Резюме

NAD + влиза и излиза от мода в научната общност няколко пъти след откриването си в началото на 1900-те. През последното десетилетие NAD + се очерта като потенциална цел за борба с метаболитните нарушения и митохондриалната дисфункция, която се медиира чрез сиртуинови (SIRT) ензими. Полезните метаболитни ефекти на оста NAD +/SIRT предизвикаха повишен интерес към NAD + като подобрител на енергийния метаболизъм. В резултат на това безброй публикации са фокусирани върху метаболизма на NAD +, като по-голямата част от работата е извършена с помощта на in vitro модели, а работата in vivo до голяма степен се състои от интервенции в Caenorhabditis elegans и гризачи. Опитите за човешка намеса, от друга страна, са оскъдни. Целта на този преглед е да предостави преглед на състоянието на техниката за въздействие върху метаболизма на NAD + при хората и да постави началото на бъдещето на това вълнуващо поле.

метаболизмът

Въведение

През последните години бяха положени огромни усилия за идентифициране на подходи за борба с метаболитните нарушения и митохондриалната дисфункция, като тези, наблюдавани при стареене [1] и захарен диабет тип 2 [2, 3], като се насочи специално към семейството на ентусит сиртуин (SIRT) [4]. SIRTs са NAD + -зависими деацетилиращи ензими, които регулират клетъчния метаболизъм [5]. Към днешна дата са идентифицирани седем ензима SIRT на бозайници (SIRT1–7), всеки от които има своя характерна експресия на тъкан и субклетъчно отделение, ензимна активност и цели. Любезно насочваме читателите към Houtkooper et al [6] за изчерпателен преглед на SIRT.

Бяха внедрени няколко стратегии за насочване SIRT, демонстриращи метаболитните ползи от активирането на SIRT. При мишки SIRT1 мутацията за повишаване на функцията предизвиква метаболитен профил, който предпазва от инсулиноустойчив диабет чрез повишаване на чернодробната инсулинова чувствителност, чернодробния толеранс към глюкозата и общата метаболитна ефективност [7, 8]. Нещо повече, предложен активатор на SIRT1, SRT1720, повишено митохондриално дишане и подобрена инсулинова чувствителност [9], имитирайки сигналния профил, наблюдаван с калорични ограничения [10] при мишки с високо съдържание на мазнини (HFD). Ресвератрол, активиращ AMP протеин киназа (AMPK), активиращ полифенол, който активира SIRT1, подобрява митохондриалната функция на скелетните мускули при здрави мъже със затлъстяване, при лица с диабет тип 2 и при роднини от първа степен на тези с диабет тип 2, въпреки че наблюдаваното метаболитните ефекти върху здравето са противоречиви [11, 12]. Заедно тези проучвания показват, че активирането на SIRT насърчава метаболитното здраве.

Защо NAD + ?

Концепцията за влияние върху бионаличността на NAD + за активиране на SIRTs наскоро беше предложена за борба с метаболитните нарушения и митохондриалната дисфункция при хората [13, 14]. Това се подкрепя от доклади, че намалената бионаличност на NAD + допринася за метаболитни нарушения при застаряващи мишки [15, 16] и хора [17, 18], а също и при модел на гризачи на захарен диабет тип 2 [16]. SIRT са важни потребители на NAD + и зависят от този ограничаващ скоростта субстрат, за да действа като метаболитни сензори, отговаряйки на нивото на наличния NAD + .

Обобщение на метаболизма на NAD +. NAD + може да се синтезира от Trp чрез пътя на биосинтеза de novo в черния дроб и бъбреците. Никотиновата киселина (по-известна като витамин В3) навлиза в басейна NAD + по пътя на Preiss – Handler, докато никотинамид, никотинамид рибозид и NMN (повторно) навлизат в басейна NAD + през спасителния път. NAD + се консумира от ензимите SIRT, CD38 и PARP, произвеждайки никотинамид, който влиза в пула от NAD + прекурсори за ресинтеза в NAD +. Пунктирана стрелка, движение на NAD + в рамките на NAD + басейна. NA, никотинова киселина; NAAD, аденин динуклеотид на никотинова киселина; NAM, никотинамид; NR, никотинамид рибозид. Тази цифра е достъпна като част от изтегляне Slideset

NAD + стимулиращи стратегии: предклинични доказателства

Упражненията и ограничаването на калориите предизвикват експресия на никотинамид фосфорибозилтрансфераза чрез AMPK

Упражненията и ограничаването на калориите имат общ знаменател, тъй като влияят на активността на AMPK, която може да модулира NAD + бионаличността (фиг. 2). За да подкрепи това, активирането на AMPK в миотръбите C2C12 увеличава клетъчните нива на NAD + и от своя страна активира SIRT1 и последващото PGC-1α-зависимо регулиране на митохондриалния и липидния метаболизъм [28]. Повишеното търсене на енергия от клетката, например по време на тренировка, активира AMPK. С оглед на това беше показано, че упражненията индуцират експресията на никотинамид фосфорибозилтрансфераза (NAMPT), ограничаващ скоростта ензим, който превръща никотинамид в NAD + [29], като по този начин увеличава NAD + бионаличността [30, 31]. Индукцията на експресия на NAMPT чрез AMPK се предполага, че е механистична адаптация към метаболитния стрес, произтичащ както от физическо натоварване, така и от ограничаване на калориите [32,33,34]. Освен това е доказано, че упражненията при плъхове индуцират de novo биосинтез на NAD + от l-триптофан (Trp), в крайна сметка увеличавайки бионаличността на NAD + [35].

Ефект от активирането на оста NAD +/SIRT чрез увеличаване на бионаличността NAD +. Няколко подхода могат да се използват за увеличаване на NAD + бионаличността, включително упражнения, калорични ограничения, хранителни добавки и инхибиране на консумацията на NAD +. Тези промени влияят положително върху активирането на SIRT и последващата експресия на PGC-1α и FOXO1, което води до митохондриални промени и, като следствие, метаболитни адаптации. CD38i, CD38 инхибитор; FOXO1, виличен протеин O1; NAM, никотинамид; PARPi, PARP инхибитор. Тази цифра е достъпна като част от изтегляне Slideset

Предшествениците на NAD + увеличават бионаличността на NAD + и активират SIRT

Различни изследователски групи преследват устойчиво активиране на SIRT чрез увеличаване на ендогенната NAD + бионаличност. Предклинични изследвания при мишки, застаряващи с HFD, показват, че повишаването на нивата на NAD + чрез добавяне на прекурсори NAD +, като никотинамид мононуклеотид (NMN) или никотинамид рибозид, намалява свързания с възрастта спад на мускулната сила [1, 36], увеличава продължителността на живота и здравеопазване [36]. В допълнение, окислителният метаболизъм и активирането на SIRT1 и SIRT3 се засилват при HFD-хранени мишки, допълнени с NAD + прекурсори [26]. При възрастни мишки добавката NAD + прекурсор също възстановява артериалната активност на SIRT1, което е свързано с подобрена съдова функция и намалена скованост на аортата [37]. Тези открития показват възможността за промяна на бионаличността на NAD + и последващо активиране на SIRT.

По-конкретно, при мишки, хранени с HFD, е доказано, че екзогенното приложение на NAD + предшественик NMN е жизнеспособен метод за увеличаване на ендогенната NAD + бионаличност и индуциране на активност SIRT1, като по този начин отслабва ефектите на HFD и подобрява глюкозния толеранс и чувствителността към чернодробния инсулин [16]. Установено е също, че дългосрочното приложение на NMN смекчава свързания с възрастта спад в енергийния метаболизъм, инсулиновата чувствителност и липидния метаболизъм [36]. По същия начин, добавянето на мишки, предизвикани от HFD, с никотинамид рибозид (друг NAD + предшественик), също подобрява чувствителността на чернодробния инсулин [26]. Освен това, подобрен глюкозен толеранс и липиден профил са наблюдавани при миши модели на индуциран от възрастта диабет тип 2 при добавяне на NMN [16].

Предшествениците NAD +, никотинова киселина и никотинамид, също са били използвани за допълване на мишки, предизвикани от HFD, повишаване на нивата на NAD + в черния дроб и подобряване на глюкозния толеранс. В едно проучване никотинамидът се оказа по-мощен ускорител на NAD + от никотиновата киселина, тъй като беше установено също, че променя специфично експресията на SIRT1, SIRT2 и SIRT6 [38]. И накрая, Acipimox, синтетичен аналог на никотинова киселина, е показал, че повишава NAD + в миотръби C2C12 [39].

Заедно тези предклинични данни предполагат, че хранителните добавки на прекурсори NAD + могат да увеличат нивата на NAD + и да повлияят благоприятно на метаболитното здраве.

Инхибирането на NADases увеличава NAD + бионаличността и активността на SIRT1

Предклиничните изследвания са изследвали съединения, които могат да инхибират NADases CD38 [40] и поли (ADP-рибоза) полимераза-1 (PARP-1), намалявайки ензимната конкуренция за техния споделен субстрат, например чрез намаляване на способността им да свързват NAD +, и по този начин засилване на активността на SIRT1 (фиг. 2). Следвайки този ред на мисли, намаляването на активността на PARP-1 съвпада с повишаване на активността на SIRT и нивата на NAD + при червеи [41] и мишки [27], с PARP-1 -/- мишки, показващи по-слаб фенотип с по-високи енергийни разходи в сравнение с PARP-1 +/ + мишки. В съответствие с това, в скелетните мускули, индуцираното от инхибитора на PARP-1 повишаване на активността на SIRT1 се придружава от подобрена митохондриална функция, повишен разход на енергия и издръжливост [42]. В ендотелните прогениторни клетки инхибирането на PARP-1 също запазва клетъчното съдържание на NAD + [43]. по същия начин, Cd38 нокаутиращите мишки имат повишени нива на NAD + и са защитени срещу HFD-индуцирана метаболитна гъвкавост [44]. Освен това, всички съединения апигенин, кверцетин [45] и 78c [46] са показали, че подобряват нивата на NAD + и активността на SIRT1 чрез инхибиране на CD38.

Как да стимулираме NAD + при хората?

Повишаване на NAD + бионаличността чрез упражнения и ограничаване на калориите

Редовното упражнение и ограничаването на калориите са добре известни, че подобряват метаболитното здраве при хората [47]. Наред с подобряването на инсулиновата чувствителност, метаболитната гъвкавост и митохондриалната функция, упражненията също регулират експресията на NAMPT в скелетните мускули на човека [48] (Фиг. 2). Тренираните за издръжливост спортисти имат двойно по-висока експресия на NAMPT в скелетните мускули в сравнение с изходните нива при заседнали затлъстели, не-затлъстели и диабетици тип 2. След завършване на 3-седмична тренировъчна интервенция, групата със затлъстяване показа повишена експресия на NAMPT спрямо изходното ниво. Нивата на NAMPT корелират положително с експресията на PGC-1α, митохондриалното съдържание, максималния синтез на митохондриален ATP в скелетните мускули и общия максимален аеробен капацитет [48]. Съответно, повишено съдържание на SIRT3 в скелетната мускулатура и експресия на PGC-1α се съобщава при мъже, които са били със затлъстяване със седящо състояние на изходно ниво след 12 седмична аеробна интервенция [49]. В 6-седмична интервенция за издръжливост с един крак, нивата на NAMPT протеин се повишават само в тренирания крак в сравнение с нетренирания крак [34], като допълнително подкрепят парадигмата за активиране на оста NAD +/SIRT чрез упражнения и индукция на NAMPT.

Допълнение на NAD + прекурсори

От човешка диетична гледна точка Trp, никотинова киселина, никотинамид и никотинамид рибозид са преобладаващите прекурсори NAD +, използвани в момента в интервенционни проучвания, като никотинамид рибозид е най-новото допълнение към диетата NAD + прекурсори (фиг. 1) Ефикасността и безопасността на лечението с всеки от тези прекурсори NAD + са разгледани по-подробно по-долу.

Никотинамид

Проучванията на фаза 0 и фаза 1 демонстрират толерантност и безопасност на никотинамид в дневни фармакологични дози до 3,5 g [52,53,54,55,3.0.CO; 2-H "href ="/article/10.1007/s00125-019- 4831-3 # ref-CR56 "> 56] и единични дози до 6 g [57,58,59]. При дози над това никотинамидът може да стане хепатотоксичен [60].

Никотинова киселина и Аципимокс

Никотиновата киселина е най-ефективното налично фармакологично лекарство за повишаване на HDL-холестерола и намаляване на общия холестерол, LDL-холестерол и триацилглицерол, като по този начин намалява общия профил на сърдечно-съдовия риск на потребителя [61]. Никотиновата киселина обаче може да повиши нивата на глюкоза в плазмата чрез индуциране на инсулинова резистентност след нарастване на циркулиращите NEFAs [62]. Това създава предизвикателство при използване на никотинова киселина като (добавка към статин) терапия за дислипидемия при лица с нарушен глюкозен толеранс, нарушена глюкоза на гладно или диабет тип 2, с намаляване на общия риск от сърдечно-съдови заболявания от една страна и компрометиран гликемичен контрол върху другият. Влошаването на хипергликемията с употребата на никотинова киселина вероятно би изисквало допълнителна терапевтична фина настройка, която да бъде приложена на индивидуално ниво за поддържане на гликемичния контрол. Алтернативно, намаляването на дозата на никотинова киселина може да подобри гликемичния контрол, но това може да изисква приемане на реципрочен компрометиране на липидния профил или започване на допълнителна терапия.

Добавката на NADH също се използва за повишаване на нивата на NAD + при хората. В малко проучване 80 възрастни със синдром на хронична умора са получавали дневни дози от 20 mg NADH, комбинирани с 200 mg коензим Q10 и са сравнявани с плацебо лекувани индивиди [68, 69]. Интервенцията подобрява докладваната умора [68] и увеличава максималния сърдечен ритъм след 8 седмици лечение [69], но не променя телесното тегло или кръвното налягане. Освен това, в мононуклеарните клетки на периферната кръв (PBMC), намесата значително намалява нивата на NAD + и повишава нивата на NADH, като по този начин значително намалява съотношението NAD +/NADH спрямо изходното ниво. Освен това, съдържанието на АТФ и цитрат-синтазната активност са значително увеличени в РВМС [68]. За съжаление не може да се разграничи дали наблюдаваните резултати се дължат единствено на добавките с NADH, като се има предвид едновременното приложение на коензим Q10 в това проучване.

Никотинамид рибозид

За разлика от никотиновата киселина, никотинамид рибозидът не е вазоактивен и не предизвиква зачервяване [70], като по този начин се преодолява един от неблагоприятните ефекти на добавянето на никотинова киселина. В наскоро публикувано плацебо-контролирано, двойно-сляпо, рандомизирано, кръстосано проучване фаза 1, беше доказано, че дневна доза от 1000 mg никотинамид рибозид в продължение на 6 седмици се понася добре и нежеланите събития не са по-чести, отколкото в плацебо рамото [ 71]. Тези констатации потвърждават предходните изпитвания фаза 1 [72,73,74]. Освен това аденин динуклеотидът на никотинова киселина (NAAD) е потвърден като надежден и чувствителен биомаркер за оценка на промените в нивата на NAD + след добавяне на никотинамид рибозид [72].

Ежедневното добавяне на никотинамид рибозид до 2000 mg може ефективно да повиши нивата на NAD + в кръвта, постигайки по-високи стабилни концентрации в сравнение с изходното ниво [73]. Съответно, по-скорошно проучване демонстрира, че добавянето на никотинамид рибозид повишава нивата на NAAD и NAD + с

60% в PBMC. В това проучване ефектът от 6 седмици добавяне на никотинамид рибозид спрямо плацебо е тестван при здрави възрастни на средна възраст и по-възрастни. Беше установено също така, че 6-седмичното добавяне на никотинамид рибозид има тенденция да подобрява систолното кръвно налягане и скоростта на пулсовите вълни, като и двете са маркери за сърдечно-съдовото здраве [71]. Въпреки това, не е открит ефект от добавянето на никотинамид рибозид върху резултатите от физическите показатели, като например тест на 4 метра или 6 минути ходене, сила на ръкохватката или максимален въртящ момент. Освен това метаболитните променливи, като \ (\ dot> _> \) по време на теста за изтощение на бягащата пътека, съотношението на дихателния обмен и инсулиновата чувствителност, оценени чрез IVGTT, не се различават между групите. От тези констатации се стигна до заключението, че дългосрочното добавяне на никотинамид рибозид е жизнеспособна стратегия за повишаване на NAD + при хората и потенциално има сърдечно-съдови ползи, които изискват по-нататъшно изследване в по-големи проучвания.

Триптофан

Друг хранителен предшественик NAD +, Trp, е незаменима аминокиселина и се метаболизира в NAD + чрез de novo биосинтеза в черния дроб и бъбреците [20]. Този път е критичен за поддържане на NAD + пула, въпреки че коефициентът на преобразуване на Trp към NAD + е нисък при хората, средно 60: 1 [78]. Независимо от това, Trp се счита способен да отговори на метаболитните нужди на метаболизма на NAD + при диети с дефицит на никотинова киселина и никотинамид и се понася добре при високи дози, между 30 и 50 mg/kg телесно тегло, освен сънливост/сънливост [79].

Наскоро по-високите нива на циркулиращ Trp бяха идентифицирани като предсказващ маркер за развитието на диабет тип 2 в голяма перспективна китайска кохорта [80]. Към днешна дата обаче няма налични проучвания за хранителни добавки, които директно да оценят дали повишаването на NAD + чрез Trp може да бъде метаболитно полезно при хората.

Инхибиране на потребителите на NAD +

Недостатъкът на фармакологичните стратегии, включващи инхибиране на CD38 и PARP-1, е първоначално предвидената терапевтична употреба при злокачествени заболявания [81, 82]. Като такива, не са провеждани клинични проучвания с PARP-1 или CD38 инхибитори, които да се фокусират върху подобряване на метаболитните променливи при хора. Това обаче не означава, че тази стратегия трябва да бъде изоставена изцяло, тъй като жизнеспособна работа, за да се използва теоретичната метаболитна полза от инхибирането на потребителите на NAD +, може да се появи своевременно, което ни позволява да оценим тяхната ефикасност в клинични изпитвания.

Бъдеща перспектива

В момента се провеждат редица клинични изпитвания (Таблица 1), при които добавките NAD + прекурсор се използват за подобряване (често нарушени) метаболитни здравни променливи. Следващите години ще докажат дали обещаващите резултати, наблюдавани в предклиничните изследвания, наистина могат да намерят човешки превод.