NMN在日常食物中分佈較廣,蔬菜如花椰菜(0.25–1.12mg NMN/100gm)和大白菜(0.0–0.90 mg NMN/100 gm),水果如鱷梨(0.36–1.60 mg NMN/100 gm)、西紅柿(0.26–0.30 mg NMN/100 gm),肉類如生牛肉(0.06–0.42 mg NMN/100 gm)都含有豐富的NMN。
NAD+又名輔酶I,全稱煙酰胺腺嘌呤雙核苷酸,它廣泛分佈在人體的所有細胞內,參與上千種生物催化反應,是人體內必不可少的輔酶。
(2)PARPs途徑:
在正常狀態下PARPs大約消耗1/3的NAD+,當DNA受損需要修復時,PARPs的消耗會佔到更大的、主導的地位。
(3)SIRTs途徑:
SIRTs在正常狀態下大約消耗1/3的NAD+,約32pmol/百萬細胞/小時,佔比和PARPs類似。
NAD+依賴的脫乙醯酶SIRT1通過連接調節NAD+補救途徑的酶反饋回路和晝夜節律轉錄-翻譯反饋迴路,成為晝夜節律與代謝之間的橋樑。
具體見:
Sirtuins是一種依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的脫醯基酶,傳統上認為它與哺乳動物的熱量限制和衰老有關。 這些蛋白在衰老過程中對維持神經元的健康也起著重要作用。
在神經疾病發生發展中,SIRT1在阿爾茨海默氏病、帕金森氏病和運動神經元病等多種神經退行性疾病中發揮保護作用,這些疾病可能與SIRT1在代謝、抗應激和基因組穩定性方面的功能有關。 啟動SIRT1的藥物可能為治療這些疾病提供一種有希望的方法。
增加NAD+水平治療癌症的研究顯示:(1)NMNAT3過表達提高了線粒體NAD+水準,抑制膠質母細胞瘤細胞的生長;(2)補充NA或NAM能抑制SCID小鼠的腫瘤生長和多器官腫瘤轉移。
其原理有:過量的NAD+會促進線粒體呼吸,降低糖酵解,抵消癌細胞喜歡的Warburg代謝(比起氧化磷酸化更依賴於糖酵解的癌細胞能量代謝特性);增加NAD+也會增加SIRT1和SIRT6的活性,兩者都通過下調β-catenin信號、下調糖酵解抑制腫瘤。
不過這當中也存在矛盾與擔憂:NAD+促進DNA修復和血管生成,有可能幫助癌細胞生長(既有的對野生型小鼠的長期研究未能提供促使腫瘤增加的任何證據)。 而降低腫瘤NAD+水準后,隨著PARPs修復DNA損傷的能力降低,癌細胞/組織對化療藥物的敏感性將增加。 在標準癌症模型中進一步測試NAD+補充劑的效果將非常重要。
已知NAD+信號通路中的酶可以保護肝臟不受脂肪堆積、纖維化和胰島素抵抗的影響,這些都與脂肪肝疾病的發生有關。
NAMPT在高脂膳食誘導脂肪肝發生發展的過程中起關鍵調節作用:抑制NAMPT將使高脂膳食造成的肝脂肪變性更嚴重,過表達NAMPT顯著改善肝脂質積累;這種調節作用是通過"抑制NAMPT→減少NAD+→抑制SIRT1→減弱SREBP1的去乙醯化→SREBP1活性降低→FASN和ACC表達上調"產生的。
SIRT1及其下游靶點PGC-1a、PSK9和SREBP1維持線粒體功能、膽固醇轉運和脂肪酸穩態。 SIRT2通過去乙醯化磷酸烯醇丙酮酸羧激酶來控制糖異生;SIRT3調控OXPHOS、脂肪酸氧化、酮生成和抗氧化應激;SIRT6控制糖異生。
由於這些通路在肝臟中的重要性,維持NAD+水平對於維持器官良好功能必不可少。 正常情況下,由於肥胖和衰老,NAMPT水準下降,CD38水準升高,導致到中年時,穩態NAD+水準下降2倍。
將NAD+水準提高到年輕水準在預防和治療肥胖、酒精性脂肪性肝炎和NASH方面收效顯著,同時還能改善葡萄糖穩態和線粒體功能障礙,改善肝臟的健康,增強其再生能力,保護肝臟免受肝毒性損害。
老年腎臟中NAD+水準的降低和sirtuin活性的相應降低在很大程度上是腎功能和順應性隨年齡下降的原因。
(1)通過NAD+補充啟動SIRT1和SIRT3保護高糖誘導的腎系膜細胞肥大,而用NMN治療小鼠以SIRT1依賴性的方式保護順鉑誘導的急性腎損傷(AKI)。
(2)5-氨基咪唑-4-羧胺核苷可刺激AMPK活性,增加NAD+水準,並以sirt3依賴的方式保護順鉑誘導的AKI。
(3)小鼠補充NAM可刺激腎臟保護前列腺素PGE2的分泌,提升缺血后腎功能;NAM也可通過刺激NAD+合成抑制順鉑誘導的AKI 。
與年輕的野生型小鼠相比,小鼠的肌肉萎縮和炎症標誌物以及胰島素信號和胰島素刺激葡萄糖攝取能力下降。 用NAD+前體治療老年小鼠可顯著改善肌肉功能。
用NMN (500 mg/kg/day ip .連續7天)治療老年小鼠,可以通過增加線粒體功能、增加ATP生成、減少炎症、將糖酵解II型肌肉轉變為氧化纖維型肌肉,逆轉與年齡相關的有害變化。
NAD+水準對正常心臟功能和損傷后的恢復至關重要。 在所有NAD+依賴的信號蛋白中,SIRT3似乎是最重要的:
(1)SIRT3敲除小鼠的OXPHOS酶高度乙醯化,ATP減少,對主動脈收縮高度敏感,可能是由於線粒體通透性過渡孔的調節因數CypD的啟動。
(2)SIRT3-KO鼠在13個月大時就會出現纖維化和心肌肥厚,隨著年齡增長,病情進一步加劇,而NMN治療可以逆轉這種下降。
(3)無論是缺血前30分鐘(500 mg/kg, i.p.) 或再灌注前和再灌注期間的重複給葯,使用NAMPT過表達或NMN治療都能顯著防止壓力過載和缺血-再灌注損傷,使梗死面積減少44%左右。
(4)使用NAD +前體治療也提高了老年MDX心肌病小鼠的心臟功能。
(5)NAD+前體改善了缺鐵誘導的心力衰竭小鼠模型的線粒體、心臟功能。
(6)NAD+前體甚至可以通過啟動SIRT3保護並恢復弗裡德希氏共濟失調(FRDA)心肌病小鼠模型的心臟功能到基本正常水準。
內皮細胞(EC)衰老是一個結構和功能改變的病理生理過程,包括血管張力失調、內皮通透性增加、動脈硬化、血管生成和血管修復受損、EC線粒體生物生成減少等。
細胞週期失調、氧化應激、鈣信號改變、高尿酸血症和血管炎症與EC衰老和血管疾病的發生、發展密切相關。 許多異常的分子通路與這些潛在的病理生理變化有關,包括SIRT1、Klotho、成纖維細胞生長因數-21和腎素血管緊張素-醛固酮系統的啟動。
因為SIRTs和血管衰老的關係,NAD+前體NMN的補充並且已經在一些研究中體現出效果:
(1)NMN治療老年小鼠(8周內每天給葯300 mg/kg)可恢復頸動脈內皮依賴性擴張(內皮功能的一種測量方法),同時降低主動脈脈搏波速和彈性動脈剛度。
(2)NMN (500 mg/kg/天,水送服,持續28天)對小鼠的治療取得顯著療效:通過促進sirt1-依賴的毛細血管密度的增加,改善了老年小鼠的血液流動和耐力。
(3)NMN通過改善老年小鼠年齡誘導的血管內皮功能障礙以及神經血管耦合(NVC)反應,顯著提高老年小鼠認知,並且NMN降低老齡鼠腦微血管內皮細胞的線粒體ROS,恢復NAD+、線粒體能量。
在血管內皮中增加NAD+水準將可能成為一種增加老年人的活動能力潛在療法,並能治療因血流減少而發生發展的疾病如:缺血-再灌注損傷、傷口癒合緩慢、肝功能障礙和肌肉肌病等。
NAD+的合成根據不同合成原料分為補救途徑、從頭合成途徑和Preiss-handler途徑。
a) 從頭合成途徑:將色氨酸(Trp)轉化為喹啉酸(QA),然後通過喹啉酸-磷酸核糖基轉移酶(QPRT)轉化為NAMN。 NAMN轉換為NAAD,並最終經由NAD+合成酶(NADS)催化生成NAD+。
b) P-H合成途徑(又叫NA補救途徑):煙酸(NA)經NAPRT、NMNAT、NADS(NAD合成酶)合成NAD+。
c) 補救合成途徑(又叫NR補救途徑):煙酰胺核糖(NR)或煙酰胺(NAM)經NRK(煙酰胺核苷激酶)或NAMPT、NMNAT合成煙酰胺單核苷酸(NMN),NMN經NMNAT1-3酶合成NAD+。
肝臟使用色氨酸從頭合成NAD+,在合成-使用NAD+循環過程中分泌大量NAM(煙醯胺),這些煙醯胺可以隨迴圈被其他器官組織攝取利用。
內源性煙酸(NA)在血液-組織器官的相互交換很少很慢,大多數組織器官並不依靠血液中的NA合成NAD。
經過一番更新后我們的結論依然不變:NMN目前是補充NAD+的最佳方式。
NMN在全身組織、器官中有廣泛的分佈,且從胚胎發育時期就存在於多種細胞中。
對NAD+前體在各種組織和細胞內的代謝和生物分佈知之甚少,相比之下瞭解較多的是NMN的合成酶NAMPT和NRKs,以及NMN消耗酶NMNATs的表達。
(1)NAMPT
NAMPT在體內無所不在,但組織間表達水準存在較大差異。 在腦和心臟,NAMPT依賴的補救途徑是產NAD+的首選模式;而在骨骼肌,NRK依賴的補救途徑是產NAD+的首選模式。
(2)NMNATs(NMN消耗酶)
小鼠組織代謝譜表明,NMNAT亞型的活性遠高於NAMPT,且除血液外,大多數組織中NMNAT亞型的活性不受限制。
(3)NRKs
NRK亞型的表達分析表明NRK1無所不在,而NRK2主要存在於骨骼肌中。 與此一致的是,慢性NR補充引起肌肉的NAD +水準增加,但在大腦或白色脂肪組織收效甚微。
口服NMN對NAD+的促進:
肝臟、胰腺、白色脂肪組織NMN、NAD+水準
6、NMN如何進入細胞?
(1)通過轉運體直接進入細胞:在2019年初,nature metabolism一篇論文證實了該想法,文章發現小鼠小腸內有NMN特異性轉運體存在,叫做Slc12a8,這是一種氨基酸和多胺轉運體,對NMN有很高的選擇性,並不轉運和NMN結構甚為相似MN。
(2)通過細胞膜表面的CD73去磷酸化為NR(通過平衡核苷轉運蛋白ENTs)進入細胞內,隨後再通過細胞質的NRK酶催化為NMN,進入線粒體被利用(線粒體無NRK)。
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