甜菜碱是一种天然物质，广泛分布在麦麸、小麦胚芽、菠菜、甜菜、微生物和水生无脊椎动物等动植物中，因为它看起来像甘氨酸，有三个额外的甲基，因此甜菜碱也被称为三甲基甘氨酸。
含硫氨基酸如同型半胱氨酸、蛋氨酸、SAM、SAH 和半胱氨酸参与各种代谢途径，包括谷胱甘肽合成和蛋白质合成，以及各种甲基转移反应。甜菜碱通过促进同型半胱氨酸形成蛋氨酸来直接影响同型半胱氨酸的浓度，减弱了同型半胱氨酸诱发的应激反应。同时甜菜碱将同型半胱氨酸转化为蛋氨酸， 蛋氨酸在抗氧化作用中起着重要作用。转录因子核因子-κB（NF-κB）通路控制着许多与炎症相关的基因，这些基因包括促炎细胞肿瘤坏死因子-α、白细胞介素1β和白细胞介素23。甜菜碱通过抑制NF-κB信号通路而发挥抗炎作用。
早期的研究表明甜菜碱可以直接增加肝细胞中血红素氧合酶 -1 的表达水平，这种作用可以抑制 NLRP3炎症小体激活，从而保护肝脏免受脂多糖和d-半乳糖胺诱导的炎症。近年来的研究表明，甜菜碱对果糖诱导的非酒精性脂肪肝模型 NLRP3 炎症小体相关蛋白有明显的抑制作用，且呈剂量依赖性，如 NLRP3 和成熟半胱天冬酶-1，以及包括白细胞介素1β的促炎细胞因子水平。有报道称高同型半胱氨酸可以诱导错误折叠的蛋白质，最终导致内质网应激反应，甜菜碱可以促进同型半胱氨酸转化成蛋氨酸，维持半胱氨酸水平，减轻内质网应激。除了减轻应激外，甜菜碱还抑制细胞凋亡。
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