β-羟基-β-甲基丁酸治疗肿瘤恶病质的研究进展

文 星，曾 翔，唐 华

(重庆医科大学附属第一医院胃肠外科，重庆 400016)

1 HMB合成与代谢

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[3]。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[4]。个体代谢60 g亮氨酸通常可获得3 g HMB。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70 kg的人每天可产生0.2～0.4 g HMB，这取决于饮食中亮氨酸的剂量[5]。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[6]。

2 HMB对肿瘤恶病质的潜在作用

2.1促进肌肉蛋白合成 胰岛素样生长因子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)-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，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[7]。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[8-9]。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[10]。Eley等[11]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(proteolysis-inducing factor，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[11]。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[12]。Smith等[13]利用携带MAC-16肿瘤恶病质的小鼠研究也表明，向荷瘤的小鼠提供HMB使瘦组织增加，肌肉中蛋白质合成速率加快，比目鱼肌质量增加，且蛋白质降解、蛋白酶体酶活性和各种蛋白酶体亚基蛋白质表达呈降低趋势。HMB也被发现可减弱由脂多糖、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)、血管紧张素Ⅱ[14-15]和肌肉生长抑制素[16]诱导的蛋白质合成的抑制。

2.2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[17]。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[18]。Smith等[19]使用鼠肌管检测PIF存在的机制，认为暴露于PIF会增加蛋白质降解速率(相当于对照值的170%)。蛋白质分解的升高与“胰凝乳蛋白酶样”酶活性的增加同时发生，而酶活性是反映泛素蛋白-蛋白酶体活性的主要指标。相反，用HMB处理减弱了蛋白质降解、“胰凝乳蛋白酶样”酶活性和泛素蛋白酶体亚基(20S和19S)蛋白质的表达，表明HMB可以拮抗PIF诱导的蛋白质降解和泛素-蛋白酶体系统途径。另一方面，HMB可通过降低胱天蛋白酶的活性和表达来降低蛋白质降解。脂多糖、TNF-α、γ干扰素及血管紧张素Ⅱ可激活胱天蛋白酶3和胱天蛋白酶8诱导肌肉蛋白质的降解，随后激活和活化双链RNA依赖的蛋白激酶，通过激活p38促分裂原活化的蛋白激酶增加活性氧类的形成。HMB完全减弱了小鼠肌原细胞培养物中活性氧类的形成，胱天蛋白酶3和胱天蛋白酶8的活性以及双链RNA依赖的蛋白激酶的自身磷酸化，从而抑制蛋白质的降解[14]。

2.3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[4]。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[20]。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[21]，增加线粒体生物合成和脂肪氧化[22]，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[23]。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[8]，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[8]。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[24]。胱天蛋白酶体活化的减少与核细胞凋亡的减少密切相关[25]，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。

2.4减轻肿瘤负荷和延长生存期 Nunes等[26]报道，喂食HMB食物8周的大鼠体重增加，而没有提供HMB的大鼠则在处死时体重下降。与未给予HMB的荷瘤动物相比，给予HMB的荷瘤动物肿瘤重量降低约40%，离体的肿瘤细胞增殖能力降低。此外，在用HMB处理的Walker 256肿瘤大鼠中，与安慰剂组相比，也表现出离体肿瘤重量降低[(9.64±1.07) g比(13.55±1.19) g，P<0.05]和肿瘤细胞增殖率下降36.9%[27]。还有证据表明，HMB可能会导致适应生存优势。例如，接种Walker 256肿瘤细胞的啮齿动物给予HMB 4周，与未给予HMB的啮齿动物相比，平均存活时间延长(28 d比14 d)[28]，这可能与HMB对肌肉质量的影响有关。Zhou等[29]报道，通过活化素受体ⅡB途径的药理学操作，肌肉质量更高的C26荷瘤小鼠具有更高的存活率，表明HMB可通过保存肌肉能力延长啮齿动物的存活率。因为没有观察到与恶病质发展有关的细胞因子(即IL-6、IL-1、TNF-α)的任何变化，他们认为肌肉质量的保留可能是生存获益的原因，通过补充HMB似乎能有效地保留肌肉质量，从而延长生存期。

总体而言，补充HMB可以恢复蛋白质合成和骨骼肌蛋白水解之间的平衡。它可能潜在地阻断多个驱动肿瘤恶病质发展的关键事件(例如Akt/mTOR途径、肌生成、细胞凋亡、炎症和蛋白酶体)，从而有利于肌肉质量的保存，进而可能延长生存期。应该注意的是，大多数研究是在动物或细胞培养模型中进行的，其中HMB的剂量远大于人类研究中常用的剂量。因此，需要进一步的研究来确定生理剂量下HMB的疗效。

3 HMB在肿瘤恶病质患者中的应用

临床上应用HMB的研究较少，多与其他药物联合应用。May等[30]对患有Ⅳ期实体瘤和恶病质的患者进行了随机对照研究，以测试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)补充剂组合的疗效，结果显示，接受HMB补充剂的患者在4周后总体情况好转，包括瘦组织增加、情绪改善、虚弱减轻、血液学参数改善等。Berk等[31]进行了一项关于472例晚期肺肿瘤患者和其他肿瘤患者(体重减轻在2%～10%)的随机对照试验，将HMB、谷氨酰胺和精氨酸的口服混合物与异构对照混合物进行比较，每天2次，持续8周。遗憾的是，只有37%的患者完成了方案，没有充分测试到HMB/Arg/Gln逆转或预防肿瘤恶病质的效果。另一研究在健康成年男性、人类免疫缺陷病毒感染患者和癌症患者中进行，评估每天补充安慰剂或HMB/Arg/Gln(均为3 g)的疗效，结果表明，HMB/Arg/Gln可以安全地用于治疗获得性免疫缺陷综合征和癌症相关的肌肉萎缩[32]。此外，研究表明HMB/Arg/Gln补充剂可有效预防头颈癌患者的放射性皮炎[33]。在另一临床Ⅱ期试验中，虽然HMB/Arg/Gln补充剂不足以降低头颈癌患者化学放射治疗引起的严重口腔黏膜炎的发生率，但在基于阿片类药物的疼痛控制和口腔护理过程中加入HMB/Arg/Gln是可行的，需要更进一步的临床研究证实[34]。现有两个正在进行的临床试验(https://clinicaltrials.gov)，一个是临床Ⅱ期试验(NCT01607879)，目的是评估使用标准雄激素剥夺疗法+HMB/Arg/Gln对雄性激素消融治疗前列腺癌患者肌肉损失的作用。而另一个(NCT03151291)是研究全身肌电刺激和特定膳食补充剂(包含HMB、二十碳五烯酸、左旋肉碱各组分)对肿瘤患者的影响。两项研究预计2019年4月完成。

单独使用HMB或与其他药物和(或)营养素联合使用可能是预防肿瘤恶病质患者瘦组织减轻的安全有效方法，但仍需要通过更大和更长的临床研究来确认单独使用HMB在肿瘤患者中的有效性和作用方式。

4 HMB的安全性与剂量

根据现有证据，HMB补充剂似乎是安全且无不良反应的。Baier等[35]检测了老年人每日联合摄入HMB钙盐(2～3 g)与氨基酸1年的效果，未发现补充HMB对肝酶功能、脂质、肾功能或免疫系统的不利影响。对雄性大鼠进行的研究表明，HMB可显著增加胰岛素敏感性并降低空腹胰岛素水平，维持血糖的稳定[36]。此外，在携带MAC16肿瘤的小鼠体内研究显示，低剂量的HMB钙盐(0.25 g/kg)比亮氨酸(1 g/kg)在4 d内更容易维持瘦组织重量(高出约60%)[15]，提示使用HMB而非高剂量亮氨酸治疗肿瘤恶病质的临床可行性。研究还发现，HMB在增加蛋白质合成和mTOR信号转导方面比亮氨酸更有活性，并且亮氨酸只有有效转化成HMB才能完成mTOR的磷酸化[37]。通常建议HMB常规剂量为3 g/d，以维持或改善在健康和疾病下骨骼肌的质量和功能，而较高剂量(例如6 g)没有额外的益处[2]。在药物形式上，HMB游离酸更容易获得，并且具有比HMB钙盐更高的清除率，表现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，考虑到HMB肠道吸收率、代谢、血流动力学和与其他补充剂的相互作用，需要进一步研究最佳剂量、最佳补充持续时间和最佳补充形式(即凝胶、粉末、胶囊或饮料)。大多数HMB由肝脏中的亮氨酸合成，肝脏疾病患者HMB的缺乏可能更严重，然而尚未见关于动物或人体针对HMB在肝脏疾病中进行研究的报道。

5 结 语

HMB是一种亮氨酸代谢物，可改善肌肉质量和功能。基于有限的文献资料，HMB似乎有靶向肿瘤恶病质多种作用的能力，除了刺激蛋白质合成之外，还可能有抑制蛋白质降解、促进肌肉再生及延长生存期等作用，在体外模型及完整生物体中HMB功效是一致的。然而，关于HMB治疗肿瘤恶病质肌肉萎缩的临床报道很少。此外，大多数研究仅评估了各种药剂组合的治疗潜力，对HMB在肿瘤恶病质中干预补充的最佳剂量、持续时间和最佳形式尚无共识。因此，需要进一步研究在一系列分解代谢条件下，单独施用HMB减轻肿瘤恶病质肌肉萎缩的特定有效性。