《细胞》子刊：科学家发现肌肉补充剂HMB可以改善小鼠的认知功能

这项由美国拉什大学医学中心Kalipada Pahan领导的研究发现，一种名为β-羟基-β-甲基丁酸酯（HMB）的肌肉补充剂，不仅可以减轻阿尔茨海默病（AD）小鼠大脑中淀粉样斑块的负荷，还能改善AD小鼠的认知功能。

他们还发现，HMB可穿透血脑屏障，与海马内的过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）直接结合，调节与突触可塑性相关蛋白的水平，进而改善海马神经突触可塑性和学习记忆功能。

研究发表在《细胞·报告》上。

论文首页截图

你敢相信吗？HMB作为亮氨酸的中间代谢物，最早是用在动物饲养上的。如今HMB已经做为肌肉补充剂广泛应用在健身爱好者以及运动员身上。临床上，HMB也可作为老年肌少症患者营养支持治疗的一部分。

近年来，也有不少研究发现，补充HMB与AD相关认知功能障碍改善有关，但HMB究竟是如何改善认知功能的还不清楚。

既往研究显示，突触丢失或可塑性缺陷是导致AD患者出现认知功能障碍的主要原因之一。研究人员在此基础上提出假设，HMB或可通过改变突触的可塑性，进一步改善AD相关的认知功能障碍。

为了更好地观察HMB对突触可塑性的影响，研究人员在体外用HMB处理了小鼠原代海马神经元细胞。结果发现，HMB处理不仅增加了小鼠原代海马神经元中树突棘的密度和大小，还增强了AMPA和NMDA这两种兴奋性突触受体的活性（具体表现为钙离子内流增加）。

钙离子内流

在既往研究中，AD相关认知功能障碍患者大脑海马中会出现突触可塑性相关蛋白，如突触后密度蛋白（PSD95）、突触体相关蛋白（SNAP25）、脑源性神经营养因子（BDNF）和环磷腺苷效应元件结合蛋白（CREB）水平下降的现象。在本研究中，研究人员特别观察了经HMB处理后，这几个蛋白水平的变化情况。

结果发现，HMB处理后，上述四种蛋白水平均有所增加，这也意味着HMB的确可以增强海马神经元的活性和海马突触的可塑性。

体外实验做完了，接下来就是体内实验了。

在实验开始前，研究人员以5毫克/千克/天的剂量给小鼠喂食HMB，三天后在小鼠海马中检测到了HMB的存在，证实了HMB具有穿透血脑屏障的能力。

随后研究人员构建了AD小鼠，与普通同龄小鼠相比，AD小鼠海马中AMPA和NMDA的活性较差，PSD95、SNAP25、BDNF和CREB水平较低，CA1区树突棘的数量也更少，不过这些情况在食用HMB一个月后得到了明显改善。

此外，研究人员还观察到，食用HMB后，AD小鼠的认知功能也得到了改善，具体表现为，在Barnes迷宫和T迷宫中，AD小鼠的空间记忆力得到了恢复，即与食用HMB前相比，找到逃生孔的时间更短，犯的错误也更少。这种恢复呈剂量依赖性，10毫克比5毫克效果更好。

HMB改善AD小鼠认知功能

鉴于淀粉样斑块是AD的一个主要病理标志，研究人员想知道HMB是否会对AD小鼠大脑中淀粉样斑块产生影响。

正如预期的那样，食用HMB不仅降低了AD小鼠海马和皮质中的Aβ40和Aβ42水平，还减轻AD小鼠的大脑中淀粉样斑块的负荷。

在机制上，该团队此前的研究发现，海马中PPARα的激活可调节突触可塑性。在本研究中，研究人员发现，食用HMB可使AD小鼠PPARα水平增加，进一步分子层面显示，HMB可直接与PPARα配体结合域（LBD）结合，以达到激活PPARα的目的。

HMB与PPARα结合示意图

为了证明PPARα LBD与HMB结合的重要性，研究人员从LBD中选择了一个关键残基Y314，并对其进行了突变处理（Y314D）。结果发现，HMB与突变后的Y314D-PPARα无法结合。

接下来，为了验证HMB在调节海马突触可塑性方面的能力是通过与PPARα结合实现的，研究人员建立了PPARα敲除的AD小鼠，并从中提取出了星形胶质细胞，然后使用病毒载体将正常的PPARα或Y314D-PPARα导入到这些细胞中。

研究机制图

结果发现，在加入正常PPARα的细胞中，HMB能增加神经元的活性以及突触可塑性相关蛋白的水平，但在加入Y314D-PPARα的细胞中则不能，这说明HMB是通过与PPARα的残基Y314直接结合来调节海马突触可塑性的。

最后，研究人员还观察到，在PPARα缺失的情况下， 即使食用HMB，也无法改善AD小鼠的认知功能，亦无法减轻AD小鼠大脑中淀粉样斑块的负荷。

总之，该研究发现，HMB不仅能改善AD小鼠的学习和记忆功能，还能减轻淀粉样斑块负荷，并揭示了这一现象背后的机制。本文作者表示，如果这一结果能够在AD患者中观察到，那么HMB就有可能在增强肌肉功能之外，成为辅助改善AD症状的新途径。期待这一天的早日到来。