A NAD + anyagcsere mint az anyagcsere-egészség célpontja: megtaláltuk-e az ezüstgolyót?

Absztrakt

A NAD + az 1900-as évek elején történt felfedezése óta számos alkalommal belement és divatba került a tudományos közösségben. Az elmúlt évtizedben a NAD + potenciális célpontként jelent meg az anyagcserezavarok és a sirtuin (SIRT) enzimek által közvetített mitokondriális diszfunkció elleni küzdelemben. A NAD +/SIRT tengely jótékony metabolikus hatásai fokozott érdeklődést váltottak ki a NAD + iránt, mint az energia-anyagcsere fokozója. Ennek eredményeként számtalan publikáció foglalkozott a NAD + anyagcseréjével, a munka nagy részét in vitro modellek felhasználásával végezték, az in vivo munka pedig jórészt az Caenorhabditis elegans és rágcsálók. Az emberi beavatkozási kísérletek viszont szűkösek. Jelen áttekintés célja, hogy áttekintést adjon a NAD + anyagcseréjének emberben történő befolyásolásának korszerűségéről, és megalapozza ennek az izgalmas területnek a jövőjét.

Bevezetés

Az elmúlt években hatalmas erőfeszítéseket tettek az anyagcserezavarok és a mitokondriális diszfunkció leküzdésére irányuló megközelítések azonosítására, például az öregedésben [1] és a 2-es típusú diabetes mellitusban [2, 3], a sirtuin (SIRT) enzimcsalád kifejezett célzása révén. [4]. A SIRT-ek NAD + -függő dezacetilező enzimek, amelyek szabályozzák a sejtek anyagcseréjét [5]. A mai napig hét emlős SIRT enzimet (SIRT1–7) azonosítottak, amelyek mindegyikének megvan a maga jellemző szöveti és szubcelluláris rekesz-expressziója, enzimaktivitása és célpontjai. Kérjük az olvasókat Houtkooper et al. [6] -hoz, hogy átfogó áttekintést nyújtsanak a SIRT-ekről.

Számos SIRT-célzási stratégiát vezettek be, amelyek bemutatják a SIRT-aktiválás metabolikus előnyeit. Egerekben a SIRT1 funkciógyarapodási mutáció olyan metabolikus profilt váltott ki, amely megvédte az inzulinrezisztens cukorbetegséget azáltal, hogy növeli a máj inzulinérzékenységét, a máj glükóz toleranciáját és az általános metabolikus hatékonyságot [7, 8]. Ezenkívül egy javasolt SIRT1 aktivátor, az SRT1720, fokozta a mitokondriális légzést és javította az inzulinérzékenységet [9], utánozva a magas zsírtartalmú étrenddel (HFD) szemben kihívott egereknél a kalóriakorlátozással [10] megfigyelt jelátviteli profilt. A resveratrol, egy AMP-aktivált protein-kináz (AMPK) -aktiváló polifenol, amely aktiválja a SIRT1-et, javította a vázizom mitokondriális funkcióját egészséges elhízott férfiaknál, 2-es típusú cukorbetegségben szenvedőknél és 2-es típusú cukorbetegek első fokú rokonainál, bár a megfigyelt az anyagcsere-egészségügyi hatások következetlenek [11, 12]. Ezek a tanulmányok együttesen azt jelzik, hogy a SIRT aktiválása elősegíti az anyagcsere egészségét.

Miért NAD + ?

A SIRT aktiválásához a NAD + biohasznosulásának befolyásolásának koncepcióját nemrégiben javasolták az emberek anyagcserezavarainak és mitokondriális diszfunkciójának leküzdésére [13, 14]. Ezt alátámasztják azok a jelentések, amelyek szerint a csökkent NAD + biohasznosulás hozzájárul az anyagcserezavarokhoz az öregedő egerekben [15, 16] és az emberekben [17, 18], valamint a 2-es típusú diabetes mellitus rágcsáló modelljében is [16]. A SIRT-k a NAD + fontos fogyasztói, és ettől a sebességkorlátozó szubsztráttól függenek, hogy metabolikus érzékelőként működjenek, reagálva a rendelkezésre álló NAD szintjére + .

A NAD + metabolizmusának összefoglalása. A NAD + szintetizálható a Trp-ből a de novo bioszintézis útján keresztül a májban és a vesében. A nikotinsav (közismertebb nevén B3-vitamin) a Preiss – Handler útvonalon keresztül jut be a NAD + medencébe, míg a nikotinamid, a nikotinamid-ribozid és az NMN (újra) a mentési úton keresztül jut be a NAD + medencébe. A NAD + -ot a SIRT, a CD38 és a PARP enzimek fogyasztják, és nikotinamidot termelnek, amely a NAD + prekurzorok csoportjába kerül, hogy újra szintetizálhasson a NAD + -ba. Szaggatott nyíl, a NAD + mozgása a NAD + készleten belül. NA, nikotinsav; NAAD, nikotinsav-adenin-dinukleotid; NAM, nikotinamid; NR, nikotinamid-ribozid. Ez az ábra letölthető diák részeként érhető el

NAD + fellendítő stratégiák: preklinikai bizonyítékok

A testmozgás és a kalória-korlátozás nikotinamid-foszforibozil-transzferáz expressziót indukál AMPK-n keresztül

A testmozgás és a kalória-korlátozás közös nevezőben van, mivel befolyásolják az AMPK aktivitását, amely modulálni tudja a NAD + biohasznosulását (2. ábra). Ennek alátámasztása érdekében az AMPK aktiváció a C2C12 myocsőben növeli a sejtek NAD + szintjét, és ezáltal aktiválja a SIRT1-et és az azt követő PGC-1α-függő mitokondriális és lipid anyagcsere szabályozását [28]. A sejt megnövekedett energiaigénye, például edzés közben aktiválja az AMPK-t. Ezt szem előtt tartva kimutatták, hogy a testmozgás indukálja a nikotinamid-foszforibozil-transzferáz (NAMPT), a sebességet korlátozó enzim, amely a nikotinamidot NAD + -vá alakítja [29], ezáltal növelve a NAD + biohasznosulását [30, 31]. A NAMPT expresszió AMPK-n keresztüli indukcióját mechanikus adaptációnak vetik alá mind a testmozgásból, mind a kalóriakorlátozásból eredő metabolikus stresszhez [32,33,34]. Sőt, a patkányokon végzett gyakorlat bebizonyította, hogy a NAD + de novo bioszintézisét indukálja l-triptofánból (Trp), ami végül növeli a NAD + biohasznosulását [35].

A NAD +/SIRT tengely aktiválásának hatása a NAD + biohasznosulásának növelésével. Számos megközelítés alkalmazható a NAD + biohasznosulásának növelésére, beleértve a testmozgást, a kalória korlátozást, az étrend-kiegészítést és a NAD + fogyasztás gátlását. Ezek a változások pozitívan befolyásolják a SIRT aktiválását és az azt követő PGC-1α és FOXO1 expressziót, mitokondriális változásokat és ennek következtében metabolikus adaptációkat eredményeznek. CD38i, CD38 inhibitor; FOXO1, villásfejű fehérje O1; NAM, nikotinamid; PARPi, PARP inhibitor. Ez az ábra letölthető diák részeként érhető el

A NAD + prekurzorok növelik a NAD + biohasznosulását és aktiválják a SIRT-ket

Különböző kutatócsoportok tartós SIRT-aktiválást folytattak az endogén NAD + biohasznosulás növekedése révén. Preklinikai kutatások az öregedéssel vagy a HFD-vel támadott egerekben kimutatták, hogy a NAD + szintjének növelése NAD + prekurzorokkal, például nikotinamid-mononukleotiddal (NMN) vagy nikotinamid-riboziddal történő kiegészítéssel, enyhíti az izomerő korhoz kapcsolódó csökkenését [1, 36], növeli az élettartamot és egészségügy [36]. Ezenkívül az NAD + prekurzorokkal kiegészített HFD-vel táplált egerekben fokozódik az oxidatív anyagcsere és a SIRT1 és SIRT3 aktiválása [26]. Idős egerekben a NAD + prekurzor pótlás helyreállította az artériás SIRT1 aktivitást is, amely javult érfunkcióval és csökkent aorta merevséggel járt [37]. Ezek az eredmények bemutatják a NAD + biohasznosulásának és az azt követő SIRT-aktiválás megváltoztatásának megvalósíthatóságát.

Pontosabban, a HFD-vel táplált egerekben a NAD + prekurzor NMN exogén beadása bizonyítottan életképes módszer az endogén NAD + biohasznosulás növelésére és a SIRT1 aktivitás kiváltására, ezáltal csillapítva a HFD hatásait, javítva a glükóz toleranciát és a máj inzulinérzékenységét. [16]. Megállapították, hogy az NMN hosszú távú beadása enyhíti az energia-anyagcsere, az inzulinérzékenység és a lipid-anyagcsere életkorral összefüggő csökkenését is [36]. Hasonlóképpen a HFD-vel fertőzött egerek kiegészítése nikotinamid-riboziddal (egy másik NAD + prekurzor) szintén javította a máj inzulinérzékenységét [26]. Ezenkívül javított glükóztolerancia és lipidprofil volt megfigyelhető az életkor által kiváltott 2-es típusú cukorbetegség egérmodelljeiben NMN-kiegészítés után [16].

A NAD + prekurzorokat, a nikotinsavat és a nikotinamidot szintén alkalmazták a HFD-vel fertőzött egerek kiegészítésére, növelve a máj NAD + szintjét és javítva a glükóz toleranciát. Egy tanulmányban a nikotinamid a NAD + hatékonyabb emlékeztetőjének bizonyult, mint a nikotinsav, mivel azt is kimutatták, hogy specifikusan megváltoztatja a SIRT1, SIRT2 és SIRT6 expresszióját [38]. Végül az Acipimox, egy szintetikus nikotinsav-analóg, kimutatták, hogy emeli a NAD + -ot a C2C12 myocsőben [39].

Ezek a preklinikai adatok együttesen azt sugallják, hogy a NAD + prekurzorok étrend-kiegészítése növelheti a NAD + szintjét és kedvezően befolyásolhatja az anyagcsere egészségét.

A NADázok gátlása növeli a NAD + biohasznosulását és a SIRT1 aktivitást

A preklinikai kutatások olyan vegyületeket tártak fel, amelyek képesek gátolni a NADázok CD38 [40] és a poli (ADP-ribóz) polimeráz-1 (PARP-1), csökkentve a közös szubsztrátumukért folytatott enzimatikus versenyt, például csökkentve a NAD + -kötő képességüket, és ezáltal fokozza a SIRT1 aktivitást (2. ábra). Ezt a gondolatmenetet követve a PARP-1 aktivitás csökkenése egybeesik a SIRT aktivitás és a férgek [41] és az egerek [27] NAD + szintjének emelkedésével, PARP-1 -/- egerek karcsúbb fenotípust mutatnak, nagyobb energiafelhasználással, mint a PARP-1 +/ + egerek. Ennek megfelelően a vázizomzatban a PARP-1 gátló által kiváltott SIRT1 aktivitás növekedést javított mitokondriális funkció, fokozott energiafelhasználás és állóképességi teljesítmény [42]. Az endoteliális progenitor sejtekben a PARP-1 gátlás megőrizte a sejtek NAD + tartalmát is [43]. Hasonlóképpen, Cd38 a knockout egerek NAD + szintje megemelkedett, és védettek a HFD által kiváltott metabolikus rugalmatlanság ellen [44]. Ezenkívül az apigenin, a kvercetin [45] és a 78c [46] vegyületekről kimutatták, hogy a CD38 gátlásával fokozzák a NAD + szintet és az SIRT1 aktivitást.

Hogyan lehet fokozni a NAD + alkalmazását az emberekben?

A NAD + biohasznosulásának növelése testmozgás és kalóriakorlátozás révén

A rendszeres testmozgás és a kalória-korlátozás közismerten javítja az anyagcsere-egészséget az embereknél [47]. Az inzulinérzékenység, az anyagcsere-rugalmasság és a mitokondriális funkció javítása mellett a testmozgás is szabályozza a NAMPT expresszióját az emberi vázizomzatban [48] (2. ábra). Az állóképességgel edzett sportolóknak kétszer magasabb a NAMPT expressziója a vázizomzatban, mint a mozgásszegény elhízott, nem elhízott és 2-es típusú cukorbetegek kiindulási szintjében. A 3 hetes edzés után a nem elhízott csoport megemelte a NAMPT expressziót a kiindulási értékhez képest. A NAMPT szintek pozitívan korreláltak a PGC-1α expresszióval, a mitokondriális tartalommal, a vázizomzatban a maximális mitokondriális ATP szintézissel és az összes maximális aerob kapacitással [48]. Ezzel egyidejűleg a vázizomzat megnövekedett SIRT3-tartalmáról és a PGC-1α expresszióról számoltak be olyan férfiaknál, akik a kiinduláskor ülő mozgáshiányban szenvedtek 12 hetes aerob testmozgás után [49]. Egy 6 hetes egylábas állóképességi edzés során a NAMPT fehérje szintje csak az edzett lábon nőtt a képzetlen lábhoz képest [34], ami tovább támogatja a NAD +/SIRT tengely mozgás és NAMPT indukció útján történő aktiválásának paradigmáját.

NAD + prekurzorok kiegészítése

Emberi étrend szempontjából a Trp, a nikotinsav, a nikotinamid és a nikotinamid-ribozid a domináns NAD + prekurzorok, amelyeket jelenleg használnak az intervenciós vizsgálatokban, a nikotinamid-ribozid pedig az étrendi NAD + prekurzorok sorozatának legújabb kiegészítése (1. ábra). A NAD + prekurzorok mindegyikével végzett kezelés hatékonyságát és biztonságosságát az alábbiakban részletesen tárgyaljuk.

Nikotinamid

A 0. és 1. fázisú vizsgálatok igazolták a nikotinamid toleranciáját és biztonságosságát napi 3,5 g-os farmakológiai dózisokban [52,53,54,55,3,0.CO; 2-H "href ="/cikk/10.1007/s00125-019- 4831-3 # ref-CR56 "> 56] és legfeljebb 6 g-os egyszeri adagok [57,58,59]. Ennek feletti dózisok esetén azonban a nikotinamid hepatotoxikussá válhat [60].

Nikotinsav és Acipimox

A nikotinsav a leghatékonyabb farmakológiai gyógyszer, amely elérhető a HDL-koleszterin szintjének emelésére, valamint az összkoleszterin, az LDL-koleszterin és a triacil-glicerin szintjének csökkentésére, ezáltal csökkentve a felhasználó általános kardiovaszkuláris kockázati profilját [61]. A nikotinsav azonban emelheti a plazma glükózszintjét azáltal, hogy inzulinrezisztenciát indukál a keringő NEFA-k visszapattanó növekedését követően [62]. Ez kihívást jelent, ha diszlipidémia esetén a nikotinsavat terápiában (a sztatin kiegészítéseként) alkalmazzák csökkent glükóztoleranciában, rosszul éhgyomri glükózban vagy 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő egyéneknél, egyrészt csökkentve az általános kardiovaszkuláris betegségek kockázatát, másrészt pedig a glikémiás kontrollt a másik. A hipoglikémia súlyosbodása a nikotinsav használatával valószínűleg további terápiás finomhangolást igényel, amelyet egyéni szinten kell végrehajtani a glikémiás kontroll fenntartása érdekében. Alternatív megoldásként a nikotinsav dózisának csökkentése javíthatja a glikémiás kontrollt, azonban ehhez szükség lehet a lipidprofil kölcsönös kompromisszumának elfogadására, vagy meg kell kezdeni a további terápiát.

A NADH-kiegészítést az emberek NAD + szintjének emelésére is alkalmazták. Egy kis vizsgálatban 80 krónikus fáradtság szindrómában szenvedő felnőtt kapott napi 20 mg NADH-dózist 200 mg Q10 koenzimmel kombinálva, és összehasonlították őket placebóval kezelt egyénekkel [68, 69]. A beavatkozás javította a jelentett fáradtságot [68] és megnövelte a maximális pulzusszámot 8 hetes kezelés után [69], de nem változtatta meg a testsúlyt és a vérnyomást. Ezenkívül a perifériás vér mononukleáris sejtekben (PBMC) a beavatkozás jelentősen csökkentette a NAD + szintet és megemelte a NADH szintet, ezáltal jelentősen csökkentette a NAD +/NADH arányt a kiindulási értékhez képest. Továbbá az ATP-tartalom és a citrát-szintáz aktivitás jelentősen megnőtt a PBMC-kben [68]. Sajnos nem lehet megkülönböztetni, hogy a megfigyelt eredményeket kizárólag NADH-kiegészítésnek tulajdonították-e, figyelembe véve a Q10 koenzim együttes alkalmazását ebben a vizsgálatban.

Nikotinamid-ribozid

A nikotinsavval ellentétben a nikotinamid-ribozid nem vazoaktív és nem okoz kipirulást [70], ezáltal legyőzve a nikotinsav-kiegészítés egyik káros hatását. Egy nemrégiben közzétett, placebo-kontrollos, kettős-vak, randomizált, 1. fázisú crossover vizsgálatban 1000 mg nikotinamid-ribozid napi adagját 6 héten át jól tolerálták, és a nemkívánatos események nem voltak gyakoribbak, mint a placebo csoportban [ 71]. Ezek az eredmények megerősítik az előző 1. fázisú vizsgálatokat [72,73,74]. Ezenkívül a nikotinsav-adenin-dinukleotidot (NAAD) megbízható és érzékeny biomarkerként megerősítették a nikotinamid-ribozid-kiegészítést követő NAD + -szintek változásainak értékelésére [72].

A napi nikotinamid-ribozid 2000 mg-ig történő pótlása hatékonyan növelheti a vér NAD + szintjét, magasabb alapállapot-koncentrációt érhet el a kiindulási értékhez képest [73]. Ezzel egy időben egy újabb kutatás kimutatta, hogy a nikotinamid-ribozid-kiegészítés a

60% PBMC-kben. Ebben a vizsgálatban egészséges, középkorú és idősebb felnőtteknél tesztelték a nikotinamid-ribozid kiegészítés hat hetes hatását a placebóval szemben. Megállapították azt is, hogy a nikotinamid-ribozid 6 hetes kiegészítése általában javította a szisztolés vérnyomást és a pulzus-hullám sebességét, mindkettő a szív- és érrendszeri egészség markere [71]. A nikotinamid-ribozid kiegészítésnek azonban nem volt hatása a fizikai teljesítmény kimenetelére, például a 4 méteres vagy 6 perces sétatesztre, a markolat erősségére vagy a maximális nyomatékra. Ráadásul az anyagcsere-változók, mint például a futópad kimerülési tesztje során a \ (\ dot> _> \), a légzéscsere aránya és az IVGTT által értékelt inzulinérzékenység, nem különböztek csoportok között. Ezekből a megállapításokból arra a következtetésre jutottak, hogy a hosszú távú nikotinamid-ribozid-kiegészítés életképes stratégia az emberekben a NAD + fokozására, és potenciálisan kardiovaszkuláris előnyökkel jár, amelyek további kutatásokat igényelnek nagyobb vizsgálatokban.

Triptofán

Egy másik étrendi NAD + prekurzor, a Trp, esszenciális aminosav, és a májban és a vesékben végzett de novo bioszintézis révén metabolizálódik NAD + -ként [20]. Ez az út kritikus fontosságú a NAD + készlet fenntartása szempontjából, annak ellenére, hogy a Trp és a NAD + közötti konverziós arány alacsony az embereknél, átlagosan 60: 1 [78]. Ennek ellenére a Trp-t képesnek tartják kielégíteni a NAD + metabolizmusának metabolikus igényeit nikotinsav- és nikotinamid-hiányos étrendben, és nagy adagokban, 30-50 mg/testtömeg-kg között jól tolerálható, az álmosságtól/álmosságtól eltekintve [79].

Nemrégiben a magasabb keringő Trp-szinteket azonosították a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásának prediktív markerként egy nagy leendő kínai kohorszban [80]. Mindazonáltal mind a mai napig nem állnak rendelkezésre olyan étrend-kiegészítő tanulmányok, amelyek közvetlenül felmérnék, hogy a NAD + növelése a Trp-n keresztül metabolikusan hasznos lehet-e az emberekben.

A NAD + fogyasztók gátlása

A CD38 és a PARP-1 gátlását magában foglaló farmakológiai stratégiák hátránya az eredeti tervezett terápiás alkalmazás malignus daganatokban [81, 82]. Mint ilyen, emberen nem végeztek olyan klinikai vizsgálatokat a PARP-1 vagy CD38 inhibitorokkal, amelyek a metabolikus változók javítására összpontosítanának. Ez azonban nem jelenti azt, hogy ezt a stratégiát teljesen el kellene hagyni, mivel a NAD + fogyasztók gátlásának elméleti metabolikus előnyeinek kiaknázása érdekében megvalósítható életképes megoldás megfelelő időben megjelenhet, lehetővé téve számunkra, hogy felmérjük hatékonyságukat a klinikai vizsgálatokban.

A jövő perspektívája

Jelenleg számos olyan klinikai vizsgálat van folyamatban (1. táblázat), amelyek során a NAD + prekurzor kiegészítést alkalmazzák az anyagcsere-egészségi változók (gyakran zavart) javítására. Az elkövetkező évek bebizonyítják, hogy a preklinikai vizsgálatokban megfigyelt ígéretes eredmények valóban képesek-e emberi fordítást találni.