輔酶Ⅰ體內(nèi)代謝調(diào)控研究進(jìn)展

孫卉， 張春義， 姜凌

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所， 北京100081

煙酸（nicotinic acid，NA）早在1937 年被確定為是預(yù)防和治療飲食缺乏性疾?。ú谄げ。┑幕衔铮幻麨榫S生素B3。糙皮病曾經(jīng)在歐洲、美洲、非洲和亞洲頻繁爆發(fā)，患者皮膚通常發(fā)炎并出現(xiàn)硬皮的癥狀,一般也會(huì)伴隨著腹瀉和癡呆，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致死亡[1]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)缺乏輔酶Ⅰ——煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）合成的前體和中間化合物是人類糙皮病的根本原因。輔酶Ⅰ在1906 年作為酵母提取物中提高酒精發(fā)酵速率的主要成分被首次報(bào)道，其結(jié)構(gòu)中包括煙酸、腺嘌呤、還原糖和磷酸鹽[2]。NAD+在能量代謝途徑（糖酵解、糖異生、三羧酸循環(huán)和呼吸鏈）的調(diào)節(jié)中起著核心作用[3]。氧化（即NAD+）和還原形式的NADH 之間的氧化還原反應(yīng)介導(dǎo)了這些途徑中NAD+依賴的酶促反應(yīng)[4]。NAD+廣泛參與新陳代謝、衰老、細(xì)胞死亡、DNA修復(fù)和基因表達(dá)等多種生命活動(dòng)[2,5]。

NAD+對(duì)人類健康至關(guān)重要。膳食中有維生素B3 活性的NAD+合成的前體和中間化合物包括NA、煙酰胺（nicotinamide，NAM）、煙酰胺核苷（nicotinamide riboside，NR）和煙酰胺單核苷酸（nicotinamide mononucleotide，NMN），它們均能被人體吸收、相互轉(zhuǎn)化并生成NAD+(圖1)。攝入這些化合物可以調(diào)節(jié)體內(nèi)NAD+的平衡，從而有效治療并預(yù)防糙皮病等飲食缺乏性疾病[2]。植物產(chǎn)生的NA 與細(xì)菌和酵母產(chǎn)生的NAM 是NAD+合成前體的主要來(lái)源，以下三種飲食方式容易導(dǎo)致煙酸缺乏癥：一是僅依賴精制谷物的單一化飲食,成熟的谷物中大部分NA 是結(jié)合狀態(tài)的，不利于人體吸收利用；二是動(dòng)物組織、乳制品和豆類攝入量較少的飲食，豆類、牛奶和動(dòng)物組織都富含NAD+合成的前體和中間化合物；三是以高粱為主的飲食，因?yàn)楦吡恢羞^(guò)多的亮氨酸阻礙了色氨酸在NAD+合成中的利用[6]。此外，繼發(fā)性煙酸缺乏的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)隨著代謝性NAD+消耗的增加而升高，如糖尿病和肥胖患者、阿爾茨海默病和腦缺血患者、老年人和孕婦、正在接受放療的癌癥患者或暴露于DNA 損傷藥物的情況，即使在膳食補(bǔ)充的情況下患者也會(huì)出現(xiàn)煙酸缺乏癥狀。因此，如何平衡機(jī)體內(nèi)輔酶Ⅰ的調(diào)控機(jī)制成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[3-6]。已有研究表明NAD+合成的前體和中間化合物在預(yù)防糙皮病、延緩衰老、調(diào)節(jié)胰島素分泌、調(diào)控mRNA 的表達(dá)、治療神經(jīng)和心血管疾病等方面具有多種重要醫(yī)療效果[2,5-6]。本文著重介紹了輔酶Ⅰ體內(nèi)合成和代謝的調(diào)控過(guò)程，以期為利用合成生物學(xué)技術(shù)在大腸桿菌中富集NAD+各類中間化合物提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

圖1 輔酶Ⅰ及其前體和中間化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系Fig.1 Chemical structures and interconversion of coenzyme Ⅰand its precursor and intermediate product

1 NAD+合成途徑

NAD+的體內(nèi)合成途徑有3 類：色氨酸為底物的從頭合成途徑、NA 為底物的Preiss-Handler 途徑、NAM 和 NR 為底物的補(bǔ)救途徑（圖 2），其中NAD+消耗產(chǎn)生NAM 的過(guò)程對(duì)維持生命體活動(dòng)非常重要[7]。

圖2 體內(nèi)NAD+的合成途徑Fig.2 NAD+synthetic pathway in living body

1.1 NAD+的從頭合成途徑

如圖2 所示，色氨酸2,3-雙加氧酶（tryptophan 2,3-dioxygenase，TDO）或吲哚胺2,3-雙加氧酶（indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO）利用色氨酸生成N'-甲 酰 基 犬 尿 氨 酸（N’-formylkynurenine，N’-FKYN）,然后通過(guò)芳基甲酰胺酶（arylformamidase，AFMID）轉(zhuǎn) 化 為 犬 尿 氨 酸（kynurenine，KYN）。犬尿氨酸3-單加氧酶（kynurenine 3-monooxygenase，KMO）、犬 尿 氨酸 酶（kynureninase，KYNU）和3-羥基鄰氨基苯甲酸3,4-雙加氧酶（3-hydroxyanthranilate 3,4-dioxygenase，3HAO）依次將 KYN 轉(zhuǎn)化為 2-氨基-3-羧基粘蛋白-6-半醛（2-amino-3-carboxymuconic-6-semialdehyde，ACMS），ACMS 可以自然環(huán)化形成喹啉酸（quinolinic acid，QA），喹啉酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（quinolinic acid phosphoribosyltransferase，QaPRT）從 QA 和 5-磷酸核糖-1-焦磷酸（5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate，PRPP）產(chǎn)生煙酸單核苷酸（nicotinic acid mononucleotide，NaMN）。最后兩個(gè)步驟與Preiss-Handler途徑相同[8]。

NAD+從頭合成途徑中有3 個(gè)環(huán)節(jié)影響NAD+的含量：①TDO/IDO 是第一個(gè)限速步驟，IDO 參與多種免疫抑制反應(yīng)，炎癥也可以誘導(dǎo)IDO 活性并導(dǎo)致色氨酸耗竭進(jìn)而降低NAD+的含量[9]。②ACMS是兩個(gè)反應(yīng)的底物，它可能經(jīng)過(guò)自然非酶促反應(yīng)的環(huán)化，形成喹啉酸，繼而參與NAD+的合成，或者由ACMS 脫羧酶（ACMS decarboxylase，ACMSD）轉(zhuǎn)化為α-氨基粘酸半醛（α-amino-muconatesemialdehyde，AMS）、繼而形成乙酰輔酶A。因此乙酰輔酶A 合成途徑中的ACMSD 酶活性的高低可以改變ACMS 的含量，進(jìn)而影響NAD+的含量[10]。③QaPRT 是從頭合成途徑的第二個(gè)限速步驟，是維持肝臟NAD+水平的重要酶，其活性不足導(dǎo)致具有神經(jīng)毒性的喹啉酸過(guò)量產(chǎn)生，引起神經(jīng)相關(guān)疾病，如癲癇和亨廷頓病[11]。

1.2 NA為底物的Preiss-Handler反應(yīng)

Preiss-Handler 途徑首先通過(guò)煙酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（nicotinic acid phosphoribosyltransferase，NAPRT）將 NA 轉(zhuǎn)化為 NaMN[12]。NaMN 通過(guò)煙酰胺/煙酸單核苷酸腺苷酸轉(zhuǎn)移酶（nicotinamide/nicotinic acid mononucleotide adenylyltransferase，NMNAT）形成煙酸腺嘌呤二核苷酸（nicotinic acid adenine dinucleotide，NaAD+）。最后，NAD+合成酶（NAD+synthetase，NADS）將NaAD+轉(zhuǎn)化為NAD+[8]。

這個(gè)途徑中最重要的酶學(xué)反應(yīng)是NMNAT。在動(dòng)物中存在的 3 種 NMNAT 同工酶：NMNAT1 位于細(xì)胞核內(nèi)，在各類組織中廣泛表達(dá)，其缺失會(huì)導(dǎo)致胚胎致死[13]。NMNAT2 是一種定位于細(xì)胞質(zhì)膜和高爾基膜的蛋白。在中樞和周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)中大量表達(dá)，其缺陷型小鼠在圍產(chǎn)期死于嚴(yán)重的周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)缺陷和中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突的斷裂[14]。NMNAT3在線粒體中負(fù)責(zé)維持NAD+穩(wěn)定，保證了70%的細(xì)胞內(nèi)NAD+定位于線粒體，參與呼吸作用和眾多的氧化還原反應(yīng)[15]。

1.3 以NAM和NR為底物的補(bǔ)救合成途徑

補(bǔ)救途徑是體內(nèi)產(chǎn)生和維持細(xì)胞內(nèi)NAD+水平的最重要途徑。NAD+消耗酶利用NAD+作為輔酶，包括DNA 修復(fù)酶——多聚ADP 核糖聚合酶（poly-ADP-ribose polymerases，PARP）、Sirtuin（動(dòng)物有 7 個(gè)同源蛋白 SIRT1～SIRT7）、IDO、以及NAD+依賴的ADP 環(huán)化酶CD38。這些酶對(duì)NAD+的酶切獲得NAM，NAM 可以直接從膳食中吸收，是NAD+補(bǔ)救途徑的起始化合物[5]。NAM 在煙酰胺磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（nicotinamide phosphoribosyltransferase，NAMPT）作用下和 PRPP 生成NMN。隨后，NMNAT 通過(guò)將ATP 的腺苷酸部分與NMN結(jié)合產(chǎn)生NAD+[16]。NR 是NAD+的另一個(gè)來(lái)源，體內(nèi)的NR 在煙酰胺核糖苷激酶（nicotinamide riboside kinase，NRK）的作用下磷酸化形成NMN，然后通過(guò)NMNAT 合成NAD+[8]。細(xì)胞之外的NMN 通過(guò)CD73 在細(xì)胞外轉(zhuǎn)化為NR，然后被細(xì)胞吸收。也有報(bào)道認(rèn)為，Slc12a8 是NMN 的特異性轉(zhuǎn)運(yùn)體，NMN 也通過(guò)細(xì)胞或組織特異性的方式被吸收進(jìn)入生物體內(nèi)[17]。

補(bǔ)救途徑中NAD+合成速率主要由NAMPT 決定，NAMPT 的表達(dá)受晝夜節(jié)律機(jī)制的調(diào)節(jié)。這使得它成為晝夜節(jié)律與NAD+挽救途徑之間的關(guān)鍵調(diào)節(jié)位點(diǎn)[18]。NAMPT 在存在細(xì)胞內(nèi)NAMPT（iNAMPT）和細(xì)胞外 NAMPT（eNAMPT）兩種形式。eNAMPT 由多種細(xì)胞（脂肪細(xì)胞、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞和胰腺β-細(xì)胞等）分泌到細(xì)胞外，iNAMPT通常以乙?；问酱嬖谟诩?xì)胞質(zhì)中[19]。Sirtuin 蛋白1(SIRT1)在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)被誘導(dǎo)活性增強(qiáng)，導(dǎo)致iNAMPT 脫乙酰、活性增強(qiáng)、蛋白也顯著積累[20]。研究還發(fā)現(xiàn)NAMPT 高度特異性抑制劑FK866 能夠通過(guò)結(jié)合變構(gòu)調(diào)節(jié)位點(diǎn)非競(jìng)爭(zhēng)性地抑制NAMPT 的酶活性[19]。這些研究充分說(shuō)明NAD+合成與調(diào)控的復(fù)雜多樣性。

圖3 NAD+參與的生命過(guò)程Fig.3 Life processes that NAD+participates in

2 調(diào)控體內(nèi)NAD+平衡的分子機(jī)制

2.1 NAD+參與的生命過(guò)程

輔酶Ⅰ在糖酵解、糖異生、三羧酸循環(huán)及呼吸鏈中發(fā)揮著不可替代的作用，也是多種酶促氧化還原反應(yīng)中不可缺少的輔助因子[6]。NAD+不僅隨營(yíng)養(yǎng)攝入和機(jī)體運(yùn)動(dòng)狀況而變化，還隨晝夜節(jié)律變化而波動(dòng)、反映飲食中NA 攝入不足、營(yíng)養(yǎng)不良或過(guò)度運(yùn)動(dòng)等代謝狀況。NAD+水平和利用率降低不僅會(huì)改變細(xì)胞代謝過(guò)程，還會(huì)導(dǎo)致基因表達(dá)改變、DNA 修復(fù)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞死亡或癌變[18]。輔酶Ⅰ的缺乏對(duì)不同組織器官影響不同，下文將分器官描述。

2.1.1 腦 NAD+及相關(guān)小分子在人體腦缺血、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）和神經(jīng)退行性疾病病程中都有重要的治療作用。腦缺血癥與線粒體NAD+代謝、線粒體動(dòng)力學(xué)和活性氧的產(chǎn)生量之間聯(lián)系密切，NAD+及相關(guān)小分子可以刺激神經(jīng)元DNA 修復(fù)，改善線粒體質(zhì)量，預(yù)防記憶喪失和神經(jīng)性退行病變。作為NAMPT 產(chǎn)物，NMN 可減輕腦梗死面積、神經(jīng)功能缺損和神經(jīng)元細(xì)胞死亡從而治療缺血性中風(fēng)[21-22]。NMN 治療還可預(yù)防缺血后線粒體NAD+缺失，抑制線粒體碎片，并通過(guò)SIRT3 依賴機(jī)制減少活性氧的生成，增強(qiáng)超氧化物歧化酶的脫乙?；途€粒體分裂動(dòng)力相關(guān)蛋白磷酸化[23]。PD 主要由于多巴胺合成不足引起震顫，而由酪氨酸合成多巴胺的過(guò)程中需要NAD+作為輔酶。在PD患者中，血漿NAD+水平低，而膳食中補(bǔ)充N(xiāo)A可以使NAD+恢復(fù)到健康對(duì)照個(gè)體的水平，從而改善PD患者的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能[24]。

2.1.2 眼 視網(wǎng)膜變性和角膜損傷光感受器對(duì)光傳導(dǎo)至關(guān)重要。NAD+生物合成減少可以引起眼部血管衰減、視神經(jīng)萎縮、外核層厚度減少和視網(wǎng)膜功能損害。補(bǔ)充N(xiāo)MN 或其他NAD+前體可恢復(fù)視覺(jué)系統(tǒng)中SIRT1 等蛋白的活性，治療黃斑變性和視網(wǎng)膜色素變性等眼睛疾病[25]。

2.1.3 心臟 心臟缺血-再灌注損傷的過(guò)程中降低了組織中的氧、NAD+和ATP 水平。通過(guò)攝入具有維生素B3 活性的化合物可以增加NAD+水平，激活SIRT1，上調(diào)NAMPT，減少一些轉(zhuǎn)錄因子的乙酰化，縮小梗死面積[26]。

2.1.4 血管 NA具有降低血脂、增加高密度脂蛋白膽固醇的作用，可抑制血管炎癥，還可以治療患者的心血管功能障礙性疾病[27]。

2.1.5 肝臟 酒精性肝病由慢性飲酒引起，乙醇誘導(dǎo)的NAD+缺失參與了乙醇誘導(dǎo)的脂肪變性、氧化應(yīng)激、脂肪性肝炎等癥狀的發(fā)生。NMN 額外攝入可以維持NAD+水平，恢復(fù)乙醇誘導(dǎo)的三羧酸循環(huán)代謝物的改變，還能阻止乙醇引起的肝臟損傷性生物標(biāo)志物水平的升高[28]。

2.1.6 胰臟 糖尿病是由胰島素抵抗隨后產(chǎn)生的胰島素分泌障礙，近年來(lái)，糖尿病的發(fā)病率急劇增加，NAD+的代謝在胰島素敏感性和分泌中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，eNAMPT 是NAD+生物合成所必需的。該基因突變后導(dǎo)致胰腺NAD+水平下降。此外，NAMPT 抑制劑 FK866 降低了 NAD+水平，并減少了胰腺β-細(xì)胞中葡萄糖刺激的胰島素分泌，而NMN 治療能改善NAD+生物合成和葡萄糖刺激胰島素分泌的不足[19]。

2.1.7 腎臟 全球每年約有133 萬(wàn)人患有急性腎損傷。SIRT1 和SIRT3 在保護(hù)腎臟免受損傷方面發(fā)揮重要作用[29]。NMN 可通過(guò)抑制內(nèi)源性NAMPT、恢復(fù)腎臟NAD+和SIRT水平，從而減輕糖尿病腎病腎纖維化[30]。

2.1.8 脂肪 肥胖和糖尿病的發(fā)生密切相關(guān)。microRNAs（miRNAs）是代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠中，肝臟microRNA-34a（miR-34a）的升高抑制了 NAMPT 和 SIRT1 的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致NAD+水平和SIRT1 活性降低。SIRT1 活性的降低導(dǎo)致脂肪增加和炎癥發(fā)生。肥胖還會(huì)導(dǎo)致各種代謝器官發(fā)生低度慢性炎癥[31]。

2.1.9 皮膚 皮膚健康狀況和皮膚癌的發(fā)生與體內(nèi)煙酸水平相關(guān)，如糙皮病的特征是太陽(yáng)暴露區(qū)域的皮膚出現(xiàn)紅斑疹、角化過(guò)度和皮膚纖維化。NAD+缺乏導(dǎo)致人角質(zhì)形成細(xì)胞生長(zhǎng)速率降低，凋亡細(xì)胞死亡率增加，進(jìn)一步導(dǎo)致活性氧的形成和DNA 損傷率的增加。通過(guò)NA 補(bǔ)充可以恢復(fù)NAD+水平，使損傷皮膚康復(fù)[32]。

2.1.10 肌肉 隨著年齡的增長(zhǎng)，骨骼肌中的NAD+水平顯著降低。肌肉特異性NAMPT 敲除小鼠也表現(xiàn)出進(jìn)行性肌肉退化,補(bǔ)充N(xiāo)R 可降低NAMPT 敲除小鼠的年齡依賴性, 而且骨骼肌中NAMPT過(guò)量表達(dá)可以讓小鼠保持運(yùn)動(dòng)耐力[33]。

2.2 衰老過(guò)程中調(diào)控NAD+平衡的分子機(jī)制

許多疾病都是由于衰老進(jìn)程引起的，科學(xué)家們將NAD+視為調(diào)節(jié)機(jī)體老化和新陳代謝的代謝振蕩器[34]。不同物種中，隨著老化程度的增加，NAD+水平顯著而穩(wěn)定地下降[35]。伴隨著脂質(zhì)過(guò)氧化和DNA 損傷的增加以及抗氧化能力的下降，脂質(zhì)氧化和NAD+消耗酶活性也相應(yīng)增加，最終導(dǎo)致衰老相關(guān)疾病[36]。相反，NAD+代謝的上調(diào)，包括飲食中補(bǔ)充N(xiāo)AD+合成的前體和中間化合物，已被證明可以防止NAD+代謝的下降，并顯示出對(duì)衰老和衰老相關(guān)疾病的有益作用。NAD+合成和降解之間的平衡決定著機(jī)體中的NAD+水平（圖4）[5]。

圖4 衰老過(guò)程中調(diào)控NAD+平衡的分子機(jī)制Fig.4 Molecular mechanisms that balancing NAD+during aging

2.2.1 DNA 損傷 衰老過(guò)程中NAD+水平下降的主要原因是NAD+消耗的增加。PARP 是主要的NAD+消耗酶，它聚集在DNA 單鏈斷裂位點(diǎn)，并通過(guò)利用NAD+的自動(dòng)ADP 核糖基化啟動(dòng)修復(fù)過(guò)程，持續(xù)消耗大量的NAD+。此外，衰老加速了活性氧的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致進(jìn)一步的DNA 損傷[37]。PARP 在NAD+中切斷NAM 和核糖之間的糖基鍵，釋放NAM，將釋放的ADP核糖單元連接到錨定的靶蛋白上，并在后續(xù)的步驟中不斷向最初連接的ADP 核糖中添加更多的ADP 核糖單元，從而產(chǎn)生ADP-核糖的聚合物作為翻譯后修飾。ADP 核糖基化是一種多功能的翻譯后修飾，與許多關(guān)鍵的生物過(guò)程有關(guān)。ADP 核糖基化促進(jìn)和調(diào)節(jié)DNA復(fù)制、細(xì)胞分裂、轉(zhuǎn)錄和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及細(xì)胞對(duì)應(yīng)激、感染和衰老的反應(yīng)[38]。

2.2.2 慢性炎癥 NAMPT 隨年齡增長(zhǎng)而下降的另一個(gè)原因可能是各種細(xì)胞應(yīng)激引起的慢性炎癥。眾所周知，這些細(xì)胞應(yīng)激會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，并促進(jìn)多種代謝組織（如脂肪組織、骨骼肌和肝臟）的慢性炎癥。慢性炎癥誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子的釋放，進(jìn)一步降低了NAMPT 的表達(dá)水平。已有報(bào)道證明NAD+消耗酶CD38在衰老過(guò)程中導(dǎo)致NAD+下降[35]。CD38是細(xì)胞內(nèi)主要的NAD+依賴性ADP 環(huán)化酶，可將NAD+降解為環(huán)腺苷二磷酸核糖（cyclic adenosine diphosphoribose，cADPR）[39]。隨著年齡的增長(zhǎng)，CD38 蛋白水平顯著升高，導(dǎo)致NAD+消耗量的增加。因此，衰老過(guò)程中慢性炎癥的增加可能是衰老組織中CD38 基因表達(dá)上調(diào)的觸發(fā)因素。合成的cADPR 作為一種信號(hào)分子發(fā)揮作用，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)并導(dǎo)致鈣離子升高。CD38 缺陷小鼠能保持較高的NAD+水平，并可預(yù)防肥胖和代謝綜合癥的發(fā)生，還可以通過(guò)NAD+水平的變化改變Sirtuin等酶的活性[40]。

2.2.3 晝夜節(jié)律和microRNA 晝夜節(jié)律的惡化被認(rèn)為是NAMPT 隨衰老而下降的原因之一。據(jù)報(bào)道，CLOCK:BMAL1 是晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄因子的核心復(fù)合物，通過(guò)直接結(jié)合NAMPT的啟動(dòng)子區(qū)域來(lái)調(diào)節(jié)NAMPT 的表達(dá)。同時(shí)，SIRT1 也被證明是晝夜節(jié)律基因表達(dá)的調(diào)節(jié)因子。事實(shí)上，SIRT1 的抑制導(dǎo)致晝夜節(jié)律振幅的降低。因此，NAD+和NAMPT 水平顯示晝夜節(jié)律振蕩，通過(guò)NAMPT-NAD+-SIRT1 調(diào)節(jié)放大，衰老可以改變晝夜節(jié)律系統(tǒng)的節(jié)律質(zhì)量和幅度，進(jìn)一步，晝夜節(jié)律下降可能會(huì)降低NAMPT活性和NAD+水平[41]。

MicroRNA 可以通過(guò)調(diào)控各種基因表達(dá)調(diào)節(jié)NAD+的平衡。miR-34a 參與了肝臟NAD+隨年齡增加而下降的調(diào)控過(guò)程，miR-34a 通過(guò)直接結(jié)合到NAMPT 和SIRT1 的3'UTR 區(qū)域來(lái)抑制它們的基因表達(dá)。此外，隨著年齡的增長(zhǎng)，肝臟中miR-34a 的水平顯著升高。肥胖也誘導(dǎo)miR-34a的表達(dá)，而過(guò)量表達(dá)miR-34a 導(dǎo)致NAMPT 水平降低和肥胖。相反，肥胖患者中miR-34a 的沉默可恢復(fù)NAMPT 和NAD+的水平，并通過(guò)NAMPT/NAD+/SIRT1 的協(xié)同作用改善肝臟脂肪的變性、炎癥和葡萄糖不耐受等情況[31]。 其他部分microRNAs 也可調(diào)節(jié)癌細(xì)胞中NAMPT 的水平；然而，它們?nèi)绾螀⑴c衰老過(guò)程目前尚不清楚[42]。

晝夜節(jié)律和microRNA 調(diào)控NAD+的靶標(biāo)基因都是NAMPT，它編碼的蛋白可以被組蛋白去乙?；窼irtuin 通過(guò)脫乙酰化而激活。Sirtuin 的酶活性直接依賴于NAD+的有效性。它們的活性隨著NAD+濃度的增加而增加，而隨著年齡的增長(zhǎng)，NAD+濃度的降低伴隨著NAMPT 和Sirtuin 活性的下降[40]。Sirtuin 還能從表觀遺傳上調(diào)控遺傳信息，例如，組蛋白脫乙酰后染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變；Sir-tuin 還可以作為轉(zhuǎn)錄因子直接或間接調(diào)節(jié)線粒體氧化代謝、抗氧化防御基因等的表達(dá)。因此，Sirtuin 活性的下降（例如在NAD+缺乏的情況下）會(huì)降低細(xì)胞在線粒體中進(jìn)行氧化代謝的能力[43]。而且這種調(diào)節(jié)允許Sirtuin直接感知和響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)的NAD+濃度和細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)[34]。同時(shí)，Sirtuin 與其他NAD+消耗酶（PARP1）共同競(jìng)爭(zhēng)體內(nèi)的NAD+，還可以通過(guò)去乙?；苯酉抡{(diào)PARP1活性[5]。上述研究均表明NAD+消耗酶（PARP1、CD38 和Sirtuin）相互之間從轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯后等不同層面上競(jìng)爭(zhēng)NAD+資源、調(diào)控NAD+平衡。

3 展望

綜上所述，飲食中的NAD+合成前體及中間化合物（具有維生素B3 活性）對(duì)細(xì)胞NAD+水平起著核心調(diào)節(jié)作用。不過(guò)，NA 過(guò)量可引起血管舒張、胃腸道反應(yīng)和肝毒性等副反應(yīng)，有時(shí)也會(huì)增加患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[44]。NAM會(huì)導(dǎo)致NAMPT明顯減少，同時(shí)由于駐留時(shí)間短、需要較高的給藥劑量。相對(duì)來(lái)說(shuō)，NMN 和NR 能更有效地提高哺乳動(dòng)物的NAD+水平[45]。但目前還需要利用甲基化譜、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組學(xué)來(lái)研究復(fù)雜的NAD+相關(guān)網(wǎng)絡(luò)變化，明確NMN 和NR 的藥理作用差異。除了在NMN 和NR 之間做出選擇外，還需要更精準(zhǔn)的劑量數(shù)據(jù)和更詳細(xì)的機(jī)理研究來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)NAD+代謝的整體調(diào)控。

此外，NAD+代謝的藥理學(xué)層面上的激活可以成為促進(jìn)NAD+代謝的另一個(gè)選擇。由于NAMPT被認(rèn)為是NAD+合成的限速酶，它可成為增加哺乳動(dòng)物細(xì)胞NAD+水平的藥理學(xué)靶點(diǎn)，已有研究發(fā)現(xiàn)P7C3 這種可以激活NAMPT 的化合物[46]。尚未發(fā)現(xiàn)能夠激活NMNAT、其他NAD 合成酶或消耗酶的酶活性的化合物，這些酶的激活劑的開(kāi)發(fā)有望在治療衰老相關(guān)疾病中發(fā)揮有益作用。

近年來(lái)，NAD+中間化合物的生物合成已經(jīng)成為保健品、食品原料等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。NAD+合成生物學(xué)將工程學(xué)和生命科學(xué)結(jié)合在大腸桿菌中，同時(shí)設(shè)計(jì)利用了其他物種中高效的酶學(xué)反應(yīng)，結(jié)合相關(guān)化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)，最終可以獲得高產(chǎn)量的中間化合物。例如，目前NMN 產(chǎn)量最高的生物合成方法綜合了多條NAD+合成途徑，首先是在大腸桿菌中提供足夠的葡萄糖滿足PRPP 高效轉(zhuǎn)化，提供足夠的NAM 作為底物；其次選用來(lái)自青枯菌（Ralstonia solanacearum）的高活性NAMPT，可以保證NAM 都轉(zhuǎn)化為NMN；最后在大腸桿菌中同時(shí)強(qiáng)化兩種外排NMN 的活性功能轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（NiaP和PnuC）使得NMN 排泄到細(xì)胞外，最終NMN 的產(chǎn)量可以高達(dá)6.79 g·L-1[47]。另外，傳統(tǒng)的細(xì)菌中從頭合成途徑的底物是色氨酸，2021 年最新的研究表明在大腸桿菌中還可以創(chuàng)制從分支酸到NAD+的人工合成途徑（包含了4 個(gè)新基因C3N 途徑），完成了從分支酸到喹啉酸的轉(zhuǎn)化[48]。輔酶Ⅰ的深入研究為通過(guò)營(yíng)養(yǎng)代謝調(diào)控強(qiáng)化生物體內(nèi)NAD+水平提供了新的研究思路。