周，与未给予HMB的荷瘤对照相比，HMB给药降低了双链ＲNA依赖的蛋白激酶活化，以及随后的α-亚基真核起始因子2的磷酸化，结果显示补充HMB的荷瘤大鼠具有更高的体重和更低的腓肠肌质量损失。

2）抑制肌肉蛋白分解：HMB主要通过降低泛素-蛋白酶体途径和胱天蛋白酶的活性和表达来降低肌肉蛋白降解。HMB通过激活PI3K-Akt-叉头转录因子通路，导致叉头转录因子1和叉头转录因子3a磷酸化并减弱驱动萎缩相关基因如肌肉环指蛋白1的表达。肌肉环指蛋白1是E3泛素连接酶，经常被用作泛素-蛋白酶体系统活性的标志物，在肿瘤恶病质中上调肌节蛋白的降解，介导肿瘤诱导的肌肉萎缩。另外，HMB也可减弱PIF引发的信号级联反应(即蛋白激酶C和细胞核因子κB的激活)，从而减弱泛素-蛋白酶体系统介导的肌肉蛋白降解。

3）稳定肌纤维膜和增强肌肉再生能力：大多数细胞内HMB转化为β-羟基-β-甲基戊二酰-辅酶A，作为胆固醇合成的前体。由于这种特殊的功能，HMB被认为在维持肌细胞膜完整性方面发挥作用。肌肉内HMB的可用性增加会促成更多的胆固醇生成，使得肌纤维膜得以修复和稳定。

还有研究表明，补充HMB可增强肌质网中钙的释放，改善肌肉细胞的激发-收缩偶联，增加线粒体生物合成和脂肪氧化，故而HMB可通过稳定肌纤维膜来减弱肌肉的损伤。HMB在体外降低了人外周血单核细胞增殖和细胞因子(TNF-α和γ干扰素)产生的程度。由于这些细胞因子与肿瘤恶病质的发展有关，补充HMB可能通过减轻炎症反应而抑制肌原纤维蛋白降解。肿瘤恶病质状态下肌肉再生能力受损，这可能进一步促进肌肉蛋白质分解代谢。

有关HMB对肌肉再生能力影响的研究发现，当成肌细胞与HMB孵育时，HMB诱导肌原性调节因子D、促分裂原活化的蛋白激酶/细胞外信号调节蛋白激酶、肌细胞生成素以及肌细胞增强因子2的表达增加，表明HMB可以增加卫星细胞活化，并增加成肌细胞的增殖和分化。此外，HMB还增强PI3K的p85亚基与酪氨酸磷酸化蛋白和PI3K/Akt磷酸化的结合，从而通过抑制促凋亡蛋白调节细胞存活。类似地，在大剂量TNF-α、血管紧张素Ⅱ培养的骨骼肌细胞研究中发现，HMB可减弱胱天蛋白酶的活性及表达。胱天蛋白酶体活化的减少与核细胞凋亡的减少密切相关，表明HMB也可能通过减少胱天蛋白酶活化来减弱分解代谢状态中成肌的细胞凋亡。综上，肿瘤恶病质的发展和进展可能与受损的肌肉合成代谢信号和再生能力有关，这些HMB依赖性作用可能有利于肌肉保留。

主要参考资料

[1] Galactomycesreessii转化β-甲基丁酸生产β-羟基-β-甲基丁酸

[2] β-羟基-β-甲基丁酸治疗肿瘤恶病质的研究进展

[3] β－羟基－β－甲基丁酸治疗肌少症的临床研究现状