β-羥基-β-甲基丁酸治療腫瘤惡病質的研究進展

文 星，曾 翔，唐 華

(重慶醫科大學附屬第一醫院胃腸外科，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通過其代謝產物α-酮異己酸產生的一種天然化合物。亮氨酸不能在人體內合成，必須由外界攝取，約80%的亮氨酸用于蛋白質合成，而其余部分轉換為少量的α-酮異己酸[3]。大部分α-酮異己酸逐漸轉化為乙酰-輔酶A和酮體，只有一小部分(5%～10%)α-酮異己酸轉化為HMB[4]。個體代謝60 g亮氨酸通常可獲得3 g HMB。最近在人類中使用同位素標記顯示，在正常代謝情況下，體重70 kg的人每天可產生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，參與細胞膜的修復及再生，10%～40%的HMB隨著尿液排出體外[6]。

2 HMB對腫瘤惡病質的潛在作用

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軸促進成肌細胞增殖、分化和存活[8-9]。mTOR是一種蛋白激酶，通過上調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腫瘤的惡病質小鼠并暴露于蛋白水解誘導因子(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反應，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胞起始因子4E結合蛋白1的磷酸化，增加的真核細胞起始因子4E結合蛋白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相關的真核細胞起始因子4E結合蛋白1復合物量減少，而磷酸化的真核翻譯起始因子4G與真核翻譯起始因子4E的復合物量增加，即使存在PIF也出現活化的翻譯信號轉導的改變，且活化的翻譯信號有利于蛋白質合成和肌肉生長。結果表明，雖然PIF能抑制50%的蛋白質合成，但HMB能夠將這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量損失[12]。Smith等[13]利用攜帶MAC-16腫瘤惡病質的小鼠研究也表明，向荷瘤的小鼠提供HMB使瘦組織增加，肌肉中蛋白質合成速率加快，比目魚肌質量增加，且蛋白質降解、蛋白酶體酶活性和各種蛋白酶體亞基蛋白質表達呈降低趨勢。HMB也被發現可減弱由脂多糖、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]誘導的蛋白質合成的抑制。

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-叉頭轉錄因子通路，導致叉頭轉錄因子1和叉頭轉錄因子3a磷酸化并減弱驅動萎縮相關基因如肌肉環指蛋白1的表達[17]。肌肉環指蛋白1是E3泛素連接酶，經常被用作泛素-蛋白酶體系統活性的標志物，在腫瘤惡病質中上調肌節蛋白的降解，介導腫瘤誘導的肌肉萎縮。另外，HMB也可減弱PIF引發的信號級聯反應(即蛋白激酶C和細胞核因子κB的激活)，從而減弱泛素-蛋白酶體系統介導的肌肉蛋白降解[18]。Smith等[19]使用鼠肌管檢測PIF存在的機制，認為暴露于PIF會增加蛋白質降解速率(相當于對照值的170%)。蛋白質分解的升高與“胰凝乳蛋白酶樣”酶活性的增加同時發生，而酶活性是反映泛素蛋白-蛋白酶體活性的主要指標。相反，用HMB處理減弱了蛋白質降解、“胰凝乳蛋白酶樣”酶活性和泛素蛋白酶體亞基(20S和19S)蛋白質的表達，表明HMB可以拮抗PIF誘導的蛋白質降解和泛素-蛋白酶體系統途徑。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誘導肌肉蛋白質的降解，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胞培養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，從而抑制蛋白質的降解[14]。

2.3穩定肌纖維膜和增強肌肉再生能力 大多數細胞內HMB轉化為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被認為在維持肌細胞膜完整性方面發揮作用。肌肉內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和穩定[20]。還有研究表明，補充HMB可增強肌質網中鈣的釋放，改善肌肉細胞的激發-收縮偶聯[21]，增加線粒體生物合成和脂肪氧化[22]，故而HMB可通過穩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胞增殖和細胞因子(TNF-α和γ干擾素)產生的程度[23]。由于這些細胞因子與腫瘤惡病質的發展有關，補充HMB可能通過減輕炎癥反應而抑制肌原纖維蛋白降解。腫瘤惡病質狀態下肌肉再生能力受損，這可能進一步促進肌肉蛋白質分解代謝。有關HMB對肌肉再生能力影響的研究發現，當成肌細胞與HMB孵育時，HMB誘導肌原性調節因子D、促分裂原活化的蛋白激酶/細胞外信號調節蛋白激酶、肌細胞生成素以及肌細胞增強因子2的表達增加[8]，表明HMB可以增加衛星細胞活化，并增加成肌細胞的增殖和分化。此外，HMB還增強PI3K的p85亞基與酪氨酸磷酸化蛋白和PI3K/Akt磷酸化的結合，從而通過抑制促凋亡蛋白調節細胞存活[8]。類似地，在大劑量TNF-α、血管緊張素Ⅱ培養的骨骼肌細胞研究中發現，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胞凋亡的減少密切相關[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中成肌的細胞凋亡。綜上，腫瘤惡病質的發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，這些HMB依賴性作用可能有利于肌肉保留。

2.4減輕腫瘤負荷和延長生存期 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]和腫瘤細胞增殖率下降36.9%[27]。還有證據表明，HMB可能會導致適應生存優勢。例如，接種Walker 256腫瘤細胞的嚙齒動物給予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對肌肉質量的影響有關。Zhou等[29]報道，通過活化素受體ⅡB途徑的藥理學操作，肌肉質量更高的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發展有關的細胞因子(即IL-6、IL-1、TNF-α)的任何變化，他們認為肌肉質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量，從而延長生存期。

總體而言，補充HMB可以恢復蛋白質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動腫瘤惡病質發展的關鍵事件(例如Akt/mTOR途徑、肌生成、細胞凋亡、炎癥和蛋白酶體)，從而有利于肌肉質量的保存，進而可能延長生存期。應該注意的是，大多數研究是在動物或細胞培養模型中進行的，其中HMB的劑量遠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在腫瘤惡病質患者中的應用

臨床上應用HMB的研究較少，多與其他藥物聯合應用。May等[30]對患有Ⅳ期實體瘤和惡病質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，結果顯示，接受HMB補充劑的患者在4周后總體情況好轉，包括瘦組織增加、情緒改善、虛弱減輕、血液學參數改善等。Berk等[31]進行了一項關于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對照混合物進行比較，每天2次，持續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逆轉或預防腫瘤惡病質的效果。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的肌肉萎縮[32]。此外，研究表明HMB/Arg/Gln補充劑可有效預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放射治療引起的嚴重口腔黏膜炎的發生率，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)，目的是評估使用標準雄激素剝奪療法+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。兩項研究預計2019年4月完成。

單獨使用HMB或與其他藥物和(或)營養素聯合使用可能是預防腫瘤惡病質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

根據現有證據，HMB補充劑似乎是安全且無不良反應的。Baier等[35]檢測了老年人每日聯合攝入HMB鈣鹽(2～3 g)與氨基酸1年的效果，未發現補充HMB對肝酶功能、脂質、腎功能或免疫系統的不利影響。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，維持血糖的穩定[36]。此外，在攜帶MAC16腫瘤的小鼠體內研究顯示，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的臨床可行性。研究還發現，HMB在增加蛋白質合成和mTOR信號轉導方面比亮氨酸更有活性，并且亮氨酸只有有效轉化成HMB才能完成mTOR的磷酸化[37]。通常建議HMB常規劑量為3 g/d，以維持或改善在健康和疾病下骨骼肌的質量和功能，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、最佳補充持續時間和最佳補充形式(即凝膠、粉末、膠囊或飲料)。大多數HMB由肝臟中的亮氨酸合成，肝臟疾病患者HMB的缺乏可能更嚴重，然而尚未見關于動物或人體針對HMB在肝臟疾病中進行研究的報道。

5 結 語

HMB是一種亮氨酸代謝物，可改善肌肉質量和功能。基于有限的文獻資料，HMB似乎有靶向腫瘤惡病質多種作用的能力，除了刺激蛋白質合成之外，還可能有抑制蛋白質降解、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，關于HMB治療腫瘤惡病質肌肉萎縮的臨床報道很少。此外，大多數研究僅評估了各種藥劑組合的治療潛力，對HMB在腫瘤惡病質中干預補充的最佳劑量、持續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減輕腫瘤惡病質肌肉萎縮的特定有效性。