介紹

β-煙酰胺單核苷酸[1,2]（nicotinamide mononucleotide，NMN）是動(dòng)物體內(nèi)NAD+代謝的中間產(chǎn)物，同時(shí)在飲食中也微量存在；相對(duì)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(yīng)，是最直接高效的前體物質(zhì)；從酵母到人類(lèi)都可利用該物質(zhì)進(jìn)行NAD+生物合成。目前許多研究表明補(bǔ)充β-煙酰胺單核苷酸對(duì)健康有益，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體試驗(yàn)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(guò)哺乳動(dòng)物NAD+生物合成限速酶NAMPT合成，NMN也可由NR通過(guò)NRK介導(dǎo)的磷酸化反應(yīng)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(guò)β-煙酰胺單核苷酸AT轉(zhuǎn)化為NAD+。在哺乳動(dòng)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(xì)胞核、高爾基體和線粒體中。Salvage途徑中NAD+消耗酶負(fù)責(zé)在發(fā)揮酶活性作用的同時(shí)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(jìn)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(huì)導(dǎo)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(huì)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(guò)一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NAAD后，最終都通過(guò)NADs轉(zhuǎn)化為NAD+（圖二）。

雖然NAMPT在細(xì)胞中具有NADs的作用，但其也在血清中被發(fā)現(xiàn)。細(xì)胞外形式的NAMPT(eNAMPT）由多種細(xì)胞分泌，包括成熟脂肪細(xì)胞、胰腺β細(xì)胞、肌細(xì)胞和肝細(xì)胞。據(jù)報(bào)道，細(xì)胞內(nèi)形態(tài)的NAMPT(iNampt）在正常營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下在細(xì)胞質(zhì)中被乙酰化。然而，一旦食物稀缺，iNAMPT就會(huì)被SIRT1去乙?；?，而提高其酶活性并促進(jìn)其分泌至胞外。有趣的是，脂肪細(xì)胞中NAMPT基因的缺失會(huì)降低下丘腦NAD+水平。同樣，通過(guò)中和抗體去除eNAMPT對(duì)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(yīng)β-煙酰胺單核苷酸。然而，另一項(xiàng)研究表明，eNAMPT不參與細(xì)胞外N M N的產(chǎn)生，因?yàn)檠獫{中生理濃度的N A M、AT P和PRPP不足以催化NAMPT。因此，eNAMPT在細(xì)胞外β-煙酰胺單核苷酸生成中的作用仍存在爭(zhēng)議。

圖二 β-煙酰胺單核苷酸的代謝生化途徑

細(xì)胞對(duì)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(guò)穩(wěn)定性同位素標(biāo)記NMN發(fā)現(xiàn)，NMN在細(xì)胞外被脫磷酸化為NR，而一項(xiàng)使用多種化學(xué)抑制劑的研究表明，NR是通過(guò)平衡核苷轉(zhuǎn)運(yùn)體（equilibrium nucleoside transporters，ENTs）進(jìn)入細(xì)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(shuō)明β-煙酰胺單核苷酸在口服進(jìn)入人體血液后可以在胞外轉(zhuǎn)化為NR，然后被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞，但也有一部分在轉(zhuǎn)化為NR后通過(guò)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(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)Slc12a8是β-煙酰胺單核苷酸特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，Slc12a8可直接跨質(zhì)膜運(yùn)輸β-煙酰胺單核苷酸，肝細(xì)胞中Slc12a8的缺失極大地降低了NMN在肝細(xì)胞中的直接吸收。Slc12a8在小腸中強(qiáng)烈表達(dá)，可能有助于NMN的口服攝取。因此，血漿中NMN可能有兩種進(jìn)入細(xì)胞的方式（圖2）：一種是通過(guò)細(xì)胞膜表面的CD73去磷酸化為NR，再通過(guò)ENTs進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，隨后再通過(guò)細(xì)胞質(zhì)NRK催化為β-煙酰胺單核苷酸，進(jìn)入線粒體被利用（線粒體無(wú)NRK）；另一種是直接通過(guò)Slc12a8特異性轉(zhuǎn)運(yùn)體直接進(jìn)入細(xì)胞。NMN的攝取途徑可能因組織類(lèi)型而異。因此，有必要進(jìn)一步研究不同組織和/或細(xì)胞對(duì)β-煙酰胺單核苷酸的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)模式。

圖三 β-煙酰胺單核苷酸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的不同途徑

生理應(yīng)用

β-煙酰胺單核苷酸提升組織NAD+水平

許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，長(zhǎng)期規(guī)律性地補(bǔ)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(dòng)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(dǎo)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(bǔ)充實(shí)驗(yàn)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(bǔ)充的β-煙酰胺單核苷酸可以迅速被機(jī)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(huì)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(xì)胞對(duì)機(jī)體NAD+水平下降和β-煙酰胺單核苷酸干預(yù)非常敏感，補(bǔ)充β-煙酰胺單核苷酸可以顯著增強(qiáng)胰腺β細(xì)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(dǎo)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(xì)胞特異性NAMPT敲除小鼠（ANKO）中，口服NMN也會(huì)增強(qiáng)脂肪組織NAD+生物合成和SIRT1活性，并使嚴(yán)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(zhǎng)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(yán)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(diǎn)，胰島素抵抗是2型糖尿病和心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素。

給藥β-煙酰胺單核苷酸還可通過(guò)增加能量消耗，部分抑制高脂飲食小鼠的體質(zhì)量增加，長(zhǎng)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(dòng)，使得衰老過(guò)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(jī)制包括，恢復(fù)NAD+生物合成、增強(qiáng)SIRT1活性、緩解炎癥與氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律相關(guān)的基因表達(dá)，增強(qiáng)機(jī)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(guò)增加全身能量消耗促進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)而發(fā)生的基因表達(dá)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(jī)體能量消耗，改善糖耐量。

補(bǔ)充N(xiāo)MN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(xì)胞中，添加β-煙酰胺單核苷酸可以增加其N(xiāo)AD+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(qiáng)和卵母細(xì)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(duì)腦功能產(chǎn)生類(lèi)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(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組學(xué)變化有關(guān)[9]。

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