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人体NAD+含量变化对心肌功能的影响探究

更新时间:2020-07-31 08:31点击:

摘    要: 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)也称为辅酶Ⅰ,是人体最重要的氧化还原酶的辅酶,参与多种生化反应,在细胞能量代谢中起关键作用。随着研究的不断深入,NAD+与细胞损伤修复、细胞衰老、细胞凋亡、信号转导等有密切联系。研究也表明,许多心血管疾病过程与NAD+水平变化有关,其对细胞功能的重要影响目前已成为国内外研究的热点。本文总结近年来NAD+在心肌保护方面的研究进展,同时讨论补充NAD+的应用前景。
 
  关键词: 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸; 能量代谢; 心肌保护;
 
  Abstract: Nicotinamide adenine dinucleotide(NAD), also known as Coenzyme Ⅰ, is the most important coenzyme of oxidoreductase in body. It participates in a variety of biochemical reactions and plays a key role in cell energy metabolism.As research continues, NAD+ is closely related to cell damage and repair, cell senescence, apoptosis and signal transduction. Studies have also shown that many cardiovascular diseases are related to the change of NAD+ level, and its important impact on cell function has become a study hot topic at home and abroad. This article summarizes recent advances of NAD+ on myocardial protection in recent years, discusses the application prospects of supplemental NAD+.
 
  Keyword: KETWORDS: nicotinamide adenine dinucleotide; energy metabolism; myocardial protection;
 
  烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)也称为辅酶Ⅰ,首次由Arthur Harden在酵母中发现并命名,经历了100多年的研究人们逐渐对其物理化学性质及作用有了较深的认识。NAD+是必不可少的氧化还原反应代谢酶类的辅酶,参与三羧酸循环、糖酵解、脂肪β氧化等能量代谢反应,还与DNA损伤修复、细胞凋亡、细胞衰老、信号转导等过程有关[1]。心肌细胞线粒体含有较多的NDA+,产生能量,维持器官正常功能,故人体NAD+含量的变化对心肌功能产生重要影响。NAD+水平的下降与多种心血管疾病发病机制有关,大量基础研究也证明,补充辅酶Ⅰ能对心脏疾病模型带来益处[2],美国食品和药物管理局(FDA)批准的注射用辅酶Ⅰ也在临床上使用多年,作为心脏相关疾病辅助治疗,通过补充辅酶Ⅰ治疗心血管疾病具有广阔的前景。
 1、 NAD+对心肌能量代谢和功能的影响
 
  心肌细胞中能量产生的底物主要是脂肪酸,通过脂肪β氧化,NAD+还原为NADH,随后在线粒体内膜上经氧化磷酸化过程,NADH被氧化成NAD+并产生ATP供心肌细胞利用,NAD+/NADH比值对驱动能量产生的氧化还原反应至关重要。在心肌细胞线粒体功能障碍和缺血缺氧的情况下,线粒体乙酰化程度增加,导致心肌能量代谢障碍,引起心肌能量受损,并增加心肌对应激的易感性,缺氧的心肌通过糖酵解和酮体氧化供能,这种能量代谢的转变将降低NAD+/NADH比值而对心肌功能产生影响。Cox等[3]较早证实了NAD+影响线粒体氧化还原过程、改善能量代谢状态,从而改善心脏舒张功能。
 
  NAD+依赖性组蛋白脱乙酰化酶Srtuins、ADP核糖聚合酶(PARP)和环ADP核糖(cADPR)合酶通过消耗NAD+[使NAD+分解为烟酰胺(NAM)和ADP核糖]使其含量能在人体维持稳定。PARP负责DNA的损伤修复,通过在氨基酸残基上添加ADP-核糖基修饰靶蛋白,并参与基因表达、细胞凋亡等重要过程。Sirtuins有7种亚型,从染色质赖氨酸残基中除去乙酰基参与基因表观遗传修饰,这类酶家族活性的改变能对心脏的功能产生重要影响,SIRT1是研究最广泛的亚型,在NAD+的参与下通过调节组蛋白乙酰化状态从而调节心肌能量代谢和增强心脏对氧化应激的耐受。SIRT1的激活能使心脏抵抗心肌肥大、心肌纤维化和毒性损害等[4]。在衰竭的人类和动物心脏中发现线粒体蛋白高度乙酰化而影响能量代谢,补充NAD+增加SIRT3活性能降低乙酰化水平,改善心功能[5]。
 
  2、 NAD+与心脏缺血/再灌注损伤(I/R)和心肌重塑的关系
 
  在冠脉出现部分或完全阻塞后,血流量减少导致心肌缺血缺氧,线粒体供能障碍,NAD+进一步消耗、细胞内pH和ATP水平降低,导致细胞死亡和组织损伤,在冠脉恢复血供后因氧化应激产生大量活性氧(ROS)能进一步增加细胞内Ca2+超载而引起心肌损伤,严重可引起心跳骤停。研究表明,Sirtuins家族的某些亚型对I/R损伤有保护作用,补充NAD+的心肌保护作用可通过介导这类酶活性来实现。I/R可显着降低SIRT1的表达,实验显示,SIRT1有明显的心脏保护作用[6],在小鼠心脏敲除后暴露于I/R的心脏损伤增加,而心脏过表达SIRT1的小鼠可免受I/R损伤,SIRT1的脱乙酰酶活性取决于的细胞内NAD+水平,补充辅酶Ⅰ后增加酶活性从而减少氧化应激保护心脏免受I/R损伤。SIRT3敲除的小鼠也更容易表现出暴露于I/R的损伤,说明SIRT3的激活对缺血缺氧心脏也具有保护作用[7]。
 
  心肌重塑是心脏对各种应激状态所作出的一种适应性的改变,在一定程度上能维持心脏正常功能,但随着过程的进展逐渐发生一系列不良病理变化,包括心肌纤维化、心肌肥大,进而导致心力衰竭。肾素-血管紧张素-醛固酮系统的激活在心肌重塑发展过程中起重要作用,合成的血管紧张素Ⅱ和醛固酮激活多种促心肌重塑转录因子,诱导心肌成纤维细胞增殖并分泌大量胶原纤维沉积在心肌细胞间隙。国内研究显示,补充NAD+后通过SIRT1能抑制心肌成纤维细胞胶原的表达,减少胶原纤维在心肌的沉积[8]。另外NAD+也可作为一种心肌肥大信号传导的抑制剂,激动剂诱导小鼠心脏肥大后细胞内NAD+水平降低,补充NAD+后增加SIRT3去乙酰化活性能增强抗心肌肥大LKB1-AMPK信号活性,还能阻断促心肌肥大AKt1信号激活[9]。NAD+水平的升高还能抑制线粒体蛋白乙酰化增强心肌的应激性,对抗活性氧对心肌细胞的应激损害,补充NAD+对其活性的影响将为心肌重塑的治疗提供新靶点。
 
  3、 NAD+与心律失常和心力衰竭的关系
 
  心律失常病因复杂,大多涉及心肌离子通道功能和代谢应激状态的变化,引起心肌动作电位去极化和复极化失衡,最终导致血流动力学改变。NAD+作为一种细胞因子也可影响细胞的信号转导,可参与心脏电生理活动功能的调节。心脏的代谢状态能影响离子通道活性,因此心脏中NAD+的减少和Sirtuins活性降低与和心律失常风险增加存在联系,Liu[10]的研究已经证明了NAD+补充对心律失常的治疗效果。NAD+水平的变化可成为心律失常发生的诱因,而小鼠敲除SIRT1基因后导致心肌电压门控性钠通道去乙酰化而表达下调[11],导致心脏传导异常引起心律失常。其副产物cADPR和烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAADP)可能对心脏传导系统产生潜在负面影响,通过补充NAD+来减少心律失常风险的机制和作用仍需进一步研究。
 
  心力衰竭是各种心脏疾病发展的终末阶段,尽管临床对心衰发展机制的认识不断加深,但治疗心力衰竭的药物和方法并没有突破性的进展,补充辅酶Ⅰ可为心衰的治疗提供新思路。心肌细胞线粒体含量多,线粒体一旦出现损伤和功能障碍便会对心肌的供能产生严重影响,是心力衰竭发展过程中的重要机制。在衰竭的心脏中NAD+/NADH比值降低诱导线粒体蛋白乙酰化,心脏对应激敏感性增加,通过补充辅酶Ⅰ能恢复其比值平衡,降低线粒体蛋白乙酰化程度,使线粒体功能恢复,有助于改善心肌能量代谢状态和衰竭心脏的功能[12]。因此针对线粒体作为治疗目标有望成为心衰治疗的有效方法,而通过外源性辅酶Ⅰ的补充维持NAD+/NADH比值的恒定是线粒体功能障碍治疗的可行策略,另外NAD+的抗心肌重塑机制也可能在干预心衰的发展过程中发挥作用。
 
  4、 总结与展望
 
  NAD+对维持细胞的正常功能具有不可或缺的作用,对心肌的保护更具有广泛的影响,对多种心脏疾病也可以产生治疗和预防作用,甚至NAD+的缺乏可视为心脏多种疾病发病机制之一,其独特的作用具有广泛的应用前景。对于安全性问题,NAD+补充剂在经过较多临床试验和长期的应用中也证明了其安全性;但对于抗衰老等的作用尚未在人体上进行长期验证,在某些领域的应用还需更严谨的临床试验。注射用辅酶Ⅰ已作为冠心病、心肌炎的辅助治疗多年,对心脏的益处给多种心脏疾病的治疗和预防提供了新思路和方法,尽管临床前试验结果振奋人心,但对人体有效性仍缺少相关临床研究。既要明确影响其药动学差异的因素,也要制定不同心脏疾病的最佳治疗剂量,加强这一方面的研究能使补充辅酶Ⅰ作为心脏疾病新的治疗和预防手段更快应用到患者身上。相信我们会不断提升和改进治疗心脏疾病的技术,而辅酶Ⅰ的应用将会为这一领域的新突破提供希望。
 
  参考文献
 
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