D-β-ヒドロキシブチレートデヒドロゲナーゼ肝細胞欠損マウスにおけるケトン相互変換、肝臓TCAサイクルフラックス、およびグルコース産生の減少

目的：過去10年間で、断続的な断食、ケトン生成食、および将来の健康促進、治療、およびパフォーマンス向上剤としての外因性ケトン療法に関心が激化してきました。しかし、肝臓の恒常性におけるケトン形成とケトン代謝の調節的役割は不明のままです。したがって、アセトアセテート（ACAC）およびD-β-ヒドロキシブチレート（D-βOHB）のレドックス依存性相互変換に焦点を当てることにより、肝臓のケトン体代謝の代謝結果をよりよく理解しようとしました。 METHODS: Using targeted and isotope tracing high-resolution liquid chromatography-mass spectrometry, dual stable isotope tracer nuclear magnetic resonance spectroscopy-based metabolic flux modeling, and complementary physiological approaches in novel cell type-specific knockout mice, we quantified the roles of hepatocyte D-β-hydroxybutyrate dehydrogenase (BDH1), aケトン体のNAD+/NADH依存性酸化/還元に必要なミトコンドリア酵素。 結果：外因的に投与されたACACはD-βOHBに還元され、肝NAD+/NADH比を増加させ、肝BDH1活性を反映します。肝細胞特異的BDH1欠損マウスの肝臓はD-βOHBを産生しませんでしたが、肝外BDH1のために、これらのマウスはACAC/D-βOHB相互変換の能力を維持しました。同腹仔コントロールと比較して、肝細胞特異的BDH1欠損マウスは、肝臓トリカーボン酸（TCA）サイクルフラックスの減少を示し、糖新生の障害がありましたが、全体的に正常な肝エネルギー電荷を障害しました。急性インスリンチャレンジ後の血糖回復は、ノックアウトマウスでは損なわれましたが、飢star誘発性低血糖の影響を受けにくいものではありませんでした。 結論：ケトン体は肝臓の恒常性に影響します。肝臓BDH1はACACとD-βOHBの全身平衡には必要ありませんが、肝細胞内のこれらのケトン体を相互に変換する能力の喪失により、TCAサイクルフラックスとグルコース産生が障害になります。したがって、ケトン体の酸化/還元を通じて、BDH1は肝ミトコンドリアレドックス、肝生理学、および生物全体のケトン体の恒常性に大きく貢献しています。

OBJECTIVE: Throughout the last decade, interest has intensified in intermittent fasting, ketogenic diets, and exogenous ketone therapies as prospective health-promoting, therapeutic, and performance-enhancing agents. However, the regulatory roles of ketogenesis and ketone metabolism on liver homeostasis remain unclear. Therefore, we sought to develop a better understanding of the metabolic consequences of hepatic ketone body metabolism by focusing on the redox-dependent interconversion of acetoacetate (AcAc) and D-β-hydroxybutyrate (D-βOHB). METHODS: Using targeted and isotope tracing high-resolution liquid chromatography-mass spectrometry, dual stable isotope tracer nuclear magnetic resonance spectroscopy-based metabolic flux modeling, and complementary physiological approaches in novel cell type-specific knockout mice, we quantified the roles of hepatocyte D-β-hydroxybutyrate dehydrogenase (BDH1), a mitochondrial enzyme required for NAD+/NADH-dependent oxidation/reduction of ketone bodies. RESULTS: Exogenously administered AcAc is reduced to D-βOHB, which increases hepatic NAD+/NADH ratio and reflects hepatic BDH1 activity. Livers of hepatocyte-specific BDH1-deficient mice did not produce D-βOHB, but owing to extrahepatic BDH1, these mice nonetheless remained capable of AcAc/D-βOHB interconversion. Compared to littermate controls, hepatocyte-specific BDH1 deficient mice exhibited diminished liver tricarboxylic acid (TCA) cycle flux and impaired gluconeogenesis, but normal hepatic energy charge overall. Glycemic recovery after acute insulin challenge was impaired in knockout mice, but they were not more susceptible to starvation-induced hypoglycemia. CONCLUSIONS: Ketone bodies influence liver homeostasis. While liver BDH1 is not required for whole body equilibration of AcAc and D-βOHB, loss of the ability to interconvert these ketone bodies in hepatocytes results in impaired TCA cycle flux and glucose production. Therefore, through oxidation/reduction of ketone bodies, BDH1 is a significant contributor to hepatic mitochondrial redox, liver physiology, and organism-wide ketone body homeostasis.