从年第一次发现烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+),到现在多年里,众多科学家们对NAD+进行了研究,文献资料可谓是千千万万,让人眼花缭乱。
巴克老龄化研究所(BuckInstituteforResearchonAging)的AnthonyJ.Covarrubias,RosalbaPerrone等学者,总结了NAD+相关科研文献,并于年2月,发表在Nature子刊《NatureReviewsMolecularCellBiology》(分子细胞生物学自然评论)上,其中详细介绍了NAD+在代谢途径、DNA修复、细胞免疫和衰老等方面的功能。
NAD+的合成与代谢
NAD+的代谢消耗
NAD+水平之所以随年龄增长而下降,是由于它参与诸多的重要代谢反应,其中最主要的消耗发生在以NAD+为底物的酶中。
NAD+代谢
①环ADP核糖合成酶,最典型的是一种广泛表达的细胞外酶CD38。早前已有研究表明衰老组织中CD38表达增强,NAD+含量明显降低。
②ADP核糖基转移酶(PARP),研究最多的PARP1在DNA损伤时过度激活,耗尽线粒体的NAD+,诱导细胞凋亡。研究发现抑制小鼠PARP1活性,可提高NAD+水平,改善线粒体功能,表明在未有明显DNA损伤的正常状态下,PARP1也在消耗NAD+。
三大类NAD+消耗酶
③SARM1,新发现的NAD+裂解酶,其在神经元中表达,神经损伤时过量消耗细胞质NAD+,引发细胞死亡。NMNAT2-KO小鼠的NAD+补救合成途径存在缺陷,导致先天神经元缺损,研究发现敲除SARM1使NMNAT2-KO小鼠神经元缺陷得到有效弥补。
NAD+的合成
NAD+的合成方式主要有三种,包括从头合成途径,preiss-Handler途径和补救合成途径。(具体可阅读:)
在三种合成路径中,补救合成路径占据人体80%,是合成NAD+最重要的方式。根据之前的相关研究,补充合成途径主要是直接补充NAD+的前体,如如烟酸(NA)、烟酰胺单核苷酸(NMN)和烟酰胺核苷(NR)等,其中转化效率最高的就是NMN。
NAD+的具体功效
NAD+作为人体重要的辅酶和能量产生介质,其对身体的诸多功能都有巨大的影响。
衰老过程中的NAD+代谢
(
1
)改善代谢系统。
如果缺少
NAD+
首先会导致人体代谢紊乱,对于老年人和肥胖人群尤其明显,会导致其患糖尿病、心血管疾病、中风、癌症等疾病的概率增加。而
NAD+
可以激活多种辅酶,抑制脂肪细胞生长,促进新陈代谢,保持肌体健康。
(2)增强心血管功能。高血压会导致心脏肿大和动脉阻塞,从而导致中风。而升高NAD+水平阻止了因血液不足而对心脏造成的伤害。可以保护小鼠免受心脏异常肿大的侵害。
(3)修复免疫功能。随着年龄增大,免疫系统下降,NAD+在调节免疫系统和炎症中起着重要作用。补充NAD+可以调节CD38和PARPs等蛋白酶的活性,导致促炎细胞因子降低,恢复免疫功能。
衰老过程中的NAD+代谢
(
4
)缓解神经退化。
对于在患有阿尔茨海默症的人群,增加
NAD+
水平可以减少有害蛋白积累,增强脑细胞之间的信息传输,从而恢复大脑认知功能。当没有足够的血液流向大脑时,提高
NAD+
水平还可以保护脑细胞免于死亡。
(5)抗衰老延长寿命。生老病死是人之常态,而衰老的细胞会增加分泌SASP、干扰干细胞再生、影响组织修复和加剧细胞炎症,导致细胞组织持续衰老。而增加NAD+可以促进细胞代谢,增强线粒体功能,增强细胞活性,有效延缓衰老。
补充NAD+的方式
全球抗衰老领军人物哈佛大学的大卫辛克莱教授通过研究发现我们体内的NAD+水平在50岁时只有20岁时的一半。NAD+在保持细胞活性和人体健康方面有着重要作用,如果把人体比喻成汽车,那NAD+就是燃料,没有燃料汽车就不能行驶,失去了活力。
持续性的补充NAD+是抗衰老的首要议题,想要提升NAD+水平可以从三个方面入手:
一是口服NMN或NR等前体来直接补充NAD+,NR在细胞内先生成NMN,NMN进一步合成为NMNATs,然后生成NADH,提升NAD+水平。
二是通过激活NAMPT和NMNATs等限速酶的活性,使体内自然生成NAD+的反应加速,从而达到提升NAD+水平的目的。
NAD+参与人体各个反应
三是抑制PARPs和CD38等酶消耗NAD+的速率,由于人体在衰老过程中,DNA损伤和免疫系统异常都会促使PARPs和CD38等酶大量消耗NAD+,所以减少消耗就等同于增加含量。
结语
在首次发现近90年后,NAD+正成为衰老领域的中心代谢产物,而NAD+水平的下降正成为几种年龄相关疾病的一个既定特征。NAD+缺失是年龄相关疾病的关键途径,包括神经退行性疾病、代谢性疾病和类前体疾病。
然而,目前尚不清楚是哪些细胞和酶导致了特定疾病中NAD+水平的下降。此外,可以利用哪些靶点或途径有效、安全地恢复NAD+稳态仍在研究中。