生酮饮食再添新依据!Cell研究发现:CNDP2酶催化BHB产生抗肥胖代谢物,有望成为减肥法宝!

学术   2024-11-14 19:34   上海  


在近年来的代谢研究中,酮体作为能量来源和信号分子引起了广泛关注。β-羟基丁酸(BHB)是一种重要的酮体,其水平在禁食、间歇性禁食或生酮饮食等低碳水摄入条件下升高。2024年,斯坦福大学科研团队在著名期刊Cell上发表了一篇题为 "A β-hydroxybutyrate shunt pathway generates anti-obesity ketone metabolites" 的论文,揭示了一种新的BHB代谢途径,并识别出一系列具有抗肥胖特性的BHB氨基酸代谢物。



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研究背景



BHB作为能量来源和信号分子的双重作用由来已久。然而,之前的研究主要集中于其在能量代谢中与传统中间体的转化过程,该研究发现了一条BHB的次级代谢途径,开启了BHB信号传递的新领域。

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研究发现



研究发现了一条由CNDP2酶介导的新型BHB分支代谢途径,该途径生成的BHB-氨基酸代谢物具有抗肥胖效应。其中,N-β-羟基丁酰苯丙氨酸(BHB-Phe)能够激活特定神经元,从而有效抑制食物摄取。


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临床意义



这项研究揭示了BHB代谢的新机制,并为肥胖和代谢健康领域提供了新的干预靶点。通过干预BHB相关代谢物的生成,有望开发新型的肥胖和代谢疾病治疗策略。

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实验策略


研究通过体内和体外实验,结合小鼠模型,使用液相色谱-质谱分析等方法,探讨了CNDP2酶在BHB与氨基酸结合中的作用,并评估了BHB-氨基酸在生酮饮食条件下的生成和功能。

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数据解读



图1:CNDP2催化体外氨基酸BHB化合物


Figure1 展示了在体外条件下CNDP2酶催化BHB与苯丙氨酸结合生成BHB-苯丙氨酸(BHB-Phe)。通过转染小鼠CNDP2蛋白后,使用液相色谱-质谱分析(LC-MS)确认了生成的BHB-Phe产物。实验表明,CNDP2能够有效催化这种结合并表现出较高的底物亲和力。


图2:CNDP2是小鼠组织中主要的BHB-氨基酸合成酶


Figure2说明了CNDP2在小鼠不同组织中的表达和功能,包括肾脏和肠道等。结果表明,CNDP2的蛋白表达水平与BHB-Phe合成活性呈正相关。其中,CNDP2缺失的小鼠(CNDP2-KO)在多个组织中表现出显著减少的BHB-Phe合成活性。


图3:在小鼠血浆中检测到BHB-氨基酸


Figure3采用靶向代谢组学方法分析了小鼠血浆中的BHB-氨基酸成分。在不同的生酮状态下,如生酮饮食、禁食和酮酯饮用后,BHB-氨基酸水平显著升高,这表明这些代谢物在体内是内源性的且具生酮诱导性。

图4:采用靶向代谢组学方法分析了小鼠血浆中的BHB-氨基酸成分。在不同的生酮状态下,如生酮饮食、禁食和酮酯饮用后,BHB-氨基酸水平显著升高,这表明这些代谢物在体内是内源性的且具生酮诱导性。


Figure4 描述了CNDP2和HMGCL酶对BHB-氨基酸合成的遗传影响。CNDP2基因敲除的小鼠在生酮状态下BHB-氨基酸水平显著降低,表明CNDP2对这些代谢物的合成至关重要。同时,HMGCL在肝脏中的特异性缺失导致某些BHB-氨基酸水平下降,说明其在BHB-产生中的重要性。


图5:BHB-Phe对摄食行为和体重调节的影响


Figure5 探讨了BHB-Phe对饮食摄入和体重的影响。在肥胖模型小鼠中,BHB-Phe的注射减少了食物摄取和体重增益。此外,其他类似代谢物(如BHB-Lys)则没有显示出相同的效果,突出BHB-Phe的特殊作用。


图6:TRAP/c-Fos映射显示BHB-Phe和Lac-Phe激活的脑神经元


Figure6利用TRAP技术和c-Fos标记分析了被BHB-Phe和Lac-Phe激活的特定神经元群体。结果显示,两者激活了重叠但不同的神经元区域,包括下丘脑和脑干部分,这可以部分解释它们在调节食欲方面的效果。


图7:人体内的CNDP2活性和BHB-氨基酸


Figure7 展示了CNDP2介导的BHB-氨基酸生成在人体也是保守的。研究通过检测酮酯补充实验的人血浆样本,确认BHB-氨基酸作为内源性代谢物存在于人体血浆中,且在酮酯补充后水平升高。这提示了BHB-氨基酸在人体代谢平衡中的潜在作用。


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主要结论



研究确立了一种新颖的BHB分支代谢途径,拓展了我们对酮体在能量平衡和代谢调节中角色的理解。BHB-Phe及其他衍生代谢物可能成为调节食欲和体重管理的新工具。

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讨论总结



研究表明,CNDP2不仅能与乳酸结合,还能以BHB为底物,直接连接代谢状态和生物活性代谢物的产生。这种多功能酶的机制之前尚未被描述。研究还提出BHB衍生的信号代谢物在代谢调节中扮演重要角色,可能对肥胖及其他代谢疾病的进展有潜在影响。

END

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