天然化合物作为抗衰老干预的可能性：NAD+的开源与节流

王浩，赵瑞杰，李晴，陈丁丁

(中国药科大学，江苏 南京 211100)

1 衰老与NAD+

衰老是一种细胞到整体普遍存在的时间依赖性内生变化，表现为机体形态的老化，主要机能系统的退行性变化，其中最为广泛的原因是代谢水平改变。老年个体的代谢功能下降，甚至表现出一定程度的紊乱，因此老年个体更容易出现高血压、血脂异常等代谢疾病。在很多讨论中，抗衰老药物开发往往意味着寻找一种干预手段对衰老过程加以“纠正”，事实上，衰老是一种渐进、多方面的机能退化，其药物开发，不能同单一病种药物开发一样，应当更多着眼于衰老给机体带来的更广泛的影响，即代谢水平的退化。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，又称辅酶I，简称为NAD+，作为辅酶广泛参与如三羧酸循环、糖代谢等数百个生物代谢过程。NAD+于20世纪初被发现并确定了命名规范，NAD为不带电荷的化学主链结构的简称，氧化和还原形式分别简写为NAD+和NADH。

哺乳动物NAD+合成源于色氨酸起始的从头合成通路，色氨酸经过加氧酶生成氨基羧基粘康半醛(ACMS)，ACMS有两条去路：一是在α-氨基-β-羧基粘康酸-ε-半醛脱羧酶(ACMSD)作用下转化为乙酰辅酶A；二是转化为喹啉酸(QA)生成烟酸单核苷酸(NaMN)最终转化为NAD+。烟酰胺核苷(NR)、烟酰胺(NAM)、烟酸(NA)、烟酰胺单核苷酸(NMN)回收是占比更大的NAD+生成途径，NA的利用称为Preiss-Handler通路，其在烟酸磷酸核糖基转移酶(NAPRT)作用下生成NaMN，最终产生NAD+。NR、NAM、NMN的利用称为补救合成途径(Salvage pathway)，NR和NAM分别经过烟酰胺核苷激酶(NRK)和烟酰胺磷酸核糖基转移酶(NAMPT)生成NAD+。

NAD+消耗主要发生在几类以NAD+为底物的酶中：①环ADP核糖合成酶，最典型的是一种广泛表达的细胞外酶CD38。早前已有研究表明衰老组织中CD38表达增强，NAD+含量明显降低[1]。②ADP核糖基转移酶(PARP)，研究最多的PARP1在DNA损伤时过度激活，耗尽线粒体的NAD+，诱导细胞凋亡。研究发现抑制小鼠PARP1活性，可提高NAD+水平，改善线粒体功能，表明在未有明显DNA损伤的正常状态下，PARP1也在消耗NAD+[2,3]。③SARM1，新发现的NAD+裂解酶，其在神经元中表达，神经损伤时过量消耗细胞质NAD+，引发细胞死亡[4]。NMNAT2-KO小鼠的NAD+补救合成途径存在缺陷，导致先天神经元缺损，研究发现敲除SARM1使NMNAT2-KO小鼠神经元缺陷得到有效弥补[5]。

人们对NAD+的兴趣再次高涨，一定程度上源自Sirtuins蛋白的发现。Sirtuins是一类高度保守的NAD+依赖性去乙酰化酶家族，在哺乳动物中有Sirt1-Sirt7七种亚型。最初证明其NAD+依赖性是在酵母中的沉默信息调节因子2(Sir2)，其参与了酵母寿命的调控[6]。哺乳动物中与之同源的Sirt1响应NAD+信号，调节凋亡、代谢和节律等关键生理过程，其介导NAMPT的表达，调节NAD+浓度的昼夜波动[7]。杨越[8]研究证实，干预NAMPT/NAD+/Sirt1轴，可以延缓骨髓间充质干细胞的衰老。p53是细胞周期的负调控因子，其活性增加导致p21表达增加，p21与细胞周期依赖性蛋白激酶结合抑制其活性，促使细胞衰老。p21是Sirt1抗衰老机制的下游效应物，研究表明提高细胞内NAD+水平并活化Sirt1，进而调控p21基因表达可延缓细胞衰老[9]。

2 开源：促进NAD+从头合成与前体利用

2.1 ACMSD与NAD+从色氨酸起始的合成

通过从头合成增加NAD+抗衰老还少有讨论，ACMSD是哺乳动物体内色氨酸合成NAD+的关键酶，控制了中间产物ACMS的反应平衡，ACMSD高表达时，ACMS主要产生乙酰辅酶A，而生成喹啉酸并最终产生NAD+的途径将大幅弱化，因此，抑制ACMSD的表达使反应平衡倾向于喹啉酸支路是增加NAD+自身合成的一个有效办法。

Nature最新刊发的研究显示，在线虫和小鼠中使用TES公司开发的两种新型ACMSD选择性抑制剂TES-991和TES-1025阻断该酶的活性后，检测到了更高的NAD+水平和更强的线粒体功能，Sirt1的表达也被上调[10]，推测阻断ACMSD通过增加NAD+从色氨酸来源的合成增强了代谢功能。也有研究发现邻苯二甲酸酯等对ACMSD有抑制作用[11]，可以有效增加NAD+水平，但是既有研究成果多数集中于在肝肾等特定器官中提高NAD+的生成以期治疗脂肪性肝炎、慢性肾病等某些病种，对于ACMSD和衰老的研究很少。尽管如此，现有研究给阻断ACMSD提高NAD+从而延缓衰老带来了后续可行性支撑，那么可否找到化学合成药以外更适宜长期应用的干预手段？

2.1.1 多不饱和脂肪酸摄入抑制ACMSD活性

多不饱和脂肪酸已被充分证明其维护心血管系统功能、促进大脑发育等多方面作用，且其基本上依靠膳食摄入。Egashira团队在大鼠饲料中加入2%的ω-3多不饱和脂肪酸，如EPA、DHA，就可以强烈抑制肝中ACMSD活性，后续研究进一步发现，亚油酸作为ω-6多不饱和脂肪酸，抑制ACMSD活性的能力弱于ω-3多不饱和脂肪酸，饱和脂肪酸几乎无抑制作用。提示适度增加膳食中多不饱和脂肪酸，尤其是ω-3多不饱和脂肪酸，可有效抑制ACMSD活性，增加NAD+合成，提高机体代谢[12-13]。

2.2 前体补充

直接补充NAD+的几类前体物质具有理论上的可行性。但后续实验发现，额外摄入NA会导致严重潮红，过多摄取NAM也存在副作用，如对Sirtuins蛋白产生抑制。同时，NR、NAM、MNM所处的补救合成途径在前体回收中占比更大，通过补救合成途径进行补充更有效。NAM除上述毒性风险外，还受限速酶NAMPT制约。因此，补充NR或NMN是更值得研究的手段。

Martens等[14]证实，给健康中老年人长期服用1000mg/day的NR，不仅有效提高了体内NAD+水平，还显著降低血管僵硬性，同时没有引发任何不良反应。从更高效的目的出发，NMN似乎比NR更值得关注，作为NR的下游产物，NMN是NAD+的更直接来源，并避免了NR在线粒体内缺少相关转化酶且其口服后有相当部分转化为NAM的缺点。补充NMN后吸收迅速，直接改变了NAD+的体内水平，NAMPT、NMNAT等酶活性未受明显影响。Mills等[15]发现，自然衰老小鼠长期应用300mg/kg的NMN，未显示明显毒副作用，且NMN的补充摄入不仅增强血浆NMN和组织NAD+水平，促进线粒体呼吸增强能量代谢，同时改善了许多与衰老相关的退行性变化，主要表现为老年小鼠的年龄相关性体重增加被抑制、体力活动增加、骨密度改善。LIU等[16]也证明，外源NAD+补充剂以时间和浓度依赖方式增加胞内NAD+，提高Sirt1活性，通过Sirt1-p53途径降低氧化应激损伤，抑制心肌细胞凋亡。

3 节流：减少NAD+自身消耗

除增加NAD+的合成和前体利用外，减少NAD+自身消耗也是可行思路。前述NAD+消耗酶：PARP、CD38、SARM1均已发现了多种抑制剂，如PARP抑制剂奥拉帕尼，CD38抑制剂化合物78c，SARM1抑制剂化合物XAV939等[17-19]。但多数化学合成抑制剂长期安全性存疑，寻找天然化合物作为NAD+消耗酶抑制剂是更安全可行的方案，幸运的是已经发现了多种广泛存在的天然化合物能有效抑制CD38活性。

CD38是广泛存在于细胞膜上的一类环ADP核糖水解酶，以NAD+为底物，分解产生NAM和ADPR或cADPR，消耗体内的NAD+。美国巴克衰老研究所发现，衰老与慢性炎症给体内的衰老细胞带来代谢负担，这些衰老细胞会激活许多免疫细胞的CD38，导致NAD+大量降解，衰老和炎症使肝脏内促炎M1巨噬细胞累积，该类巨噬细胞可以高水平的表达CD38，同时衰老细胞由于DNA损伤且不再分裂，会分泌大量促炎蛋白SASP加重慢性炎症，诱导M1巨噬细胞进一步增殖，形成恶性循环[20]。同期另一项研究证实：衰老诱发的炎症促进了免疫细胞中CD38的积累并且降低NMN和NAD+水平[21]，这与巴克衰老研究所的研究相互佐证。

3.1 几种天然CD38抑制剂

3.1.1 芹菜素、槲皮素

芹菜素(apigenin)，自然界中广泛存在的黄酮类化合物，芹菜中含量尤高。目前已发现了其在抗病毒、心血管保护等方面的生物活性。槲皮素也是一种广泛分布的黄酮类化合物，在抗菌和防治心血管疾病等方面有较强的活性，且治疗剂量内未显示毒性。

Carlos等[22]发现芹菜素和槲皮素对CD38有特异性抑制作用，体外实验发现芹菜素或槲皮素处理后胞内NAD+水平显著提升。后续动物实验中，芹菜素及槲皮素干预小鼠和敲除CD38小鼠均比野生型小鼠有更高的NAD+水平和Sirt1活性，长期饲养中，芹菜素组、槲皮素组和CD38敲除组小鼠更是表现出了更长的平均寿命和最大寿命。同时，研究者进行PARP1敲除小鼠的平行实验，发现其NAD+水平也显著提升，但平均寿命显著缩短，可能与PARP1参与DNA修复和维持基因稳定性有关。这也说明在几种典型的NAD+消耗酶中，抑制CD38活性是更安全的抗衰老手段。

过去已发现黄酮类物质可以缓解小鼠高血脂、糖尿病等代谢疾病，一般认为其机制为激活AMPK，而芹菜素是一种很弱的AMPK活化剂，这进一步佐证其提高代谢水平和抗衰老是通过抑制CD38提高NAD+水平从而激活Sirt1实现的。当然，Sirtuins家族的其他蛋白也可能受到CD38活性减弱的影响，同时CD38也存在于线粒体中，芹菜素和槲皮素的干预也可能提高位于线粒体的Sirtuin蛋白活性，直接提高线粒体代谢水平。此外，天然化合物往往具有多靶点的特点，芹菜素和槲皮素也很可能存在CD38以外的靶点，这将是后续值得继续研究的问题，但目前已经明朗的是它们对CD38的有效抑制提高NAD+水平和平均寿命。

3.1.2 木犀草素

木犀草素(luteolin)也是一类天然黄酮类化合物，在辣椒、紫苏等中含量较高。James和YJ Zhao[23]发现木犀草素可保留心肌细胞内的NAD+保护缺血后心脏。其团队通过动物缺血再灌注模型和离体心脏模型验证了在心脏发生缺血后，CD38被大幅激活，引发NAD+池的枯竭，这种现象在内皮细胞内尤甚。内皮细胞产生一氧化氮(NO)依赖于一氧化氮合酶(eNOS)，而eNOS产生NO的过程需要NADH的参与，因此CD38的过度激活所引发的NAD+池枯竭使内皮功能极大改变。内皮功能的减弱和血管收缩舒张功能障碍也是衰老个体的易发症状，研究者后续通过eNOS依赖性的冠状动脉血流和左心室功能测量，验证了木犀草素作为CD38抑制剂具有逆转内皮功能障碍的活性，这和提高膳食中黄酮类物质的含量可以降低多因素心脏损伤的既有结论[24]相互验证。

3.2 天然CD38抑制剂小结

近年又陆续发现多种天然药物可以抑制CD38活性，包括多种类黄酮、大黄素型游离蒽醌[25]等，这些天然药物的现有研究往往针对于其对神经、心血管等具体器官退行性病变的逆转，但它们共同的核心机制是抑制CD38来增加体内NAD+水平，提升代谢能力，这使得在抗衰老领域对这些药物进行进一步研究也极具价值。

更重要的是，天然化合物往往有多靶点的特点，在体内表现出多种活性，而衰老也是一种系统性的机体功能衰退，既有的药物开发思路很难通过单一方法逆转整体衰老，天然化合物的多靶点活性恰恰适宜于这种状况，有如芹菜素、木犀草素等天然黄酮类物质不仅体现出提高NAD+水平的能力，其对心血管系统的保护、抗炎、维持血糖血脂稳定等作用也是对衰老个体的另一重保护。

4 展望

抗衰老研究发现了各种关乎衰老进程的反应或物质，但仍旧很难提出一种行之有效且安全的药物抗衰老方法，主要瓶颈在于难以保证长期应用的安全性和可靠性。但是也应当认识到，抗衰老干预不同于以往的药物开发，抗衰老研究应当具有整体性、可行性和预防性，即基于衰老机体的整体进行有可行性的日常干预，以期实现对衰老进程的延缓和并发疾病的预防。正因此，基于日常膳食和天然化合物来多靶点提高NAD+水平，增强整体代谢能力是值得深入讨论且可实践的重要思路。