Ketogenic diet-produced β-hydroxybutyric acid accumulates brain GABA and increases GABA/glutamate ratio to inhibit epilepsy

生酮饮食 谷氨酸脱羧酶 癫痫 谷氨酸受体 化学 γ-氨基丁酸 下调和上调 生物化学 药理学 神经科学 生物 酶 受体 基因
作者
Yanan Qiao,Lei Li,Song-Hua Hu,Yuan-Xin Yang,Zhenzhen Ma,Lin Huang,Yanpeng An,Yiyuan Yuan,Yan Lin,Wei Xu,Yao Li,Peng‐Cheng Lin,Jing Cao,Jian‐Yuan Zhao,Shimin Zhao
出处
期刊:Cell discovery [Springer Nature]
卷期号:10 (1) 被引量:31
标识
DOI:10.1038/s41421-023-00636-x
摘要

Abstract Ketogenic diet (KD) alleviates refractory epilepsy and reduces seizures in children. However, the metabolic/cell biologic mechanisms by which the KD exerts its antiepileptic efficacy remain elusive. Herein, we report that KD-produced β-hydroxybutyric acid (BHB) augments brain gamma-aminobutyric acid (GABA) and the GABA/glutamate ratio to inhibit epilepsy. The KD ameliorated pentetrazol-induced epilepsy in mice. Mechanistically, KD-produced BHB, but not other ketone bodies, inhibited HDAC1/HDAC2, increased H3K27 acetylation, and transcriptionally upregulated SIRT4 and glutamate decarboxylase 1 ( GAD1 ). BHB-induced SIRT4 de-carbamylated and inactivated glutamate dehydrogenase to preserve glutamate for GABA synthesis, and GAD1 upregulation increased mouse brain GABA/glutamate ratio to inhibit neuron excitation. BHB administration in mice inhibited epilepsy induced by pentetrazol. BHB-mediated relief of epilepsy required high GABA level and GABA/glutamate ratio. These results identified BHB as the major antiepileptic metabolite of the KD and suggested that BHB may serve as an alternative and less toxic antiepileptic agent than KD.
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