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。
甜菜碱对脂质代谢和糖代谢均有影响。对脂质代谢，甜菜碱使用可恢复脂质合成和氧化之间的不平衡，有助于减轻脂肪堆积。对葡萄糖代谢，Morgan的研究发现，甜菜碱补充可以改善非酒精性脂肪肝的胰岛素途径，在另一个2型糖尿病的研究中也发现了类似的现象，甜菜碱能够降低胰岛素抵抗，促进糖代谢。
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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