烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)在眼科疾病发生发展过程中的作用△

刘 茜 陈培培 丁雪萌 汪 颖 许 祎 管怀进

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)由两个单核苷酸组成,即AMP和烟酰胺单核苷酸(NMN)[1]。NAD+是多种细胞生物能量代谢的核心辅酶，它充当吡啶核苷酸家族(NADH、NADP和NADPH)的母体分子。研究发现，NAD+不仅是能量代谢中重要的辅酶,还参与了多种细胞信号转导途径,并且在衰老以及年龄相关性疾病中发挥重要作用[2]。越来越多的研究表明，NAD+的表达与眼科疾病发生发展密切相关，如角膜疾病、青光眼、先天性黑矇、年龄相关性黄斑变性、糖尿病视网膜病变等。本文就NAD+在眼科疾病发生发展过程中的作用进行综述，为眼科疾病的病理机制研究及治疗提供思路。

1 NAD+概述

NAD+的存在非常广泛，见于所有正常眼部结构细胞的细胞核和细胞质中，如角膜、晶状体、虹膜、睫状体和视网膜。NAD+及其还原形式NADH是氧化还原代谢和所有细胞信号转导的重要辅助因子，同时也是糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化等代谢途径的核心参与者[3]。在哺乳动物中，NAD+有三种合成途径：(1)Preiss-Handler途径：该途径从烟酸开始，经过烟酸磷酸核糖基转移酶催化变成NMN，经过烟酰胺单核苷酸腺苷转移酶(NMNAT)1、2和3的催化，变成烟酸腺嘌呤二核苷酸，再被催化成NAD+；(2)从头合成途径：又称犬尿氨酸途径，从食物中摄取的色氨酸开始，依次经过N-甲酰犬尿氨酸、L-犬尿氨酸、5-羟基-2-氨基苯甲酸、2-氨基-3-羟酸半醛后变成喹啉酸，然后喹啉酸进入Preiss-Handler途径；(3)补救合成途径：NAD+经过三个消耗途径后形成烟酰胺(NAM)，然后经过烟酰胺磷酸核糖基转移酶催化后合成NMN，NMN同样通过NMNAT的催化转变成NAD+完成循环[4]。目前普遍认为细胞内稳定的NAD+含量主要是通过NAM补救途径维持的[5]。

有研究发现，NAD+含量在多个组织中随年龄增长而下降[6]，这可能导致线粒体功能障碍和细胞核DNA损伤[7]。眼科领域年龄相关性疾病(老年性黄斑变性、年龄相关性白内障等)的发生发展可能与NAD+相关。提高细胞NAD+含量可以改善细胞的应激反应，其相关机制可能与青光眼防治有关。此外，NAD+还参与细胞信号转导、DNA修复、细胞分裂、衰老和表观遗传学等生物学过程[8]。近年来，关于NAD+与眼科疾病的研究报道也逐渐增多，NAD+可能成为新型眼科药物的治疗靶点。

2 NAD+与角膜疾病

2.1 NAD+与神经营养性角膜炎神经营养性角膜炎是由三叉神经损伤引起的角膜退行性病变，其特征是角膜上皮愈合受损和角膜敏感性缺失，可导致干眼、角膜上皮缺损和角膜溃疡等[9]。Li等[10]对去神经支配小鼠模型的研究发现，去神经支配通过下调烟酰胺磷酸核糖基转移酶表达来降低角膜上皮NAD+含量，导致角膜上皮细胞凋亡。烟酰胺磷酸核糖基转移酶抑制剂可导致角膜去神经诱导的上皮脱离和细胞凋亡，而补充NAD+或NMN可部分改善这一情况。角膜去神经支配可降低上皮组织NAD+含量，导致细胞凋亡和角膜上皮脱离，提示角膜神经支配可能通过调控NAD+合成来维持上皮稳态。

2.2 NAD+与紫外线角膜炎紫外线角膜炎也叫光性角膜炎、光照性角膜炎、电弧眼、雪盲等，是眼睛受到强烈紫外线(太阳或人造光源)照射后出现眼部疼痛、充血、畏光等异常表现的一种眼部急性综合征。Zhao等[11]研究发现，NAD+的前体NAM可以抑制内皮-间充质转化并加速兔角膜内皮伤口愈合。使用小鼠以及细胞模型研究发现，紫外线照射可引起小鼠角膜水肿和细胞凋亡，同时角膜内皮细胞中NAD+及其烟酰胺磷酸核糖基转移酶水平降低。然而，在结膜下注射NAD+、NMN或NAM能有效地防止紫外线诱导的小鼠角膜组织损伤和内皮细胞凋亡。使用NAD+、NMN和NAM进行预处理也能提高细胞存活率并抑制紫外线照射所导致的人角膜内皮细胞凋亡。Li等[12]研究发现，高血糖可降低NAD+生物合成并导致糖尿病小鼠角膜上皮伤口难于愈合，补充NAD+及其前体可促进糖尿病角膜伤口愈合和神经再生。提高角膜NAD+含量是未来防治角膜疾病新的研究方向。

3 NAD+与青光眼

青光眼是以特征性视神经萎缩并伴有视野缺损为特征的疾病，病理性升高的眼压是主要的危险因素，患者视神经萎缩及视野缺损的改变是不可逆的。据统计至2020年全球范围内青光眼患病人数可达7950万[13]。临床中目前对于青光眼主要依靠药物和手术进行治疗，但这些治疗方法并不能完全阻止视网膜神经节细胞(RGC)的进行性损害。NAD+是各种代谢反应的中心，最终产生的ATP对RGC功能至关重要。Williams等[14]研究证实，在青光眼易发小鼠(DBA/2J)中视网膜NAD+含量显著降低，NAD+本身与青光眼眼底病变存在相关性。虽然NAD+的减少不是RGC死亡的单一因素，但总NAD+含量的降低确实影响了RGC功能。在另一项研究中，Williams等[15]证明具有轴突保护作用的蛋白质Wlds可以增加视网膜NAD+含量；与NAM联合治疗比单独使用Wlds或NAM对小鼠青光眼视神经变性组织有更显著的保护作用。上述实验研究发现，NAD+对RGC的功能发挥非常重要，提高NAD+含量可加快RGC的能量代谢，从而改善线粒体状态，有利于青光眼的治疗。

NAD+与线粒体功能之间的密切联系表明，提高细胞NAD+含量可以改善神经元的应激反应。一项针对34例原发性开角型青光眼患者的研究发现，与对照组相比，试验组患者血浆NAM(神经元中主要的NAD+前体)水平降低[16]。另一项使用遗传性青光眼小鼠模型的研究发现，视网膜NAD+含量随着年龄的增长而下降，补充高剂量NAM会增加视网膜NAD+含量，抑制青光眼的发生[14]。有人对57例青光眼患者进行的一项小型随机试验结果表明，口服NAM(每天1.5～3.0 g)3个月能显著改善视网膜功能，改善患者视野[17]。

4 NAD+与眼底疾病

4.1 先天性黑矇Leber先天性黑矇(LCA)是一种先天性视网膜营养不良性疾病，可导致患者幼年时期出现严重视力损伤[18]。LCA 9是一种常染色体隐性遗传性疾病，由NMNAT1突变引起，NMNAT1是一种关键的NAD+合成酶[19]。Falk等[20]对LCA家族受试者进行外显子组测序，鉴定出NAD+合成酶基因NMNAT1的一个纯合子错义突变(c.25G>A,p.Val9Met)。同年，Koenekoop等[21]在8个LCA家族受试者中鉴定出10个突变的NMNAT1等位基因。两个研究小组通过体内和体外功能鉴定发现，NMNAT1突变改变了该基因的结构和功能，降低了NMNAT1在NAD+合成中的酶活性，并影响了蛋白质折叠。近期有研究证明，NAD+不仅对成人视网膜结构和功能的维护发挥作用[22]，而且对视网膜发育和视觉功能也很重要[23]。NAD+可作为未来治疗LCA的新方向。

4.2 年龄相关性黄斑变性视网膜色素上皮(RPE)细胞和光感受器细胞是影响年龄相关性黄斑变性的主要视网膜细胞类型，它们严重依赖于NAD+的充分利用和正常代谢[24-26]。年龄相关性黄斑变性以患者出现不可逆性中心视力下降或丧失为主要临床表现[27]，是一种复杂的多因素疾病，年龄是其发生的主要危险因素[28-30]。大量研究表明，NAD+对年龄相关性黄斑变性患者的RPE和光感受器健康至关重要。

Bai等[31]研究表明，在光所导致的啮齿动物年龄相关性黄斑变性模型中，视网膜NAD+含量显著降低。此外，NAD+含量在体外培养的视网膜组织中明显降低，推测其与氧化应激暴露增加有关。研究表明，NAD+的减少加剧了视网膜组织损伤，NAM的外源性补充恢复了NAD+含量，并减弱了光诱导的RPE细胞和光感受器细胞损伤。Zhu等[32]研究证明了提高视网膜和RPE组织中NAD+含量的好处。近期一项研究发现， NAM通过抑制drusen蛋白、炎症因子和补体表达，上调核小体、核糖体和染色质修饰基因表达，可改善年龄相关性黄斑变性患者相关症状，这直接证明了NAD+代谢与年龄相关性黄斑变性存在相关性[33]。

4.3 糖尿病视网膜病变糖尿病视网膜病变是糖尿病最常见的并发症，以视网膜微血管损伤为特征，在发达国家工作年龄人群中致盲率最高[34]。RGC损伤是糖尿病视网膜病变过程中一个重要的病理特征。Zhou等[35]评估了NMNAT1在高糖诱导的RGC损伤中的作用；Jadeja等[36]发现NAD+代谢对视网膜内光感受器细胞和RPE细胞非常重要。目前相关研究还处于初级阶段，后续需要进一步了解NAD+代谢在糖尿病视网膜病变中的作用。

5 NAD+补充剂的安全性

细胞内NAD+的增加可以通过几个外源途径获得，包括烟酰胺核糖、烟酸、NMN和NAM。更多研究表明，NAD+前体具有神经保护作用和抗衰老作用，由于易发生脸部潮红，烟酸使用剂量建议每天不超过50 mg。长期每天摄入3 g的NAM是可以耐受的，只有小部分患者存在轻微副作用(主要是胃部轻微功能紊乱)[37]。在20世纪50年代以后，也有研究发现，长期较高剂量使用NAM(每天摄入量>9 g)副作用很小，一些患者出现面部潮红可能与制剂不纯有关[38]。NMN和烟酰胺核糖的耐受性较好，但是长期慢性给药的影响尚未在人类中进行充分评估。每天摄入1 g烟酰胺核糖足以改善与NAD+增加相关的心血管功能和脂质代谢，表明在此剂量水平上患者的耐受性和安全性较好[39-40]。

6 总结与展望

NAD+在角膜疾病、青光眼、先天性黑矇、年龄相关性黄斑变性、糖尿病视网膜病变等多种眼科疾病动物模型中表现出的积极作用，为这些疾病的治疗提供了新思路，但其在眼科疾病中的具体机制及治疗价值依然有很多问题亟待解决。在治疗方面,将来的临床治疗需要高效、安全、特异性的NAD+补充剂,目前的研究多集中在实验动物模型,是否在灵长类及人类的眼科疾病中发挥同样的保护作用还需进一步的研究来证实。