阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease, AD）是常见的神经退行性疾病，严重危害患者的生活质量和生命健康。

2024年10月16日，厦门大学附属第一医院王占祥教授团队和厦门大学张云武教授团队在Aging Cell杂志（IF：8.0/Q1 TOP）在线发表了题为“Ketogenic β-hydroxybutyrate regulates β-hydroxybutyrylation of TCA cycle-associateed enzymes and attenuates disease-associated pathologies in Alzheimer’s mice”的文章，阐述了生酮饮食通过新型蛋白质翻译后修饰β-羟基丁酰化调控神经元能量代谢改善APP/PS1小鼠病理表型的分子机制。

阿尔茨海默症是一种进行性发展的神经退行性疾病，临床前有一段时间的无症状期，发病早期以记忆损伤和认知减退为特征，随着疾病进展，运动能力、语言能力、空间方向感都会受到损害。随着社会人口老龄化，AD的患病率及相关的死亡率呈现不断增加的趋势。《中国阿尔茨海默症报告》指出，从1990年至2019年期间在中国疾病相关死亡率排名中AD相关的死亡率从第10名上升至第5名。

葡萄糖代谢率降低引起的神经细胞能量缺乏被认为是AD的重要病理特征之一，其调控机制尚待深入探究。β-羟基丁酰化是一种新型的蛋白质翻译后修饰，然而，蛋白质β-羟基丁酰化修饰是否参与AD的脑组织能量代谢尚不明确。该研究中，作者使用APP/PS1小鼠，借助蛋白质β-羟基丁酰化蛋白质组学技术，鉴定出CS和SUCLG1的β-羟基丁酰化失调是AD小鼠脑组织ATP缺乏的重要因素，生酮饮食通过上调APP/PS1小鼠神经元中CS和SUCLG1的β-羟基丁酰化促进三羧酸循环及ATP生成，缓解AD病理表型。该研究为生酮饮食对AD的潜在治疗功能提供了新的分子机制。

1. APP/PS1小鼠脑组织中BHB浓度降低

作者分析了AD模型APP/PS1与野生型小鼠脑组织中BHB的浓度，发现APP/PS1小鼠脑组织中BHB浓度显著低于野生型小鼠。提示蛋白质β-羟基丁酰化修饰可能参与AD疾病的发生发展过程，因此，进一步进行了β-羟基丁酰化蛋白质组织学分析。

图1.1. APP/PS1小鼠脑组织中BHB浓度降低。 (a,b) 8月龄的APP/PS1和WT小鼠脑组织中ATP和BHB的丰度分析。 (c) β-羟基丁酰化修饰蛋白质组学流程图。

2. CS和SUCLG1的β-羟基丁酰化修饰降低与APP/PS1小鼠疾病发生发展相关

通过β-羟基丁酰化修饰组学分析及验证，发现SUCLG1的β-羟基丁酰化修饰水平降低与疾病发生相关，而CS的β-羟基丁酰化修饰水平降低与疾病发展相关。通过Na-β-OHB处理增加其修饰水平可改善酶活性增加ATP的产生。

图1.2. CS和SUCLG1的β-羟基丁酰化修饰降低与APP/PS1小鼠疾病发生发展相关。(a,b) 使用β-羟基丁酰化进行免疫沉淀，并使用CS抗体进行western blot检测。 (c,d) 使用β-羟基丁酰化抗体进行免疫共沉淀，并使用SUCLG1抗体进行western blot 检测。 (e) HT22细胞用PBS或10 mM Na-β-OHB处理24 h。使用β-羟基丁酰化抗体进行免疫共沉淀，并使用CS或SUCLG1抗体进行western blot分析。(f,g) HT22细胞用PBS或10 mM Na-β-OHB处理24 h。检测CS酶活性(f)和ATP含量(g)。

3. 生酮饮食增加APP/PS1小鼠神经元中β-羟基丁酰化修饰水平。

生酮饮食是体内增加β-羟基丁酰化的底物BHB的有效方式。因此，作者对APP/PS1小鼠进行了为期3月的生酮饮食，结果发现中生酮饮食可以诱导神经元中β-羟基丁酰化修饰水平显著增加。

图1.3.生酮饮食增加APP/PS1小鼠神经元β-羟基丁酰化修饰水平。(a) 对照或生酮饮食处理的APP/PS1小鼠海马和皮层中β-羟基丁酰化修饰免疫荧光染色的代表性图像。 (b)对(a)中Kbhb的强度进行定量分析。 (c,) 对照或生酮饮食处理的APP/PS1小鼠海马和皮层中与NeuN共染的β-羟基丁酰化修饰代表性图像。 (d)NeuN阳性细胞中β-羟基丁酰化修饰强度的定量分析。

4. 生酮饮食改善APP/PS1小鼠病理表型

考虑到脑组织ATP缺乏是AD的重要病因，因此，作者分析了生酮饮食后APP/PS1疾病相关的病理表型是否有改善。结果发现，生酮饮食显著抑制Aβ斑块沉积和小胶质细胞增生。表明生酮饮食具有改善AD的潜能。

图1.4.生酮饮食(KD)治疗可减轻APP/PS1小鼠病理。(a) 对照或生酮饮食处理的APP/PS1小鼠海马和皮层中Aβ斑块的免疫荧光染色的代表性图像。 (b，c)对(a)中Aβ强度(b)和平均大小(c)的进行定量分析。 (d) 对照或生酮饮食处理的APP/PS1小鼠海马和皮层中Iba1免疫荧光染色的代表性图像。(e)对(d)中Iba1强度进行相对定量分析。

厦门大学附属第一医院王占祥教授和厦门大学张云武教授为本文的共同通讯作者。厦门大学附属第一医院神经外科博士后韩婉虹和助理研究员张炳长为该文共同第一作者。本研究工作得到国家自然科学基金、厦门市医疗卫生重点项目、福建省脑科疾病临床医学研究中心、厦门市神经系统疾病临床医学研究中心和厦门市细胞治疗中心的资助和支持。