酮体代谢

酮体（乙酰乙酸、β-羟基丁酸和丙酮）是水溶性燃料，当脂肪酸氧化旺盛且碳水化合物稀缺时，肝脏会从乙酰辅酶A合成酮体。它们被输送到大脑、心脏和骨骼肌，在那里被重新转化为乙酰辅酶A以获取能量，从而使身体在禁食、长时间运动和新生儿期节约葡萄糖。

Definition

酮体代谢包括生酮作用和酮解作用。生酮作用是肝脏线粒体途径，将乙酰辅酶A缩合为乙酰乙酸和β-羟基丁酸（HMG-CoA合酶是其控制酶）。酮解作用是肝外途径，将这些酮体重新激活为乙酰辅酶A，用于柠檬酸循环中的氧化。

Scope

本条目涵盖了肝脏从乙酰辅酶A生成酮体（生酮作用）、外周酮体分解（酮解作用）、开启酮体生成的激素和代谢条件，以及β-羟基丁酸作为信号分子的新兴作用。它在概念层面区分了生理性酮症和病理性酮症酸中毒。本条目是一篇生化参考资料，不提供酮症酸中毒或生酮饮食的管理指导。

Core questions

• 在何种代谢条件下肝脏会产生酮体？
• 生酮作用的控制酶是什么？
• 为什么肝脏可以生成酮体但不能利用它们？
• 外周组织如何将酮体转化回可用燃料？

Key concepts

• 乙酰乙酸、β-羟基丁酸和丙酮
• HMG-CoA合酶（线粒体，生酮作用的限速酶）
• 肝脏线粒体中的生酮作用
• 酮解作用和SCOT（硫转移酶）的作用
• 禁食期间的葡萄糖节约
• 生理性酮症与糖尿病酮症酸中毒
• β-羟基丁酸信号传导

Key theories

生酮作用是肝脏脂肪酸氧化的溢出效应

当禁食导致肝脏β-氧化速率高且草酰乙酸被转移用于糖异生时，乙酰辅酶A积累超出柠檬酸循环的容量，并被重新定向生成酮体，因此生酮作用遵循与氧化作用相同的调节信号（低丙二酰辅酶A，高脂肪酸通量）。

β-羟基丁酸作为信号代谢物

除了作为燃料的作用外，β-羟基丁酸还作为I类组蛋白去乙酰化酶的内源性抑制剂和某些受体的配体，将禁食代谢状态与基因表达和信号传导的变化联系起来。

Mechanisms

在禁食或碳水化合物限制期间，低胰岛素和高胰高血糖素促进脂肪分解和肝脏脂肪酸氧化，提高线粒体乙酰辅酶A水平。由于草酰乙酸被糖异生消耗，乙酰辅酶A不能全部进入柠檬酸循环，因此两个乙酰辅酶A缩合为乙酰乙酰辅酶A，线粒体HMG-CoA合酶（控制步骤）将其转化为HMG-CoA；然后HMG-CoA裂解酶释放乙酰乙酸，乙酰乙酸可逆地还原为β-羟基丁酸或自发脱羧为丙酮。这些酮体进入血液并被肝外组织吸收，其中β-羟基丁酸被重新氧化为乙酰乙酸，通过琥珀酰辅酶A:3-酮酸辅酶A转移酶（SCOT）激活为乙酰乙酰辅酶A，并分裂为两个乙酰辅酶A进行氧化。肝脏不能利用酮体作为能量，因为它缺乏SCOT，这确保了肝脏仍然是一个净输出者。

Clinical relevance

酮体代谢解释了大脑在长时间禁食期间如何获取能量，这是营养性酮症的基础，而在病理极端情况下，当胰岛素缺乏时，则表现为糖尿病酮症酸中毒的失控酮体生成。本条目提供正常的生理学和生物化学知识作为参考和教育，并非诊断或管理酮症酸中毒或开具饮食方案的依据。

History

长期以来，酮体主要被认为是糖尿病中出现的有毒副产物，但20世纪中叶的生理学研究，包括克雷布斯和威廉姆森的工作，确立了它们作为正常且重要的呼吸燃料的地位，特别是对于饥饿期间的大脑，正如卡希尔禁食研究所示。麦加里和福斯特将生酮作用整合到肝脏脂肪酸氧化的更广泛调节机制中，最近的研究揭示了β-羟基丁酸作为信号分子的作用。

Key figures

• J. Denis McGarry
• Daniel Foster
• Dennis Williamson
• Hans Krebs

Seminal works

• mcgarry-foster-1980
• robinson-williamson-1980
• puchalska-crawford-2017

Frequently asked questions

为什么肝脏可以生成酮体但不能利用它们？

肝脏缺乏将乙酰乙酸重新激活为乙酰乙酰辅酶A所需的琥珀酰辅酶A:3-酮酸辅酶A转移酶（SCOT），因此它将酮体输出到其他组织而不是自身氧化利用。

生成酮体是正常现象还是疾病迹象？

适度的生酮作用是对禁食、长时间运动或低碳水化合物摄入的正常生理反应；只有当酮体生成失控时，如在胰岛素缺乏的情况下，才会发展为有害的酮症酸中毒。