3739-30-8 / β-羥基-β-甲基丁酸的應(yīng)用

概述^[1]

β-羥基-β-甲基丁酸(HMB)的鈣鹽既可作為功能飼料添加劑，促進(jìn)動(dòng)物生長，減少脂肪，增加瘦肉，保證動(dòng)物健康；又可用作運(yùn)動(dòng)員保健品，在耐力訓(xùn)練中防止肌肉損傷，肌蛋白斷裂；還可作為減肥食品的有效成分，具有廣闊市場前景。目前HMB主要用化學(xué)方法生產(chǎn)，收率低，成本高，副產(chǎn)物多，環(huán)境污染嚴(yán)重。1981年Hasegawa報(bào)道β-甲基丁酸生產(chǎn)HMB，1997年轉(zhuǎn)化MBA生產(chǎn)HMB發(fā)酵過程進(jìn)行了初步探索，在培養(yǎng)基改進(jìn)、培養(yǎng)條件優(yōu)化方面做了一些工作，提高了菌株轉(zhuǎn)化MBA生產(chǎn)HMB的能力。10L發(fā)酵罐中，發(fā)酵136hHMB最高濃度達(dá)38g/L，MBA摩爾轉(zhuǎn)化率已接近50%，HMB平均生產(chǎn)率為0.069g/(L·h)。因有關(guān)微生物轉(zhuǎn)化MBA生產(chǎn)HMB的文獻(xiàn)很少，發(fā)酵過程對(duì)補(bǔ)料工藝優(yōu)化的研究未見報(bào)道。

合成與代謝^[2]

HMB是作為三大支鏈氨基酸之一的亮氨酸在體內(nèi)通過其代謝產(chǎn)物α-酮異己酸產(chǎn)生的一種天然化合物。亮氨酸不能在人體內(nèi)合成，必須由外界攝取，約80%的亮氨酸用于蛋白質(zhì)合成，而其余部分轉(zhuǎn)換為少量的α-酮異己酸。大部分α-酮異己酸逐漸轉(zhuǎn)化為乙酰-輔酶A和酮體，只有一小部分(5%～10%)α-酮異己酸轉(zhuǎn)化為HMB。個(gè)體代謝60g亮氨酸通?？色@得3gHMB。最近在人類中使用同位素標(biāo)記顯示，在正常代謝情況下，體重70kg的人每天可產(chǎn)生0.2～0.4gHMB，這取決于飲食中亮氨酸的劑量。HMB分解代謝后主要轉(zhuǎn)化為β-羥基-β-甲基戊二酰-輔酶A，其可用于膽固醇的合成，參與細(xì)胞膜的修復(fù)及再生，10%～40%的HMB隨著尿液排出體外。

應(yīng)用^[2-3]

1. HMB對(duì)腫瘤惡病質(zhì)的潛在作用

1)促進(jìn)肌肉蛋白合成：胰島素樣生長因子1(IGF-1)-磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(PKB/Akt)-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOＲ)通路(IGF-1-PI3K-Akt-mTOＲ通路)通過抑制蛋白質(zhì)降解和促進(jìn)肌肉生成而對(duì)肌肉具有合成代謝作用。HMB補(bǔ)充劑提高了體外和體內(nèi)動(dòng)物模型中生長激素和IGF-1信使ＲNA的水平，表明HMB可能通過生長激素/IGF-1軸促進(jìn)成肌細(xì)胞增殖、分化和存活。mTOＲ是一種蛋白激酶，通過上調(diào)合成代謝過程在控制信使ＲNA翻譯效率方面起著重要作用。利用攜帶MAC-16腫瘤的惡病質(zhì)小鼠并暴露于蛋白水解誘導(dǎo)因子(PIF)的鼠肌管，來闡述補(bǔ)充HMB可能的機(jī)制及蛋白的合成速度。HMB處理增加IGF-1與其受體的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，首先通過增加mTOＲ的磷酸化及活化p70核糖體蛋白S6激酶，隨后增加下游真核細(xì)胞起始因子4E結(jié)合蛋白1的磷酸化，增加的真核細(xì)胞起始因子4E結(jié)合蛋白1水平可抑制真核翻譯起始因子4E活性，與真核翻譯起始因子4E相關(guān)的真核細(xì)胞起始因子4E結(jié)合蛋白1復(fù)合物量減少，而磷酸化的真核翻譯起始因子4G與真核翻譯起始因子4E的復(fù)合物量增加，即使存在PIF也出現(xiàn)活化的翻譯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的改變，且活化的翻譯信號(hào)有利于蛋白質(zhì)合成和肌肉生長。

結(jié)果表明，雖然PIF能抑制50%的蛋白質(zhì)合成，但HMB能夠?qū)⑦@種降低減弱至對(duì)照值的90%左右。同樣地，給患有AH-130肝癌的大鼠施用HMB約3周，與未給予HMB的荷瘤對(duì)照相比，HMB給藥降低了雙鏈ＲNA依賴的蛋白激酶活化，以及隨后的α-亞基真核起始因子2的磷酸化，結(jié)果顯示補(bǔ)充HMB的荷瘤大鼠具有更高的體重和更低的腓腸肌質(zhì)量損失。

2）抑制肌肉蛋白分解：HMB主要通過降低泛素-蛋白酶體途徑和胱天蛋白酶的活性和表達(dá)來降低肌肉蛋白降解。HMB通過激活PI3K-Akt-叉頭轉(zhuǎn)錄因子通路，導(dǎo)致叉頭轉(zhuǎn)錄因子1和叉頭轉(zhuǎn)錄因子3a磷酸化并減弱驅(qū)動(dòng)萎縮相關(guān)基因如肌肉環(huán)指蛋白1的表達(dá)。肌肉環(huán)指蛋白1是E3泛素連接酶，經(jīng)常被用作泛素-蛋白酶體系統(tǒng)活性的標(biāo)志物，在腫瘤惡病質(zhì)中上調(diào)肌節(jié)蛋白的降解，介導(dǎo)腫瘤誘導(dǎo)的肌肉萎縮。另外，HMB也可減弱PIF引發(fā)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)(即蛋白激酶C和細(xì)胞核因子κB的激活)，從而減弱泛素-蛋白酶體系統(tǒng)介導(dǎo)的肌肉蛋白降解。

3）穩(wěn)定肌纖維膜和增強(qiáng)肌肉再生能力：大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)HMB轉(zhuǎn)化為β-羥基-β-甲基戊二酰-輔酶A，作為膽固醇合成的前體。由于這種特殊的功能，HMB被認(rèn)為在維持肌細(xì)胞膜完整性方面發(fā)揮作用。肌肉內(nèi)HMB的可用性增加會(huì)促成更多的膽固醇生成，使得肌纖維膜得以修復(fù)和穩(wěn)定。

還有研究表明，補(bǔ)充HMB可增強(qiáng)肌質(zhì)網(wǎng)中鈣的釋放，改善肌肉細(xì)胞的激發(fā)-收縮偶聯(lián)，增加線粒體生物合成和脂肪氧化，故而HMB可通過穩(wěn)定肌纖維膜來減弱肌肉的損傷。HMB在體外降低了人外周血單核細(xì)胞增殖和細(xì)胞因子(TNF-α和γ干擾素)產(chǎn)生的程度。由于這些細(xì)胞因子與腫瘤惡病質(zhì)的發(fā)展有關(guān)，補(bǔ)充HMB可能通過減輕炎癥反應(yīng)而抑制肌原纖維蛋白降解。腫瘤惡病質(zhì)狀態(tài)下肌肉再生能力受損，這可能進(jìn)一步促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)分解代謝。

有關(guān)HMB對(duì)肌肉再生能力影響的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)成肌細(xì)胞與HMB孵育時(shí)，HMB誘導(dǎo)肌原性調(diào)節(jié)因子D、促分裂原活化的蛋白激酶/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶、肌細(xì)胞生成素以及肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2的表達(dá)增加，表明HMB可以增加衛(wèi)星細(xì)胞活化，并增加成肌細(xì)胞的增殖和分化。此外，HMB還增強(qiáng)PI3K的p85亞基與酪氨酸磷酸化蛋白和PI3K/Akt磷酸化的結(jié)合，從而通過抑制促凋亡蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞存活。類似地，在大劑量TNF-α、血管緊張素Ⅱ培養(yǎng)的骨骼肌細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)，HMB可減弱胱天蛋白酶的活性及表達(dá)。胱天蛋白酶體活化的減少與核細(xì)胞凋亡的減少密切相關(guān)，表明HMB也可能通過減少胱天蛋白酶活化來減弱分解代謝狀態(tài)中成肌的細(xì)胞凋亡。綜上，腫瘤惡病質(zhì)的發(fā)展和進(jìn)展可能與受損的肌肉合成代謝信號(hào)和再生能力有關(guān)，這些HMB依賴性作用可能有利于肌肉保留。

主要參考資料

[1] Galactomycesreessii轉(zhuǎn)化β-甲基丁酸生產(chǎn)β-羥基-β-甲基丁酸

[2] β-羥基-β-甲基丁酸治療腫瘤惡病質(zhì)的研究進(jìn)展

[3] β－羥基－β－甲基丁酸治療肌少癥的臨床研究現(xiàn)狀