劉 茜 陳培培 丁雪萌 汪 穎 許 祎 管懷進

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)由兩個單核苷酸組成,即AMP和煙酰胺單核苷酸(NMN)[1]。NAD+是多種細胞生物能量代謝的核心輔酶，它充當吡啶核苷酸家族(NADH、NADP和NADPH)的母體分子。研究發(fā)現(xiàn)，NAD+不僅是能量代謝中重要的輔酶,還參與了多種細胞信號轉導途徑,并且在衰老以及年齡相關性疾病中發(fā)揮重要作用[2]。越來越多的研究表明，NAD+的表達與眼科疾病發(fā)生發(fā)展密切相關，如角膜疾病、青光眼、先天性黑矇、年齡相關性黃斑變性、糖尿病視網(wǎng)膜病變等。本文就NAD+在眼科疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用進行綜述，為眼科疾病的病理機制研究及治療提供思路。

1 NAD+概述

NAD+的存在非常廣泛，見于所有正常眼部結構細胞的細胞核和細胞質中，如角膜、晶狀體、虹膜、睫狀體和視網(wǎng)膜。NAD+及其還原形式NADH是氧化還原代謝和所有細胞信號轉導的重要輔助因子，同時也是糖酵解、三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化等代謝途徑的核心參與者[3]。在哺乳動物中，NAD+有三種合成途徑：(1)Preiss-Handler途徑：該途徑從煙酸開始，經(jīng)過煙酸磷酸核糖基轉移酶催化變成NMN，經(jīng)過煙酰胺單核苷酸腺苷轉移酶(NMNAT)1、2和3的催化，變成煙酸腺嘌呤二核苷酸，再被催化成NAD+；(2)從頭合成途徑：又稱犬尿氨酸途徑，從食物中攝取的色氨酸開始，依次經(jīng)過N-甲酰犬尿氨酸、L-犬尿氨酸、5-羥基-2-氨基苯甲酸、2-氨基-3-羥酸半醛后變成喹啉酸，然后喹啉酸進入Preiss-Handler途徑；(3)補救合成途徑：NAD+經(jīng)過三個消耗途徑后形成煙酰胺(NAM)，然后經(jīng)過煙酰胺磷酸核糖基轉移酶催化后合成NMN，NMN同樣通過NMNAT的催化轉變成NAD+完成循環(huán)[4]。目前普遍認為細胞內(nèi)穩(wěn)定的NAD+含量主要是通過NAM補救途徑維持的[5]。

有研究發(fā)現(xiàn)，NAD+含量在多個組織中隨年齡增長而下降[6]，這可能導致線粒體功能障礙和細胞核DNA損傷[7]。眼科領域年齡相關性疾病(老年性黃斑變性、年齡相關性白內(nèi)障等)的發(fā)生發(fā)展可能與NAD+相關。提高細胞NAD+含量可以改善細胞的應激反應，其相關機制可能與青光眼防治有關。此外，NAD+還參與細胞信號轉導、DNA修復、細胞分裂、衰老和表觀遺傳學等生物學過程[8]。近年來，關于NAD+與眼科疾病的研究報道也逐漸增多，NAD+可能成為新型眼科藥物的治療靶點。

2 NAD+與角膜疾病

2.1 NAD+與神經(jīng)營養(yǎng)性角膜炎神經(jīng)營養(yǎng)性角膜炎是由三叉神經(jīng)損傷引起的角膜退行性病變，其特征是角膜上皮愈合受損和角膜敏感性缺失，可導致干眼、角膜上皮缺損和角膜潰瘍等[9]。Li等[10]對去神經(jīng)支配小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，去神經(jīng)支配通過下調(diào)煙酰胺磷酸核糖基轉移酶表達來降低角膜上皮NAD+含量，導致角膜上皮細胞凋亡。煙酰胺磷酸核糖基轉移酶抑制劑可導致角膜去神經(jīng)誘導的上皮脫離和細胞凋亡，而補充NAD+或NMN可部分改善這一情況。角膜去神經(jīng)支配可降低上皮組織NAD+含量，導致細胞凋亡和角膜上皮脫離，提示角膜神經(jīng)支配可能通過調(diào)控NAD+合成來維持上皮穩(wěn)態(tài)。

2.2 NAD+與紫外線角膜炎紫外線角膜炎也叫光性角膜炎、光照性角膜炎、電弧眼、雪盲等，是眼睛受到強烈紫外線(太陽或人造光源)照射后出現(xiàn)眼部疼痛、充血、畏光等異常表現(xiàn)的一種眼部急性綜合征。Zhao等[11]研究發(fā)現(xiàn)，NAD+的前體NAM可以抑制內(nèi)皮-間充質轉化并加速兔角膜內(nèi)皮傷口愈合。使用小鼠以及細胞模型研究發(fā)現(xiàn)，紫外線照射可引起小鼠角膜水腫和細胞凋亡，同時角膜內(nèi)皮細胞中NAD+及其煙酰胺磷酸核糖基轉移酶水平降低。然而，在結膜下注射NAD+、NMN或NAM能有效地防止紫外線誘導的小鼠角膜組織損傷和內(nèi)皮細胞凋亡。使用NAD+、NMN和NAM進行預處理也能提高細胞存活率并抑制紫外線照射所導致的人角膜內(nèi)皮細胞凋亡。Li等[12]研究發(fā)現(xiàn)，高血糖可降低NAD+生物合成并導致糖尿病小鼠角膜上皮傷口難于愈合，補充NAD+及其前體可促進糖尿病角膜傷口愈合和神經(jīng)再生。提高角膜NAD+含量是未來防治角膜疾病新的研究方向。

3 NAD+與青光眼

青光眼是以特征性視神經(jīng)萎縮并伴有視野缺損為特征的疾病，病理性升高的眼壓是主要的危險因素，患者視神經(jīng)萎縮及視野缺損的改變是不可逆的。據(jù)統(tǒng)計至2020年全球范圍內(nèi)青光眼患病人數(shù)可達7950萬[13]。臨床中目前對于青光眼主要依靠藥物和手術進行治療，但這些治療方法并不能完全阻止視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(RGC)的進行性損害。NAD+是各種代謝反應的中心，最終產(chǎn)生的ATP對RGC功能至關重要。Williams等[14]研究證實，在青光眼易發(fā)小鼠(DBA/2J)中視網(wǎng)膜NAD+含量顯著降低，NAD+本身與青光眼眼底病變存在相關性。雖然NAD+的減少不是RGC死亡的單一因素，但總NAD+含量的降低確實影響了RGC功能。在另一項研究中，Williams等[15]證明具有軸突保護作用的蛋白質Wlds可以增加視網(wǎng)膜NAD+含量；與NAM聯(lián)合治療比單獨使用Wlds或NAM對小鼠青光眼視神經(jīng)變性組織有更顯著的保護作用。上述實驗研究發(fā)現(xiàn)，NAD+對RGC的功能發(fā)揮非常重要，提高NAD+含量可加快RGC的能量代謝，從而改善線粒體狀態(tài)，有利于青光眼的治療。

NAD+與線粒體功能之間的密切聯(lián)系表明，提高細胞NAD+含量可以改善神經(jīng)元的應激反應。一項針對34例原發(fā)性開角型青光眼患者的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，試驗組患者血漿NAM(神經(jīng)元中主要的NAD+前體)水平降低[16]。另一項使用遺傳性青光眼小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜NAD+含量隨著年齡的增長而下降，補充高劑量NAM會增加視網(wǎng)膜NAD+含量，抑制青光眼的發(fā)生[14]。有人對57例青光眼患者進行的一項小型隨機試驗結果表明，口服NAM(每天1.5～3.0 g)3個月能顯著改善視網(wǎng)膜功能，改善患者視野[17]。

4 NAD+與眼底疾病

4.1 先天性黑矇Leber先天性黑矇(LCA)是一種先天性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良性疾病，可導致患者幼年時期出現(xiàn)嚴重視力損傷[18]。LCA 9是一種常染色體隱性遺傳性疾病，由NMNAT1突變引起，NMNAT1是一種關鍵的NAD+合成酶[19]。Falk等[20]對LCA家族受試者進行外顯子組測序，鑒定出NAD+合成酶基因NMNAT1的一個純合子錯義突變(c.25G>A,p.Val9Met)。同年，Koenekoop等[21]在8個LCA家族受試者中鑒定出10個突變的NMNAT1等位基因。兩個研究小組通過體內(nèi)和體外功能鑒定發(fā)現(xiàn)，NMNAT1突變改變了該基因的結構和功能，降低了NMNAT1在NAD+合成中的酶活性，并影響了蛋白質折疊。近期有研究證明，NAD+不僅對成人視網(wǎng)膜結構和功能的維護發(fā)揮作用[22]，而且對視網(wǎng)膜發(fā)育和視覺功能也很重要[23]。NAD+可作為未來治療LCA的新方向。

4.2 年齡相關性黃斑變性視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)細胞和光感受器細胞是影響年齡相關性黃斑變性的主要視網(wǎng)膜細胞類型，它們嚴重依賴于NAD+的充分利用和正常代謝[24-26]。年齡相關性黃斑變性以患者出現(xiàn)不可逆性中心視力下降或喪失為主要臨床表現(xiàn)[27]，是一種復雜的多因素疾病，年齡是其發(fā)生的主要危險因素[28-30]。大量研究表明，NAD+對年齡相關性黃斑變性患者的RPE和光感受器健康至關重要。

Bai等[31]研究表明，在光所導致的嚙齒動物年齡相關性黃斑變性模型中，視網(wǎng)膜NAD+含量顯著降低。此外，NAD+含量在體外培養(yǎng)的視網(wǎng)膜組織中明顯降低，推測其與氧化應激暴露增加有關。研究表明，NAD+的減少加劇了視網(wǎng)膜組織損傷，NAM的外源性補充恢復了NAD+含量，并減弱了光誘導的RPE細胞和光感受器細胞損傷。Zhu等[32]研究證明了提高視網(wǎng)膜和RPE組織中NAD+含量的好處。近期一項研究發(fā)現(xiàn)， NAM通過抑制drusen蛋白、炎癥因子和補體表達，上調(diào)核小體、核糖體和染色質修飾基因表達，可改善年齡相關性黃斑變性患者相關癥狀，這直接證明了NAD+代謝與年齡相關性黃斑變性存在相關性[33]。

4.3 糖尿病視網(wǎng)膜病變糖尿病視網(wǎng)膜病變是糖尿病最常見的并發(fā)癥，以視網(wǎng)膜微血管損傷為特征，在發(fā)達國家工作年齡人群中致盲率最高[34]。RGC損傷是糖尿病視網(wǎng)膜病變過程中一個重要的病理特征。Zhou等[35]評估了NMNAT1在高糖誘導的RGC損傷中的作用；Jadeja等[36]發(fā)現(xiàn)NAD+代謝對視網(wǎng)膜內(nèi)光感受器細胞和RPE細胞非常重要。目前相關研究還處于初級階段，后續(xù)需要進一步了解NAD+代謝在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的作用。

5 NAD+補充劑的安全性

細胞內(nèi)NAD+的增加可以通過幾個外源途徑獲得，包括煙酰胺核糖、煙酸、NMN和NAM。更多研究表明，NAD+前體具有神經(jīng)保護作用和抗衰老作用，由于易發(fā)生臉部潮紅，煙酸使用劑量建議每天不超過50 mg。長期每天攝入3 g的NAM是可以耐受的，只有小部分患者存在輕微副作用(主要是胃部輕微功能紊亂)[37]。在20世紀50年代以后，也有研究發(fā)現(xiàn)，長期較高劑量使用NAM(每天攝入量>9 g)副作用很小，一些患者出現(xiàn)面部潮紅可能與制劑不純有關[38]。NMN和煙酰胺核糖的耐受性較好，但是長期慢性給藥的影響尚未在人類中進行充分評估。每天攝入1 g煙酰胺核糖足以改善與NAD+增加相關的心血管功能和脂質代謝，表明在此劑量水平上患者的耐受性和安全性較好[39-40]。

6 總結與展望

NAD+在角膜疾病、青光眼、先天性黑矇、年齡相關性黃斑變性、糖尿病視網(wǎng)膜病變等多種眼科疾病動物模型中表現(xiàn)出的積極作用，為這些疾病的治療提供了新思路，但其在眼科疾病中的具體機制及治療價值依然有很多問題亟待解決。在治療方面,將來的臨床治療需要高效、安全、特異性的NAD+補充劑,目前的研究多集中在實驗動物模型,是否在靈長類及人類的眼科疾病中發(fā)揮同樣的保護作用還需進一步的研究來證實。