Highlights•Inflammation and joint pathology during gout flare is prevented by ketogenic diet•BHB inhibits IL-1β secretion from neutrophils•Ketogenic diet and BHB inhibit NLRP3 activation in aged neutrophils•BHB inhibits both priming and assembly steps of NLRP3 activation in neutrophilsSummaryAging and lipotoxicity are two major risk factors for gout that are linked by the activation of the NLRP3 inflammasome. Neutrophil-mediated production of interleukin-1β (IL-1β) drives gouty flares that cause joint destruction, intense pain, and fever. However, metabolites that impact neutrophil inflammasome remain unknown. Here, we identified that ketogenic diet (KD) increases β-hydroxybutyrate (BHB) and alleviates urate crystal-induced gout without impairing immune defense against bacterial infection. BHB inhibited NLRP3 inflammasome in S100A9 fibril-primed and urate crystal-activated macrophages, which serve to recruit inflammatory neutrophils in joints. Consistent with reduced gouty flares in rats fed a ketogenic diet, BHB blocked IL-1β in neutrophils in a NLRP3-dependent manner in mice and humans irrespective of age. Mechanistically, BHB inhibited the NLRP3 inflammasome in neutrophils by reducing priming and assembly steps. Collectively, our studies show that BHB, a known alternate metabolic fuel, is also an anti-inflammatory molecule that may serve as a treatment for gout.Graphical abstract

The risk of hypoglycemia and its serious medical sequelae restrict insulin replacement therapy for diabetes mellitus. Such adverse clinical impact has motivated development of diverse glucose-responsive technologies, including algorithm-controlled insulin pumps linked to continuous glucose monitors ("closed-loop systems") and glucose-sensing ("smart") insulins. These technologies seek to optimize glycemic control while minimizing hypoglycemic risk. Here, we describe an alternative approach that exploits an endogenous glucose-dependent switch in hepatic physiology: preferential insulin signaling (under hyperglycemic conditions)

While peripheral glucose sensors are known to relay signals of substrate availability to integrative nuclei in the brain, the importance of these pathways in maintaining energy homeostasis and their contribution to disease remain unknown. Herein, we demonstrate that selective activation of the hepatoportal neural plexus via transient peripheral focused ultrasound (pFUS) induces glucose homeostasis in models of well-established insulin resistant diabetes. pFUS modulates sensory projections to the hindbrain and alters hypothalamic concentrations of neurotransmitters that regulate metabolism, resulting in potentiation of hypothalamic insulin signaling, leptin-independent inhibition of the orexigenic neuropeptide Y system, and therapeutic alteration in autonomic output to peripheral effector organs. Multiomic profiling confirms pFUS-induced modifications of key metabolic functions in liver, pancreas, muscle, adipose, kidney, and intestines. Activation of the hepatic nutrient sensing pathway not only restores nervous system coordination of peripheral metabolism in three different species but does so across these organ systems; several of which are current targets of antidiabetic drug classes. These results demonstrate the potential of hepatic pFUS as a novel/non-pharmacologic therapeutic modality to restore glucose homeostasis in metabolic diseases, including type II diabetes. One Sentence Summary We utilize a non-invasive ultrasound technique to activate a liver-brain sensory pathway and demonstrate its potential to induce durable normalization of glucose homeostasis in models of well-established insulin resistant diabetes.