NAD+的代谢过程及神经保护的研究现状

程银虹，王伟，渠文生

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）是人体含量最丰富的分子之一，存在氧化（NAD+）和还原（NADH）两种形式，以NAD+为主。1906年NAD首次被提出，经过纯化后鉴定为一种磷酸核苷糖；1936年，发现NAD在能量代谢中具有重要作用。研究者进一步发现多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerases，PARPs）、沉默信息调节蛋白（sirtuins）等在反应时需要消耗分解NAD+，揭示了NAD+在人体内更多的生物功能[1,2]。

近年来，NAD+一直是抗衰老研究的热点。NAD+在多种神经疾病模型中都展现出了明显的神经保护作用，如阿尔茨海默病（Alzheimer Disease，AD）、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）和脑缺血等。本文将总结NAD+的合成分解途径、重要的生物功能及NAD+的神经保护作用。

1 NAD+的合成与转化

细胞内合成NAD+的方式主要有2种：①从头合成途径，起始于色氨酸，主要在胞质中进行；②补救合成途径，通过一些前体分子来合成，即自然存在的维生素，如烟酰胺（nicotinamide，Nam），烟酸（nicotinic acid，NA）、烟酰胺核糖（nicotinamide riboside，NR）等。从头合成途径主要是由色氨酸经过Kynurenine Pathway合成；Auwerx[2]在综述里详细介绍了该过程中的8个步骤。细胞内NAD+主要通过补救合成途径合成：NR可通过平衡核苷转运蛋白直接进入补救合成途径，并由NR激酶转化为烟酰胺单核苷酸。从NA合成NAD+的第一步是NA转化成NA单核苷酸。由Nam合成NAD+先由烟酰胺磷酸核糖基转移酶转化为烟酰胺单核苷酸，再经催化生成NAD+。烟酰胺磷酸核糖基转移酶在哺乳动物体内是高度动态变化的，其数量决定了NAD+的合成速度[1,2]。

NAD+分解后生成Nam和腺苷二磷酸核糖化产物。分解NAD+的酶分为3类：①腺苷二磷酸核糖转移酶及PARPs[3]；②sirtuins[4]；③环腺苷二磷酸核糖合成酶，即CD38和CD157[5,6]。

2 NAD+的神经保护作用

在NAD激酶的作用下，NAD+转化为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）；NADP+/NADPH在多种细胞防御反应中发挥重要作用，如参与胞内抗氧化系统的组成，为脂肪酸、类固醇及DNA等的还原合成提供电子来源等[7]。作为sirtuins和PARPs修饰目标蛋白反应中必要的底物，NAD+在多条信号通路中发挥重要作用。如sirtuins可调节细胞凋亡、线粒体代谢、自噬和炎症反应等[1,8]。

NAD+可以通过多种途径保护及逆转神经细胞和血管内皮细胞的损伤，具有神经保护的潜力。

2.1 AD

在Tg2576转基因AD小鼠模型中，给予250 mg/kg/d的NR，可以明显改善小鼠的认知障碍，皮质NAD+水平增高；NR促进小鼠脑内PGC1α的表达，减少了β淀粉蛋白（amyloid β，Aβ）的生成[9]。在P301S小鼠（慢性Tau病变）模型中，烟酰胺单核苷酸腺苷酸转移酶1（参与NAD+合成的酶）的过表达可保护皮质神经元的功能，减少Tau在皮质的堆积[10]。合成NAD+的另一种前体烟酰胺单核苷酸，在试验中也改善了AD模型鼠的认知障碍，并有助于减少Aβ的产生，改善突触缺损及炎症反应[11]。

2.2 PD

Nam在多种类型的PD模型中可以发挥神经保护作用；黑质多巴胺神经元的存活率与Nam的剂量有关。PINK1突变导致的家族性PD与线粒体损伤有关；在具有PINK1突变的果蝇PD模型中可以找到有缺陷的线粒体。在这个模型中，NAD+的水平显著降低；而补充Nam可以减少缺陷线粒体的数目，减少多巴胺神经元的丢失[12]。作为NAD+的前体，Nam能够缓解PD症状的机制可能在于减轻炎症，通过提供NADPH增加黑质中多巴胺的合成，增加NAD/NADH的比例从而修复线粒体中复合物1的功能[13]。

2.3 脑缺血

既往研究显示，在全脑缺血后，应用Nam可以缓解脑内ATP的减少；在光化学局部缺血模型中，Nam明显改善了缺血部位的血流，减少梗死面积。在大鼠局灶性脑梗死模型中使用PARP抑制剂，虽然没有改善血流，但梗死体积显著缩小，神经功能改善；这可能与其减少了NAD+的消耗及DNA的降解有关[14,15]。同时，Nam还能改善新生大鼠的脑缺血缺氧损伤，这一变化与NAD+缓解氧化应激、降低Caspase-3的活性有关[16]。也有研究发现，NAD+可能通过减轻脑缺血后细胞自噬来发挥神经保护作用[17]。在原代神经元氧糖剥夺模型及小鼠局灶性脑梗死模型中，NMNAT1表达上调可以减少细胞的凋亡及死亡，NMNAT1敲除则会加重细胞的凋亡及死亡，这个过程与腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）的活化有关[18]。本课题组的研究表明，Nam和NR显著缩小局灶性脑梗死小鼠的脑梗死体积，并改善其行为学转归（未发表），其机制为补充NAD+显著改善了急性脑梗死后的能量危机。

3 总结与展望

虽然NAD+的神经保护作用被逐渐明确，相关的临床研究也在逐步开展中[19,20]，但NAD+的临床应用仍有很多疑问亟待解决。未来主要的工作在于，评估NAD+的前体以及相关调节物的作用特点，脑损伤组织的靶向亲和力，最佳使用剂量，安全性和不良反应等。进一步的研究突破，将有助于NAD+成为神经系统疾病的有效治疗靶点。