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β-羥基-β-甲基丁酸

β-羥基-β-甲基丁酸（英語：β-Hydroxy β-methylbutyric acid，HMB）其共軛鹼為β-β-羥基-β-甲基丁酸（β-hydroxy β-methylbutyrate），是一種人體內天然產生的物質，可用作膳食補充劑，也可用作某些旨在促進傷口癒合的醫療食品的成分，並為因癌症或艾滋病導致肌肉萎縮的人提供營養支持。在健康成年人中，補充HMB已顯示增加運動誘發的肌肉大小，肌肉力量和瘦體重增加，減少鍛煉對骨骼肌的損害，改善有氧運動表現，並加速鍛煉恢復。醫學評論和meta分析表明，補充HMB還有助於保持或增加患有年齡相關性肌肉損失的個體的瘦體重和肌肉力量[7][8][9]。 HMB部分通過刺激蛋白質的產生和抑制肌肉組織中蛋白質的分解產生這些效應[7][10][11]。沒有發現長期用作成人膳食補充劑的副作用。[12][13][14]

β-羥基-β-甲基丁酸
Structural formula, conjugate acid
Structural formula, conjugate base
上方：β-羥基-β-甲基丁酸
下方：β-羥基-β-甲基丁酸根離子
臨床資料
其他名稱Conjugate acid form:
β-hydroxyisovaleric acid
3-hydroxyisovaleric acid
Conjugate base form:
hydroxymethylbutyrate
給藥途徑By mouth[1] or nasogastric[2]
ATC碼
  • 未分配
法律規範狀態
法律規範
  • 美：OTC
  • UN：未列入管制
藥物動力學數據
代謝產物HMB-CoA, HMG-CoA, mevalonate, cholesterol, acetyl-CoA, acetoacetate, β-hydroxybutyrate
藥效起始時間（英語：Onset of action）HMB-FA: 30–60 minutes[1]
HMB-Ca: 1–2 hours[1]
生物半衰期HMB-FA: 3 hours[1]
HMB-Ca: 2.5 hours[1]
排泄途徑Renal (10–40% excreted)[1][3]
識別資訊
  • 3-hydroxy-3-methylbutanoic acid
CAS號625-08-1  checkY
PubChem CID
ChemSpider
UNII
KEGG
ChEBI
CompTox Dashboard（英語：CompTox Chemicals Dashboard） (EPA)
ECHA InfoCard100.128.078 編輯維基數據鏈接
化學資訊
化學式C5H10O3
摩爾質量118.13 g·mol−1
3D模型（JSmol（英語：JSmol））
密度~1.1 g/cm3 at 20 °C[4]
熔點−80 °C（−112 °F） (glass)[5]
沸點128 °C（262 °F） at 7 mmHg[4][6]
  • CC(C)(CC(=O)O)O
  • InChI=1S/C5H10O3/c1-5(2,8)3-4(6)7/h8H,3H2,1-2H3,(H,6,7) checkY
  • Key:AXFYFNCPONWUHW-UHFFFAOYSA-N checkY

HMB是L-亮氨酸的代謝產物，通過氧化L-亮氨酸（α-酮異己酸）的酮酸而在體內生成[15][16]。由於只有一小部分L-亮氨酸被代謝成HMB，因此只能通過直接補充HMB來實現藥物活性濃度的化合物在血漿和肌肉中的濃度[15][17][18]。

用途

適用範圍

HMB以游離酸形式，β-羥基β-甲基丁酸（HMB-FA）的非處方膳食補充劑形式出售，並且作為共軛鹼的單水合鈣鹽，β-羥基β-甲基丁酸鈣一水合物（HMB-Ca，CaHMB）[19][20]。

醫療

補充性HMB已被用於許多臨床試驗中，作為在肌肉萎縮症狀（特別是肌肉減少症）中保存瘦體重的治療，並且已經在臨床試驗中作為與阻力鍛煉結合的輔助療法進行研究[7]。 根據兩項醫學評估和7項隨機對照試驗的薈萃分析，HMB補充可以保留或增加肌肉減少的老年人的肌肉質量和肌肉強度 [7][8][9]。HMB不會出現以顯着影響老年人的脂肪量。

藥理學

藥效動力學

已經在體內鑑定了介導HMB誘導的人骨骼肌蛋白質合成增加的信號級聯的若干組分。與HMB的代謝前體L-亮氨酸類似，HMB已經顯示通過磷酸化雷帕黴素的機制目標（mTOR）和隨後激活mTORC1來增加人骨骼肌中的蛋白質合成，這導致細胞核糖體中的蛋白質生物合成通過磷酸化mTORC1的直接目標（即p70S6激酶和翻譯阻遏蛋白4EBP1）。已經證明在幾種非人動物物種中補充HMB通過未知機制增加生長激素和胰島素樣生長因子1（IGF-1）的血清濃度，反過來通過增加的mTOR磷酸化促進蛋白質合成基於人體中有限的臨床證據，補充性HMB似乎增加生長激素和IGF-1在抵抗運動中的分泌[10]。與L-亮氨酸不同，HMB以人胰島素非依賴性方式減弱肌肉蛋白質分解[11]。人們認為HMB通過抑制骨骼肌中泛素 - 蛋白酶體系統的19S和20S亞基以及通過不明機制抑制骨骼肌細胞核的凋亡來減少人體中的肌肉蛋白質分解[11][12]。

根據動物研究，HMB似乎在骨骼肌內被代謝成膽固醇，然後可以將其結合到肌肉細胞膜中，從而增強膜的完整性和功能。 HMB對肌肉蛋白質代謝的影響可能有助於穩定肌肉細胞結構。一項綜述表明，觀察到的HMB誘導的人體劇烈運動後肌肉損傷生物標誌物（即肌肉酶如肌酸激酶和乳酸脫氫酶）的血漿濃度降低可能是由於膽固醇介導的肌細胞膜功能改善[21]。

已顯示HMB在體外刺激人肌膜細胞的增殖，分化和融合，這可能增加骨骼肌的再生能力，通過增加某些肌源性調節因子（例如myoD和肌細胞生成素）的蛋白質表達和基因轉錄因素（如MEF2）。HMB誘導的人體肌細胞體外增殖是通過促分裂原活化蛋白激酶ERK1和ERK2的磷酸化作用介導的。HMB誘導的人類肌細胞分化和體外肌肉組織加速融合到肌肉組織中是通過磷酸化Akt（絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶）介導的[13]。

藥代動力學

HMB的游離酸（HMB-FA）和單水合鈣鹽（HMB-Ca）形式具有不同的藥代動力學。 HMB-FA相對於HMB-Ca（2.5小時）更容易被吸收入血液並具有較長的消除半衰期（3小時）。HMB-FA的組織吸收和利用比HMB-Ca高25-40％。在兩種形式中，尿中排泄的攝入劑量的分數沒有差異[15]。

攝入後，隨着腸道中鈣部分的解離，HMB-Ca被轉化為β-羥基β-甲基丁酸酯。當攝入HMB-Ca劑型時，HMB血漿濃度峰值的大小和時間取決於劑量和同時食物攝入量。較高的HMB-Ca劑量增加吸收速率，導致血漿HMB水平峰值（Cmax）不成比例地大於線性劑量 - 反應關係的預期值，並且相對於較低劑量而言發生得更早。HMB-Ca與含糖物質的消耗減慢了HMB吸收速率，導致稍後發生的較低的血漿HMB峰值水平[15]。

HMB通過腎臟消除，大約10-40％的攝入劑量在尿中排泄不變[22]。其餘60-90％的劑量保留在組織中或作為HMB代謝物排出。給藥劑量的尿中排泄的HMB的分數隨着劑量的增加而增加[15]。

代謝

HMB的代謝由未轉化酶催化轉化為β-羥基β-甲基丁酰-CoA（HMB-CoA）[23]。 HMB-CoA被烯酰-CoA水合酶或另一種未表徵的酶代謝，分別產生β-甲基巴豆酰-CoA（MC-CoA）或羥甲基戊二酰-CoA（HMG-CoA)。然後通過甲基巴豆酰輔酶A羧化酶將MC-CoA轉化為甲基戊烯基-CoA（MG-CoA），其隨後通過甲基戊烯酰-CoA水合酶轉化為HMG-CoA。然後HMG-CoA被HMG-CoA裂解酶切割成乙酰-CoA和乙酰乙酸，或用於通過甲羥戊酸途徑產生膽固醇[22]。

生物合成

HMB通過L-亮氨酸（一種支鏈氨基酸）的代謝在人體內合成[23]。在健康個體中，大約60％的膳食L-亮氨酸在數小時後代謝，大約5％（2-10％範圍）的膳食L-亮氨酸轉化為HMB[22][12]。絕大多數L-亮氨酸代謝最初是由支鏈氨基酸轉氨酶催化的，生成α-酮異己酸鹽（α-KIC）。 α-KIC主要由線粒體酶支鏈α-酮酸脫氫酶代謝，後者將其轉化為異戊酰-CoA 。異戊酰-CoA隨後被異戊酰-CoA脫氫酶代謝並轉化成MC-CoA，其用於乙酰-CoA和其他化合物的合成。在生物素缺乏期間，HMB可以通過烯醇-CoA水合酶和未知的硫酯酶從MC-CoA合成，其分別將MC-CoA轉化為HMB-CoA和HMB-CoA成為HMB。 相對較少量的α-KIC在肝臟中被胞內酶4-羥基苯基丙酮酸雙加氧酶（KIC雙加氧酶）代謝，該酶將α-KIC轉化為HMB。在健康個體中，這種次要途徑 - 涉及將L-亮氨酸轉化為α-KIC，然後是HMB-是HMB合成的主要途徑[22]。

化學

β-羥基β-甲基丁酸是一種單羧酸β-羥基酸的天然產物，分子式為C5H10O3。在室溫下，純β-羥基β-甲基丁酸以透明無色至淡黃色液體形式存在，其可溶於水。β-羥基β-甲基丁酸的pKa值為4.4，其折射率是1.42。它可以作為其共軛鹼基β-羥基β-甲基丁酸酯陰離子的各種鹽獲得。

化學結構

β-羥基β-甲基丁酸是有機化合物的羧酸家族的成員，並且像它們一樣，它是弱酸。它是丁酸的結構類似物，在其碳原子上帶有羥基官能團和甲基取代基。另外，其他結構類似物包括β-羥基丁酸和β-甲基丁酸。

合成

已經開發了多種合成β-羥基β-甲基丁酸的合成路線。首次報道的化學合成通過氧化烯烴，連位二醇和醇前體而接近HMB：

  • 1877年，俄羅斯化學家Michael和Alexander Zaytsev報道了用鉻酸（H2CrO4）氧化2-甲基戊-4-烯-2-醇製備HMB[24]，
  • 1880年和1889年，Schirokoff和Reformatsky分別報道，用酸化的高錳酸鉀（KMnO4）氧化鄰位二醇4-甲基戊烷-1,2,4-三醇，產生HMB [54] [55] - 這個結果是與冷第一次合成最接近，因為冷稀KMnO4將烯烴氧化為鄰位順式二醇，其中熱酸KMnO4進一步氧化成含羰基化合物，並且當熱酸性條件用於烯烴氧化時不能獲得二醇中間體[25]。換句話說，外消旋4-甲基戊烷-1,2,4-三醇是2-甲基戊-4-烯-2-醇的衍生物，β-羥基β-甲基丁酸是兩者的衍生物
  • 1892年，Kondakow報道了通過高錳酸鹽氧化3-甲基丁烷-1,3-二醇製備HMB[26]。

根據實驗條件，丙酮和乙烯酮的環加成產生β-異戊內酯或4,4-二甲基氧雜環丁烷-2-酮，兩者在鹼性條件下水解生成HMB的共軛鹼。鹵仿反應為HMB提供了另一種途徑，包括用次溴酸鈉或次氯酸鈉徹底鹵化雙丙酮醇的甲基酮區; 丙酮醇容易從丙酮醇縮合得到。 對HMB的有機金屬方法涉及叔丁醇與一氧化碳和Fenton試劑（過氧化氫和亞鐵）的羧化[27]。或者，可以通過真菌Galactomyces reessii微生物氧化β-甲基丁酸來製備HMB[28]。

體液中的檢測

已經使用核磁共振波譜學，液相色譜 - 質譜和氣相色譜 - 質譜法在幾種體液體中測量了天然產生的HMB的濃度[16]。在健康成人的血漿和腦脊液（CSF）中，HMB的平均摩爾濃度已經測定為4.0微摩爾（μM）。已經測量了健康男性21-23歲的肌肉液中HMB的平均濃度為7.0μM[11]。在任何年齡的健康個體尿液中，排泄的HMB尿濃度已經在0-68μmol/ mmol肌酸酐的範圍內測量。在健康哺乳期婦女的母乳中，HMB和L-亮氨酸的檢測範圍分別為42-164μg/ L和2.1-88.5 mg / L[16]。相比之下，HMB已經在健康奶牛的奶中檢測到，濃度<20-29μg/ L [29]。這種濃度太低，不足以成為獲得血漿中藥物活性濃度的化合物的HMB的適當飲食來源[29]。

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