尼克酰胺-N-甲基转移酶的研究进展

李座宇 麻 勇

1951年，尼克酰胺-N-甲基转移酶(nicotinamide N-methyltransferase, NNMT)被提纯出来并确定了其具有甲基化的功能，但具体的作用机制未明。最初对NNMT的研究多为其甲基化功能对脂肪细胞功能及能量代谢的影响。后续的研究发现NNMT在炎性反应、肿瘤形成等也具有重要作用，相关生物学效应成为了多个领域的研究热点。

NNMT编码基因位于第11号染色体，由2个内含子和3个外显子构成，全长16.5kb，转录生成的mRNA具有1579个碱基，编码的蛋白具有264个氨基酸。NNMT最重要的功能是以S-腺苷基甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)为甲基供体催化尼克酰胺(nicotinamide，NAM)的甲基化反应，生成S-腺苷-L-高半胱氨酸(s-adenosyl-l-homocysteine,SAH)和甲基尼克酰胺(N1-methylnicotinamide,MNA)。NNMT基因在肝脏中的表达最高，其次在脂肪组织(皮下及内脏)、动脉(主动脉和冠状动脉)、肌肉及间叶组织中高表达，在中枢神经系统和造血细胞中低表达。然而，NNMT基因在肝脏和脂肪组织中的表达也可受代谢状态的影响而发生大幅变化[1～3]。目前已知NNMT基因在癌细胞中的表达活性可受信号转导与转录激活子-3(signal transducer and activator of transcription-3，Stat3)、肝细胞核因子-1β(hepatocyte nuclear factor 1β，HNF-1β)等调节因子的调节，但其具体机制尚未阐明。

一、NNMT与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸代谢

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)最重要的功能是为线粒体复合体Ⅰ提供电子以及调节多种氧化还原反应酶的功能，也可以和去乙酰化酶、聚-ADP-核糖基转移酶共同参与脱乙酰作用及ADP-核糖基化反应，从而调节多种代谢过程[4, 5]。研究NNMT的实验中的最佳底物是NAM，NAM是生成NAD+的前体，因此理论上NNMT甲基化NAM的过程可影响NAD+依赖性酶的活性。但实验证实NNMT并不直接调节细胞内NAM及NAD+的量，降低活体小鼠NNMT基因的表达未引起NAM在肝脏及脂肪组织中堆积，也未引起肝细胞内NAD+量的改变，但是现在尚没有充足的证据解释这种现象[3, 6]。

二、NNMT与炎症

在小鼠和人类的炎症损伤中，组织中NNMT表达明显升高。例如伴有肌肉萎缩的COPD患者的肺组织及骨骼肌、营养不良患者的骨骼肌、刀豆球蛋白A引起的肝炎及肺动脉高压等[7，8]。在患有上述基础疾病的患者及实验模型中，炎性反应被认为是促进NNMT表达及活性增加的因素。在细胞水平的实验中，用IL-6、TNF-α或TGF-β刺激人骨骼肌成肌细胞，可导致NNMT表达升高。因此，NNMT及MNA在炎性反应中被认为是保护因素，但具体的保护机制仍待进一步研究[9]。

三、NNMT与氧化应激

有研究发现，用高浓度H2O2处理成肌细胞，NNMT的表达降低。若上调骨骼肌细胞NNMT的表达 ，则降低了蛋白质氧化和H2O2诱导的细胞死亡，从而证明了NNMT在骨骼肌细胞的氧化应激反应中起保护作用。

Tanaka等[10]用棕榈酸脂-白蛋白刺激肾小管上皮细胞并检测19种候选酶的mRNA表达情况，发现NNMT基因编码的mRNA表达水平最高，游离脂肪酸集合白蛋白刺激小鼠肾脏也产生同样的趋势，血浆检测发现NNMT的代谢物MNA也明显增加。用游离脂肪酸集合白蛋白刺激NNMT基因过表达小鼠的肾脏，与野生型小鼠比较，肾小管细胞凋亡的比例明显降低。口服MNA也可改善游离脂肪酸集合白蛋白过载的小鼠肾脏中的氧化应激、凋亡、坏死、炎症和纤维化。由此证明NNMT通过生成MNA保护肾小管上皮细胞免受氧化应激损伤。

四、NNMT与癌症

随着基因芯片技术进步及蛋白组学技术发展，人们研究发现NNMT在不同的癌组织中呈现差异性表达。当前研究发现，NNMT在脑胶质瘤、甲状腺乳头状癌、肾透明细胞癌、膀胱癌等癌组织中的表达量明显高于邻近的正常组织，然而，NNMT仅在肝细胞癌组织中呈现表达量降低。在膀胱癌、肾透明细胞癌、胰腺癌、口腔鳞状细胞癌等细胞中，下调NNMT的表达可使癌细胞的增殖及侵袭能力减弱，提示NNMT在癌细胞中高表达是增加癌细胞侵袭性的因素之一，但促使癌细胞中NNMT表达增高的因素尚未发现[11,12]。

上述研究表明NNMT在不同的癌症表型中确实起着重要的作用，但其作用机制尚未阐明。因此，Ulanovskaya提出了一个假说，即NNMT可能起到甲基供体库的作用[13]。SAM被认为是所有甲基转移酶的辅因子，包括NNMT及组蛋白甲基转移酶，所以常用SAM与其产物SAH的比值(SAM/SAH)来描述甲基转移酶的活性。在肾透明细胞癌细胞中过表达NNMT，SAM/SAH的值下降，与转录抑制因子有关的结合位点甲基化水平下降，而某些促癌基因产物的表达增加。若使卵巢癌细胞SKOV3的NNMT基因低表达，则情况相反。类似的甲基化也发生在一种非甲基化蛋白——蛋白磷酸酶2上，这提示细胞内仍有其他靶点可以随着NNMT表达情况的改变而呈现出不同的甲基化水平[14]。由此可见，NNMT与癌细胞的表观遗传学之间具有特定的联系，但这种联系仍需进一步探索。

五、NNMT与内皮

有研究发现，NNMT甲基化NAM的产物-MNA具有促进内皮细胞释放前列环素的功能，从而减缓血栓形成及炎性反应。MNA通过促进内皮细胞释放NO抵抗钙通道和乙酰胆碱的缩血管作用,并能够通过调节ADMA-DDAH通路减轻动脉粥样硬化的形成[15，16]。MNA对内皮细胞的保护功能可能是通过环氧化酶-2及内皮型一氧化氮合酶介导，但具体机制尚未阐明。因此，对MNA的研究可能成为内皮细胞功能障碍疾病(如血栓、高血压、动脉粥样硬化等)治疗药物研发的新方向。

六、NNMT与脂肪组织

脂肪组织中NNMT及MNA的表达与胰岛素抵抗及BMI指数呈正相关[1, 2]。Kannt等[1]发现与健康人群相比，2型糖尿病患者的皮下及网膜的脂肪组织中NNMT的表达量成倍增加。网膜脂肪组织中NNMT及MNA的表达与胰岛素抵抗呈正相关，增加患者的胰岛素敏感度，脂肪组织中的NNMT表达量降低。但这项研究并没有探讨NNMT的表达与BMI的关系。Liu等[2]通过分析1160个中国人血清样本发现，MNA的表达与BMI、腰臀围呈正相关。Kannt等[1]开展的研究显示，2型糖尿病患者与对照组的BMI分别为47kg/m2和33kg/m2。Liu等[2]的研究对象只有23～24kg/m2，比较以上3组研究对象的BMI与NNMT的表达情况却并不遵循上述规律，而造成这种差异的原因尚不清楚，可能归因于种族特性和研究队列的大小。上述研究表明，NNMT甲基化NAM的过程可能造成胰岛素抵抗。然而，NNMT抑制剂应用于肥胖和糖尿病的治疗仍有待于深入研究，长期应用NNMT抑制剂对肝脏及内皮等组织的影响是其应用于临床前需要解决的问题。

七、其 他

NNMT在人胚胎干细胞中高表达，其甲基化功能消耗了大量的SAM，从而抑制了其他甲基化酶的功能，导致DNA和组蛋白处于低甲基化状态，这是低分化多能性胚胎干细胞的特性。随着低分化多能性胚胎干细胞发育，NNMT的表达逐渐降低，更多的SAM被用于其他甲基化酶催化的反应。

NNMT在肝脏表达最强，但肝脏中大多数的甲基供体被胍基乙酸N-甲基转移酶及磷脂酰乙醇胺N-甲基转移酶所利用。因此降低NNMT表达后，肝脏中SAM/SAH的值无显著变化。高剂量的NNMT底物——NAM可引起肝脏SAM消耗，但仅限于饲以低甲基供体的饮食。

综上所述，随着对NNMT研究的增多，其生物学效应越来越被大家重视。对NNMT的研究主要基于NNMT的甲基化功能、NAM的代谢和MNA的代谢功能。对MNA生理学功能的研究最重要的是找到其下游靶点而发现新功能。NNMT在许多疾病的发生、发展过程中均起作用，如哮喘、非酒精性脂肪肝、精神疾病(如精神分裂症及癫痫)等，但具体机制仍有待研究[17～19]。2017年10月26日，欧盟批准了MNA作为新资源食品的申请，随着对NNMT研究的深入，其科研前景及临床应用价值将被进一步发掘。