NAD+,人体内天然存在的辅酶I,全称:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,从新陈代谢到DNA修复,从调节细胞衰老到维持机体正常功能,NAD+都发挥着至关重要的作用,是生命体维持生命的必须分子之一。

  科学研究表明,同龄人在一起,如果一个人体内的NAD+含量比较充足,那么他的身体也会相对的要健康,但从精神状态方面看也显得比较的年轻,相反的NAD+不足的那个人,身体素质就显得较弱了,而且看起来也会比对方要衰老一些,这说明NAD+在体内含量的多少直接关系到人们的整体健康水平和精神状态。

  所以了解NAD+以及如何利用NAD+来达到健康衰老是科学家们研究的焦点问题。

获得诺贝尔奖学金NAD+研究的科学家
获得诺贝尔奖学金NAD+研究的科学家

  事实上,关于NAD+的研究早在1906年就已经开始了。

  1906年,英国生物化学家Arthur Harden和William John Young首先发现了NAD+分子,并牛奶和酵母代谢的过程中确定了NAD+的前体物质,即烟酰胺核糖(NR)、烟酰胺(NAM)和β-烟酰胺单核苷酸(NMN)等。

  NAD+的发现为20世纪初缓解糙皮病提供了新的选择,以至于在1931年,被美国公共卫生局医生约瑟夫·戈德伯格和康拉德·埃尔维赫姆称为是“预防因子”、“抗黑舌因子”,并批准NAD+为首批抗生素前体。

  此后几十年,亚瑟·科恩伯格(Arthur Kornberg)后来因证明 DNA和 RNA形成方式获得诺贝尔奖,并发现 NAD+合成酶,一种产生 NAD+的酶。这一研究是 NAD+构建模块的开端,即NAD+在人体内的有三个独立的代谢途径:Preiss-Handler途径、从头合成途径和补救合成途径。

  1、Preiss-Handler途径

  1957~1958年由Preiss及Hsndler发现,因此命名为Preiss-Handler途径。该途径从烟酸开始,经过烟酸磷酸核糖基转移酶(NAPRT)催化变成烟酸单核苷酸,经过NMNATI1~3酶的催化,变成烟酸腺嘌呤二核苷酸,然后再被催化成NAD+。

  2、从头合成途径

  该途径又叫犬尿氨酸途径。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、ACMS后变成喹啉酸,然后喹啉酸进入Preiss-Handler途径。色氨酸转成N-甲酰犬尿氨酸的IDO和TDO途径是从头合成途径的限制性步骤,ACMS也可以进入三羧酸循环。

  3、补救合成途径

  NAD+经过三个消耗途径(sirtuins,PARPs, and the cADPR )后变成烟酰胺,然后经过NAMPT催化后,变成NMN,NMN同样通过NMNAT1~3酶的催化转变成NAD+完成循环。有研究表明补救合成途径产生NAD+占人体NAD+总量的85%,补救合成途径中NAMPT酶是这个循环的限制步骤。NAD+的含量在这三个独立途径下保持平衡,补救合成途径是人体NAD+主要来源。NAD+会在一个75kg的成年人体内重复合成2~4次达到3g的水平。

  NAD+独立代谢途径的发现为科学家研究NAD+与衰老的进程打开了思路。20世纪60年代,法国科学家Pierre Chambon发现NAD+Poly ADP-核糖基化的过程,所分解的ADP-核糖与修复细胞的蛋白质相遇,对与调节DNA修复和激活长寿蛋白sirtuins活性具有积极意义

  sirtuins是一种被称作“长寿基因”和“基因组的守护者”,其活性的强弱会对新陈代谢和寿命长短有直接的影响,麻省理工学院的生物学家Leonard Guarente表示,依赖NAD+可以使sirtuins活性增强,能够使哺乳类动物寿命得到一定的延长。

NAD+在人体内的有三个独立的代谢途径
NAD+在人体内的有三个独立的代谢途径

  科学从未止步,在科学家们对NAD+的深入研究下,目前NAD+更多的功效已被解锁。

  一:催化产生95%以上生命活动所需的能量

  人体细胞中的线粒体是细胞的发电厂,辅酶I是线粒体中有氧氧化代谢三羧酸循环生成能量分子ATP的重要辅酶,其作为氢离子受体,将氢离子传递给氧,使人体所获得的三大类营养物质,糖、脂肪和蛋白质,通过三羧酸循环转化为人体所需的能量和其它代谢活动所需的物质。

  二:修复遗传基因(DNA)

  辅酶I(NAD+)作为底物被消耗生成基因修复酶PARP1,同时还可将被蛋白DBC1结合而失去活性的PARP1分离出来恢复活性,PARP1可将受损基因按照正常基因序列重新编码从而修复基因。

  三:抗衰老

  辅酶I(NAD+)维持细胞核与线粒体之间的化学通信,如果此通信减弱,将导致线粒体衰退,线粒体的衰退是细胞衰老的一个重要原因。另外辅酶I作为唯一底物被消耗而生成组蛋白去乙酰化酶Sirtuins,Sirtuins被称为长寿蛋白,其可将细胞代谢过程中不断增加的表观遗传学噪音消除,保持基因的正常表达,维持细胞的专职功能,减缓细胞演化为衰老细胞的过程。

  四:维持毛细血管的再生能力

  肌肉细胞运动时释放生长因子,毛细血管表皮细胞接收生长因子而加快生长,此过程依赖于辅酶I所生成的长寿蛋白Sirtuin1,年龄越大的人,辅酶I越少,锻炼刺激肌肉生长的效果也就越差。

  五:酒精代谢

  酒精代谢分为两步,首先转化为有毒的乙醛,再进一步分解为无害的乙酸,每一步都必须依靠辅酶I的催化。

  2013年,哈佛学院的David Sinclair教授还在一项小鼠实验中发现,通过补充NMN提升小鼠体内的NAD+水平,能够促进小鼠体内的线粒体功能恢复,并激活Sirtuins,使年老小鼠的寿命得以继续。

  在科学的加持下,NAD+及其前体NMN等在提升人们健康水平方面展现了巨大的潜力,科学家们也正在努力验证NAD+在人体健康方面可以走多远,我们实目以待。