Abstract Beta-hydroxybutyrate (BHB) is a ketone body synthesized during fasting or strenuous exercise. Our previous study demonstrated that a cyclic ketogenic diet (KD), which induces BHB levels similar to fasting every other week, reduces midlife mortality and improves memory in aging mice. BHB actively regulates gene expression and inflammatory activation through non-energetic signaling pathways. Neither of these activities has been well-characterized in the brain and they may represent mechanisms by which BHB affects brain function during aging. First, we analyzed hepatic gene expression in an aging KD-treated mouse cohort using bulk RNA-seq. In addition to the downregulation of TOR pathway activity, cyclic KD reduces inflammatory gene expression in the liver. We observed via flow cytometry that KD also modulates age-related systemic T cell functions. Next, we investigated whether BHB affects brain cells transcriptionally in vitro . Gene expression analysis in primary human brain cells (microglia, astrocytes, neurons) using RNA-seq shows that BHB causes a mild level of inflammation in all three cell types. However, BHB inhibits the more pronounced LPS-induced inflammatory gene activation in microglia. Furthermore, we confirmed that BHB similarly reduces LPS-induced inflammation in primary mouse microglia and bone marrow-derived macrophages (BMDMs). BHB is recognized as an inhibitor of histone deacetylase (HDAC), an inhibitor of NLRP3 inflammasome, and an agonist of the GPCR Hcar2. Nevertheless, in microglia, BHB’s anti-inflammatory effects are independent of these known mechanisms. Finally, we examined the brain gene expression of 12-month-old male mice fed with one-week and one-year cyclic KD. While a one-week KD increases inflammatory signaling, a one-year cyclic KD reduces neuroinflammation induced by aging. In summary, our findings demon-strate that BHB mitigates the microglial response to inflammatory stimuli, like LPS, possibly leading to decreased chronic inflammation in the brain after long-term KD treatment in aging mice.

Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of blindness in developed countries, and is characterized by slow retinal degeneration linked to chronic oxidative stress in the retinal pigmented epithelium (RPE). The exact molecular mechanisms that lead to RPE death and dysfunction in response to chronic reactive oxygen species (ROS) are still unclear. In this work, human stem cell-derived RPE samples were treated with a low dose of paraquat (PQ) for 1 week or 3 weeks to induce chronic reactive oxygen species (ROS) stress. Cells were then harvested and both the intracellular and secreted RPE proteomes were quantified by mass spectrometry. Inside the RPE, chronic ROS caused concerted increase of glycolytic proteins but decreased mitochondrial proteins, as well as decreased extracellular matrix proteins and membrane proteins required for endocytosis. From the secreted proteins, we found that stressed RPE secrete over 1,000 detectable proteins, and the composition of the proteins secreted from RPE changes due to chronic ROS. Notably, secreted APOE is decreased 4-fold due to 3 weeks of chronic ROS stress, and urotensin-II, the strongest known vasoconstrictor, doubles. Further, secreted TGF-beta is increased, and its cognate signaler BMP1 decreased in the secretome. Together, these alterations of the RPE proteome and protein secretome paint a detailed molecular picture of the retinal stress response in space and time.