介紹

β-煙酰胺單核苷酸[1,2]（nicotinamide mononucleotide，NMN）是動物體內(nèi)NAD+代謝的中間產(chǎn)物，同時在飲食中也微量存在；相對于煙酰胺（nicotinamide，NAM）、煙酸（niacin，NA）、煙酰胺核糖（nicotinamide riboside，NR）等NAD+前體，β-煙酰胺單核苷酸轉(zhuǎn)化生成NAD+只需要一步催化反應，是最直接高效的前體物質(zhì)；從酵母到人類都可利用該物質(zhì)進行NAD+生物合成。目前許多研究表明補充β-煙酰胺單核苷酸對健康有益，在動物實驗和人體試驗中被用于增加組織中的NAD+水平，減輕與衰老、肥胖及某些病理模型有關(guān)的健康缺陷。

圖一 β-煙酰胺單核苷酸

β-煙酰胺單核苷酸的代謝途徑

在Salvage途徑中，β-煙酰胺單核苷酸[3,4]由NAM和PRPP通過哺乳動物NAD+生物合成限速酶NAMPT合成，NMN也可由NR通過NRK介導的磷酸化反應合成；β-煙酰胺單核苷酸由NMNATs催化轉(zhuǎn)化為NAD+。隨后，NMN與ATP結(jié)合，通過β-煙酰胺單核苷酸AT轉(zhuǎn)化為NAD+。在哺乳動物中，有3種由不同基因編碼的β-煙酰胺單核苷酸AT同工酶，即NMNAT1、NMN AT2、NMN AT3，它們分別存在于細胞核、高爾基體和線粒體中。Salvage途徑中NAD+消耗酶負責在發(fā)揮酶活性作用的同時分解NAD+，如PARPs、Sirtuins、CD38(T10）、CD157(BST1）和SARM1，這些酶降解NAD+并產(chǎn)生NAM作為副產(chǎn)物，并在NNMT作用下甲基化生成MeNAM，并隨后進一步分解為Me2PY和Me4PY代謝排出體外。NAMPT是Salvage途徑中的限速酶，小鼠全面缺失NAMPT會導致胚胎死亡。此外，在小鼠組織（包括骨骼肌、肝臟和脂肪組織）中NAMPT的組織特異性缺失會降低各器官的NAD+水平。

除主要的Salvage途徑外，NAPRT催化Preiss-Handler途徑的步，將NA轉(zhuǎn)化為NAMN；而de novo途徑則是將Trp轉(zhuǎn)化為QA后，經(jīng)QPRT催化生成NAMN，兩條通路在此合并。再經(jīng)過一系列反應轉(zhuǎn)化為NAAD后，最終都通過NADs轉(zhuǎn)化為NAD+（圖二）。

雖然NAMPT在細胞中具有NADs的作用，但其也在血清中被發(fā)現(xiàn)。細胞外形式的NAMPT(eNAMPT）由多種細胞分泌，包括成熟脂肪細胞、胰腺β細胞、肌細胞和肝細胞。據(jù)報道，細胞內(nèi)形態(tài)的NAMPT(iNampt）在正常營養(yǎng)狀態(tài)下在細胞質(zhì)中被乙酰化。然而，一旦食物稀缺，iNAMPT就會被SIRT1去乙?；岣咂涿富钚圆⒋龠M其分泌至胞外。有趣的是，脂肪細胞中NAMPT基因的缺失會降低下丘腦NAD+水平。同樣，通過中和抗體去除eNAMPT對下丘腦的NAD+水平也有同樣的影響。這些結(jié)果表明，eNAMPT可能在血液中產(chǎn)生β-煙酰胺單核苷酸，從而向包括下丘腦在內(nèi)的各種組織供應β-煙酰胺單核苷酸。然而，另一項研究表明，eNAMPT不參與細胞外N M N的產(chǎn)生，因為血漿中生理濃度的N A M、AT P和PRPP不足以催化NAMPT。因此，eNAMPT在細胞外β-煙酰胺單核苷酸生成中的作用仍存在爭議。

圖二 β-煙酰胺單核苷酸的代謝生化途徑

細胞對β-煙酰胺單核苷酸的攝取方式

關(guān)于β-煙酰胺單核苷酸的攝取與利用[5]，通過穩(wěn)定性同位素標記NMN發(fā)現(xiàn)，NMN在細胞外被脫磷酸化為NR，而一項使用多種化學抑制劑的研究表明，NR是通過平衡核苷轉(zhuǎn)運體（equilibrium nucleoside transporters，ENTs）進入細胞。但NR不穩(wěn)定，在小鼠血漿或含胎牛血清的培養(yǎng)基中可迅速降解為NAM，說明β-煙酰胺單核苷酸在口服進入人體血液后可以在胞外轉(zhuǎn)化為NR，然后被轉(zhuǎn)運進入細胞，但也有一部分在轉(zhuǎn)化為NR后通過肝臟代謝或血液循環(huán)中的水解作用轉(zhuǎn)化為NAM。

最近的一項研究發(fā)現(xiàn)Slc12a8是β-煙酰胺單核苷酸特異性轉(zhuǎn)運蛋白，Slc12a8可直接跨質(zhì)膜運輸β-煙酰胺單核苷酸，肝細胞中Slc12a8的缺失極大地降低了NMN在肝細胞中的直接吸收。Slc12a8在小腸中強烈表達，可能有助于NMN的口服攝取。因此，血漿中NMN可能有兩種進入細胞的方式（圖2）：一種是通過細胞膜表面的CD73去磷酸化為NR，再通過ENTs進入細胞內(nèi)，隨后再通過細胞質(zhì)NRK催化為β-煙酰胺單核苷酸，進入線粒體被利用（線粒體無NRK）；另一種是直接通過Slc12a8特異性轉(zhuǎn)運體直接進入細胞。NMN的攝取途徑可能因組織類型而異。因此，有必要進一步研究不同組織和/或細胞對β-煙酰胺單核苷酸的吸收轉(zhuǎn)運模式。

圖三 β-煙酰胺單核苷酸進入細胞內(nèi)的不同途徑

生理應用

β-煙酰胺單核苷酸提升組織NAD+水平

許多動物實驗表明，長期規(guī)律性地補充β-煙酰胺單核苷酸可以有效提高各種外周組織NAD+的生物合成，包括胰腺、肝臟、脂肪組織、心臟]、骨骼肌、腎臟、睪丸、卵巢、視網(wǎng)膜和血管（主動脈）和腦組織，這種提升作用不僅限于正常鼠，也包括飲食誘導的肥胖鼠及其他病理模型鼠。在小鼠的單次急性β-煙酰胺單核苷酸補充實驗中，在口服β-煙酰胺單核苷酸(300 mg/kg mb)2.5 min后血漿β-煙酰胺單核苷酸水平增加，并在升高約15 min后降至正常水平，隨后肝NAD+水平在30 min逐漸升高。骨骼肌和大腦皮層在在口服β-煙酰胺單核苷酸 60 min后NAD+水平輕度增加。這表明補充的β-煙酰胺單核苷酸可以迅速被機體吸收入血，并在不同的主要器官中快速代謝為NAD+。

在β-煙酰胺單核苷酸的使用劑量與安全性方面，大多數(shù)動物實驗采用劑量為100～500 mg/（kg mb·d）。最近有研究顯示在正常野生型C57BL/6小鼠中，長期（1年）口服β-煙酰胺單核苷酸(300 mg/kg mb）是安全的，耐受性良好，不會產(chǎn)生任何明顯的有害或毒性作用[6]。

β-煙酰胺單核苷酸改善糖脂代謝

首先值得注意的是，β-煙酰胺單核苷酸可以顯著改善代謝功能。胰腺β細胞對機體NAD+水平下降和β-煙酰胺單核苷酸干預非常敏感，補充β-煙酰胺單核苷酸可以顯著增強胰腺β細胞胰島素分泌和外周組織的胰島素敏感性，從而改善年齡和飲食誘導的糖尿病小鼠和衰老小鼠的糖耐量和胰島素抵抗。在脂肪細胞特異性NAMPT敲除小鼠（ANKO）中，口服NMN也會增強脂肪組織NAD+生物合成和SIRT1活性，并使嚴重的低脂聯(lián)素血癥和多器官胰島素抵抗正?；?。此外，在常規(guī)飲食喂養(yǎng)的野生型C57BL/6小鼠中，長期服用NMN可抑制與年齡相關(guān)的脂肪組織炎癥，并改善全身胰島素敏感性。考慮到脂肪組織NAD+生物合成在肥胖和老年小鼠中嚴重受損，這些發(fā)現(xiàn)提示脂肪組織NAD+可能是胰島素抵抗的良好治療靶點，胰島素抵抗是2型糖尿病和心血管疾病的重要危險因素。

給藥β-煙酰胺單核苷酸還可通過增加能量消耗，部分抑制高脂飲食小鼠的體質(zhì)量增加，長期服用β-煙酰胺單核苷酸的小鼠表現(xiàn)出更高的能量消耗和身體活動，使得衰老過程中體質(zhì)量增加受到抑制。因此，使用β-煙酰胺單核苷酸可以改善飲食和年齡相關(guān)的體質(zhì)量增加。

β-煙酰胺單核苷酸調(diào)節(jié)糖脂代謝，改善組織胰島素抵抗的主要作用機制包括，恢復NAD+生物合成、增強SIRT1活性、緩解炎癥與氧化應激、調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律相關(guān)的基因表達，增強機體能量消耗[7]。

β-煙酰胺單核苷酸改善線粒體功能

β-煙酰胺單核苷酸可以改善各種代謝器官的線粒體功能，包括骨骼肌、肝臟、心臟和視網(wǎng)膜。NMN處理的小鼠骨骼肌線粒體氧化磷酸化增加，并通過增加全身能量消耗促進減肥。在高脂飼料喂養(yǎng)的肥胖小鼠中增加肝臟線粒體中檸檬酸合酶活性[8]。

β-煙酰胺單核苷酸的抗衰老作用

長期服用β-煙酰胺單核苷酸可改善年齡相關(guān)的胰島素抵抗，并減緩隨年齡增長而發(fā)生的基因表達變化。老年小鼠給予β-煙酰胺單核苷酸后，骨骼肌線粒體呼吸能力也能較好地保持，這將有助于提升機體能量消耗，改善糖耐量。

補充NMN還有助于緩解衰老雌性小鼠的生殖能力下降，研究發(fā)現(xiàn)，在生育能力下降小鼠的卵母細胞中，添加β-煙酰胺單核苷酸可以增加其NAD+和NAD(P)H水平。β-煙酰胺單核苷酸處理小鼠也表現(xiàn)出生育力增強和卵母細胞產(chǎn)量增加，以及產(chǎn)仔數(shù)和活仔數(shù)的改善。NMN治療老齡小鼠也能對腦功能產(chǎn)生類似的逆轉(zhuǎn)作用，可以改善老齡小鼠的空間工作記憶功能和步態(tài)協(xié)調(diào)，這可能與Sirtuins介導的神經(jīng)細胞與血管內(nèi)皮細胞的轉(zhuǎn)錄組學變化有關(guān)[9]。

參考文獻

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