然而,近年来,科学家们发现,饥饿、间歇性禁食、生酮饮食或运动后,体内的BHB水平会显著升高,这引发了人们对研究BHB在肥胖及糖尿病中的潜在有益应用的兴趣。
2024年11月12日,贝勒医学院徐勇教授团队与斯坦福大学JonathanZ.Long教授团队合作,在Cell期刊发表了题为:Aβ-hydroxybutyrateshuntpathwaygeneratesanti-obesogenicketonemetabolites的研究论文。
该研究首次揭示了β-羟基丁酸(β-hydroxybutyrate,BHB)通过一种此前未知的次级代谢通路,产生BHB-氨基酸,其中含量最高的是BHB-苯丙胺酸(BHB-Phe),其通过激活下丘脑和脑干中的特定神经元,发挥抑制食欲、减轻肥胖的作用。
之前的研究已经确定了介导肝脏BHB产生和肝外BHB氧化的经典初级代谢通路。在肝脏生酮作用中,脂肪酸氧化导致乙酰辅酶A(CoA)的产生,通过HMGCS2(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶2)、HMGCL(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A裂解酶)和BDH1(3-羟基丁酸脱氢酶1)的连续作用,最终产生BHB。BHB一旦产生就会被输出到循环系统中,然后可被肝外组织摄取,并在肝外组织中通过BDH1、SCOT(琥珀酰辅酶A转移酶)和三羧酸循环进行氧化。
重要的是,BHB的所有已知代谢通路都涉及相同的BHB代谢互转化为直接用于ATP生成的初级中间体。BHB的初级代谢通路以外的代谢通路迄今尚未见报道。
众所周知,大脑中的神经元群调控摄食行为,研究团队通过绘制大脑图谱,发现BHB-Phe激活了下丘脑和脑干的神经元,从而抑制进食,减少体重。而敲除了CNDP2的小鼠模型,缺乏BHB-Phe,它们吃得更多,导致体重增加。
早在2022年6月,JonathanZ.Long教授和徐勇教授团队在Nature期刊发表了题为:Anexercise-induciblemetabolitethatsuppressesfeedingandobesity的研究论文【2】。
该研究发现,运动锻炼过程中血液中会产生一种小分子——Lac-Phe(由乳酸和苯丙氨酸合成而来),它能够有效减少运动后的饥饿感,从而抑制进食,减轻肥胖。
而Lac-Phe的产生,同样由CNDP2酶催化。
研究团队进一步分析显示,实际上,只有一小部分神经元能够同时被Lac-Phe和BHB-Phe这两种化合物所激活,大多数被Lac-Phe和BHB-Phe激活的神经元是不同的。这表明尽管这两种化合物以相似的方式影响进食行为,但它们可能通过不同的机制介导这种效应。
总的来说,该研究揭示了一种此前未知的β-羟基丁酸(BHB)次级代谢通路,该代谢通路同样存在于人体中,CNDP2酶催化游离氨基酸发生发生β-羟基丁酰化,生成BHB-氨基酸,其中含量最高的是BHB-苯丙胺酸(BHB-Phe),BHB-Phe激活了下丘脑和脑干的神经元,从而抑制进食,减少体重。
该研究表明了二甲双胍与剧烈运动通过同一个途径来抑制食欲,这为新型减肥药物的开发铺平了道路。