β-羥基-β-甲基丁酸治療腫瘤惡病質(zhì)的研究進展

文 星，曾 翔，唐 華

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院胃腸外科，重慶 400016)

1 HMB合成與代謝

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[3]。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[4]。個體代謝60 g亮氨酸通?？色@得3 g HMB。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70 kg的人每天可產(chǎn)生0.2～0.4 g HMB，這取決于飲食中亮氨酸的劑量[5]。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[6]。

2 HMB對腫瘤惡病質(zhì)的潛在作用

2.1促進肌肉蛋白合成 胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)-磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路(IGF-1-PI3K-Akt-mTOR通路)通過抑制蛋白質(zhì)降解和促進肌肉生成而對肌肉具有合成代謝作用[7]。HMB補充劑提高了體外和體內(nèi)動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軸促進成肌細(xì)胞增殖、分化和存活[8-9]。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[10]。Eley等[11]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(proteolysis-inducing factor，PIF)的鼠肌管，來闡述補充HMB可能的機制及蛋白的合成速度。HMB處理增加IGF-1與其受體的信號級聯(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)活化的翻譯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的改變，且活化的翻譯信號有利于蛋白質(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@種降低減弱至對照值的90%左右[11]。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[12]。Smith等[13]利用攜帶MAC-16腫瘤惡病質(zhì)的小鼠研究也表明，向荷瘤的小鼠提供HMB使瘦組織增加，肌肉中蛋白質(zhì)合成速率加快，比目魚肌質(zhì)量增加，且蛋白質(zhì)降解、蛋白酶體酶活性和各種蛋白酶體亞基蛋白質(zhì)表達呈降低趨勢。HMB也被發(fā)現(xiàn)可減弱由脂多糖、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)、血管緊張素Ⅱ[14-15]和肌肉生長抑制素[16]誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)合成的抑制。

2.2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)動萎縮相關(guān)基因如肌肉環(huán)指蛋白1的表達[17]。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)的信號級聯(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[18]。Smith等[19]使用鼠肌管檢測PIF存在的機制，認(rèn)為暴露于PIF會增加蛋白質(zhì)降解速率(相當(dāng)于對照值的170%)。蛋白質(zhì)分解的升高與“胰凝乳蛋白酶樣”酶活性的增加同時發(fā)生，而酶活性是反映泛素蛋白-蛋白酶體活性的主要指標(biāo)。相反，用HMB處理減弱了蛋白質(zhì)降解、“胰凝乳蛋白酶樣”酶活性和泛素蛋白酶體亞基(20S和19S)蛋白質(zhì)的表達，表明HMB可以拮抗PIF誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)途徑。另一方面，HMB可通過降低胱天蛋白酶的活性和表達來降低蛋白質(zhì)降解。脂多糖、TNF-α、γ干擾素及血管緊張素Ⅱ可激活胱天蛋白酶3和胱天蛋白酶8誘導(dǎo)肌肉蛋白質(zhì)的降解，隨后激活和活化雙鏈RNA依賴的蛋白激酶，通過激活p38促分裂原活化的蛋白激酶增加活性氧類的形成。HMB完全減弱了小鼠肌原細(xì)胞培養(yǎng)物中活性氧類的形成，胱天蛋白酶3和胱天蛋白酶8的活性以及雙鏈RNA依賴的蛋白激酶的自身磷酸化，從而抑制蛋白質(zhì)的降解[14]。

2.3穩(wěn)定肌纖維膜和增強肌肉再生能力 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[4]。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[20]。還有研究表明，補充HMB可增強肌質(zhì)網(wǎng)中鈣的釋放，改善肌肉細(xì)胞的激發(fā)-收縮偶聯(lián)[21]，增加線粒體生物合成和脂肪氧化[22]，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[23]。由于這些細(xì)胞因子與腫瘤惡病質(zhì)的發(fā)展有關(guān)，補充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，這可能進一步促進肌肉蛋白質(zhì)分解代謝。有關(guān)HMB對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，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)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶、肌細(xì)胞生成素以及肌細(xì)胞增強因子2的表達增加[8]，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[8]。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[24]。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)[25]，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)展和進展可能與受損的肌肉合成代謝信號和再生能力有關(guān)，這些HMB依賴性作用可能有利于肌肉保留。

2.4減輕腫瘤負(fù)荷和延長生存期 Nunes等[26]報道，喂食HMB食物8周的大鼠體重增加，而沒有提供HMB的大鼠則在處死時體重下降。與未給予HMB的荷瘤動物相比，給予HMB的荷瘤動物腫瘤重量降低約40%，離體的腫瘤細(xì)胞增殖能力降低。此外，在用HMB處理的Walker 256腫瘤大鼠中，與安慰劑組相比，也表現(xiàn)出離體腫瘤重量降低[(9.64±1.07) g比(13.55±1.19) g，P<0.05]和腫瘤細(xì)胞增殖率下降36.9%[27]。還有證據(jù)表明，HMB可能會導(dǎo)致適應(yīng)生存優(yōu)勢。例如，接種Walker 256腫瘤細(xì)胞的嚙齒動物給予HMB 4周，與未給予HMB的嚙齒動物相比，平均存活時間延長(28 d比14 d)[28]，這可能與HMB對肌肉質(zhì)量的影響有關(guān)。Zhou等[29]報道，通過活化素受體ⅡB途徑的藥理學(xué)操作，肌肉質(zhì)量更高的C26荷瘤小鼠具有更高的存活率，表明HMB可通過保存肌肉能力延長嚙齒動物的存活率。因為沒有觀察到與惡病質(zhì)發(fā)展有關(guān)的細(xì)胞因子(即IL-6、IL-1、TNF-α)的任何變化，他們認(rèn)為肌肉質(zhì)量的保留可能是生存獲益的原因，通過補充HMB似乎能有效地保留肌肉質(zhì)量，從而延長生存期。

總體而言，補充HMB可以恢復(fù)蛋白質(zhì)合成和骨骼肌蛋白水解之間的平衡。它可能潛在地阻斷多個驅(qū)動腫瘤惡病質(zhì)發(fā)展的關(guān)鍵事件(例如Akt/mTOR途徑、肌生成、細(xì)胞凋亡、炎癥和蛋白酶體)，從而有利于肌肉質(zhì)量的保存，進而可能延長生存期。應(yīng)該注意的是，大多數(shù)研究是在動物或細(xì)胞培養(yǎng)模型中進行的，其中HMB的劑量遠(yuǎn)大于人類研究中常用的劑量。因此，需要進一步的研究來確定生理劑量下HMB的療效。

3 HMB在腫瘤惡病質(zhì)患者中的應(yīng)用

臨床上應(yīng)用HMB的研究較少，多與其他藥物聯(lián)合應(yīng)用。May等[30]對患有Ⅳ期實體瘤和惡病質(zhì)的患者進行了隨機對照研究，以測試HMB(3 g/d)、精氨酸(arginine,Arg)(14 g/d)和谷氨酰胺(glutamine,Gln)(14 g/d)(HMB/Arg/Gln)補充劑組合的療效，結(jié)果顯示，接受HMB補充劑的患者在4周后總體情況好轉(zhuǎn)，包括瘦組織增加、情緒改善、虛弱減輕、血液學(xué)參數(shù)改善等。Berk等[31]進行了一項關(guān)于472例晚期肺腫瘤患者和其他腫瘤患者(體重減輕在2%～10%)的隨機對照試驗，將HMB、谷氨酰胺和精氨酸的口服混合物與異構(gòu)對照混合物進行比較，每天2次，持續(xù)8周。遺憾的是，只有37%的患者完成了方案，沒有充分測試到HMB/Arg/Gln逆轉(zhuǎn)或預(yù)防腫瘤惡病質(zhì)的效果。另一研究在健康成年男性、人類免疫缺陷病毒感染患者和癌癥患者中進行，評估每天補充安慰劑或HMB/Arg/Gln(均為3 g)的療效，結(jié)果表明，HMB/Arg/Gln可以安全地用于治療獲得性免疫缺陷綜合征和癌癥相關(guān)的肌肉萎縮[32]。此外，研究表明HMB/Arg/Gln補充劑可有效預(yù)防頭頸癌患者的放射性皮炎[33]。在另一臨床Ⅱ期試驗中，雖然HMB/Arg/Gln補充劑不足以降低頭頸癌患者化學(xué)放射治療引起的嚴(yán)重口腔黏膜炎的發(fā)生率，但在基于阿片類藥物的疼痛控制和口腔護理過程中加入HMB/Arg/Gln是可行的，需要更進一步的臨床研究證實[34]。現(xiàn)有兩個正在進行的臨床試驗(https://clinicaltrials.gov)，一個是臨床Ⅱ期試驗(NCT01607879)，目的是評估使用標(biāo)準(zhǔn)雄激素剝奪療法+HMB/Arg/Gln對雄性激素消融治療前列腺癌患者肌肉損失的作用。而另一個(NCT03151291)是研究全身肌電刺激和特定膳食補充劑(包含HMB、二十碳五烯酸、左旋肉堿各組分)對腫瘤患者的影響。兩項研究預(yù)計2019年4月完成。

單獨使用HMB或與其他藥物和(或)營養(yǎng)素聯(lián)合使用可能是預(yù)防腫瘤惡病質(zhì)患者瘦組織減輕的安全有效方法，但仍需要通過更大和更長的臨床研究來確認(rèn)單獨使用HMB在腫瘤患者中的有效性和作用方式。

4 HMB的安全性與劑量

根據(jù)現(xiàn)有證據(jù)，HMB補充劑似乎是安全且無不良反應(yīng)的。Baier等[35]檢測了老年人每日聯(lián)合攝入HMB鈣鹽(2～3 g)與氨基酸1年的效果，未發(fā)現(xiàn)補充HMB對肝酶功能、脂質(zhì)、腎功能或免疫系統(tǒng)的不利影響。對雄性大鼠進行的研究表明，HMB可顯著增加胰島素敏感性并降低空腹胰島素水平，維持血糖的穩(wěn)定[36]。此外，在攜帶MAC16腫瘤的小鼠體內(nèi)研究顯示，低劑量的HMB鈣鹽(0.25 g/kg)比亮氨酸(1 g/kg)在4 d內(nèi)更容易維持瘦組織重量(高出約60%)[15]，提示使用HMB而非高劑量亮氨酸治療腫瘤惡病質(zhì)的臨床可行性。研究還發(fā)現(xiàn)，HMB在增加蛋白質(zhì)合成和mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方面比亮氨酸更有活性，并且亮氨酸只有有效轉(zhuǎn)化成HMB才能完成mTOR的磷酸化[37]。通常建議HMB常規(guī)劑量為3 g/d，以維持或改善在健康和疾病下骨骼肌的質(zhì)量和功能，而較高劑量(例如6 g)沒有額外的益處[2]。在藥物形式上，HMB游離酸更容易獲得，并且具有比HMB鈣鹽更高的清除率，表現(xiàn)出更快的利用率和更高的效率以及生物利用度[38]。不足的是，考慮到HMB腸道吸收率、代謝、血流動力學(xué)和與其他補充劑的相互作用，需要進一步研究最佳劑量、最佳補充持續(xù)時間和最佳補充形式(即凝膠、粉末、膠囊或飲料)。大多數(shù)HMB由肝臟中的亮氨酸合成，肝臟疾病患者HMB的缺乏可能更嚴(yán)重，然而尚未見關(guān)于動物或人體針對HMB在肝臟疾病中進行研究的報道。

5 結(jié) 語

HMB是一種亮氨酸代謝物，可改善肌肉質(zhì)量和功能。基于有限的文獻資料，HMB似乎有靶向腫瘤惡病質(zhì)多種作用的能力，除了刺激蛋白質(zhì)合成之外，還可能有抑制蛋白質(zhì)降解、促進肌肉再生及延長生存期等作用，在體外模型及完整生物體中HMB功效是一致的。然而，關(guān)于HMB治療腫瘤惡病質(zhì)肌肉萎縮的臨床報道很少。此外，大多數(shù)研究僅評估了各種藥劑組合的治療潛力，對HMB在腫瘤惡病質(zhì)中干預(yù)補充的最佳劑量、持續(xù)時間和最佳形式尚無共識。因此，需要進一步研究在一系列分解代謝條件下，單獨施用HMB減輕腫瘤惡病質(zhì)肌肉萎縮的特定有效性。