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Cell|衰老並不可怕!適度運動、健康飲食等方式提高體內NAD+!

由 五山生物 發表于 明星2023-01-13
簡介圖5 長期服用NMN可防止外周組織中與年齡相關的基因表達變化,並增強骨骼肌的線粒體呼吸能力長期服用NMN顯著改善老年小鼠的眼功能、淚液分泌和骨密度除了代謝功能外,我們還評估了對照組和NMN給藥小鼠的其他病理生理變化

老人經常摔倒是怎麼回事

Cell|衰老並不可怕!適度運動、健康飲食等方式提高體內NAD+!

圖源百度

五山生物|報道

您:

運動、健康飲食可以提高NAD+濃度從而延緩衰老嗎?

我們:

肯定可以,這是最重要的!

您:

我不聽,我不聽,我要買MNM來吃,補充NAD+濃度。

我們:

朋友,MNM只在動物上做過實驗,未經過臨床驗證,要慎重吃哦!!

您:

我不聽,我不聽。

我們:

運動、健康飲食才是第一位,看看人家大佬們80多歲年齡,40多歲身體,我們呢?

您:

行,要不試試準時睡覺、適量運動、健康飲食……

Cell|衰老並不可怕!適度運動、健康飲食等方式提高體內NAD+!

圖源百度

NAD+的有效性隨著年齡和某些疾病狀況而降低。煙醯胺單核苷酸(NMN)是一種關鍵的NAD+中間體,已被證明可以增強NAD+生物合成並改善小鼠疾病模型中的各種病理。在這項研究中,我們在正常衰老期間對常規食物餵養的野生型C57BL/6N小鼠進行了為期12個月的NMN給藥。口服NMN可快速用於組織中合成NAD+。值得注意的是,NMN有效緩解了小鼠年齡相關的生理下降。在沒有任何明顯的毒性或有害影響的情況下,NMN抑制了與年齡相關的體重增加,增強了能量代謝,促進了體力活動,改善了胰島素敏感性和血脂水平,改善了眼功能和其他病理生理學。與這些表型一致,NMN防止了關鍵代謝器官中與年齡相關的基因表達變化,並增強了骨骼肌中線粒體氧化代謝和線粒體核蛋白失衡。NMN的這些作用突出了NAD+中間體作為人類有效抗衰老幹預措施的預防和治療潛力。

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引言

歷史上前所未有的全球人口老齡化趨勢預計將成為政府醫療財政的持續負擔。為了使衰老過程健康並防止昂貴的與年齡相關的健康問題,最近加強了開發有效、負擔得起的抗衰老幹預措施的努力,產生了一些有前途的化合物,如二甲雙胍、雷帕黴素和SIRT1啟用劑。儘管這些化合物最初是作為藥物開發的,但一些內源性化合物即使在很老的時候也有可能實現健康和富有成效的生活。

哺乳動物中的關鍵NAD+中間體煙醯胺單核苷酸(NMN)和煙醯胺核糖(NR)可能是此類候選物。NMN由維生素B3的醯胺形式煙醯胺(Nic)和5‘-磷酸核糖基焦磷酸(PRPP)透過煙醯胺磷酸核糖基轉移酶(NAMPT)合成。NR被煙醯胺核糖激酶(NRK)磷酸化為NMN。一旦合成NMN,它就會被三種NMN腺苷酸轉移酶NMNAT1-3轉化為NAD+。據報道,短期服用NMN或NR對代謝併發症和其他疾病有顯著的治療效果。例如,我們已經表明,NMN改善了老年野生型小鼠和一些遺傳小鼠模型中葡萄糖刺激的胰島素分泌的損傷。NMN治療還顯著改善飲食和年齡誘導的2型糖尿病或肥胖小鼠模型中的胰島素作用和分泌。此外,NMN透過防止缺血誘導的NAD+減少,保護心臟免受缺血/再灌注損傷,維持神經幹/祖細胞群,恢復老年小鼠骨骼肌線粒體功能和動脈功能、改善線粒體功能、阿爾茨海默病齧齒動物模型中的神經死亡和認知功能。NR還能夠改善肥胖小鼠模型和各種線粒體疾病模型中的線粒體功能障礙,減輕阿爾茨海默病模型小鼠的認知退化,防止DNA損傷和肝細胞癌形成,改善噪聲引起的聽力損失,並保持肌肉乾細胞功能。總之,這些發現強烈表明,透過施用NMN或NR增強NAD+生物合成是針對多種疾病的有效治療干預措施。

有趣的是,已經證明,增強NAD+生物合成可以延長酵母、蠕蟲和蒼蠅的壽命。在齧齒類動物和人類中,許多研究表明,NAD+含量隨著年齡的增長而下降,包括胰腺、脂肪組織、骨骼肌、肝臟、面板和大腦等多個器官。因此,使用NMN或NR增強NAD+生物合成有望對衰老自然過程中的各種病理生理變化提供顯著的預防作用。為了解決這個關鍵問題,需要在正常條件下對野生型小鼠進行長期給藥研究。

為了檢查長期服用NMN是否對年齡相關的病理生理變化顯示出預防作用,我們在飲用水中用兩種不同劑量的NMN處理了常規食物餵養的野生型小鼠12個月。我們評估了多種功能特性,以及長期安全性和毒性,發現NMN能夠顯著改善小鼠與年齡相關的生理衰退。我們從這項長期給藥研究中的發現為將NMN開發為一種人類有效的抗衰老化合物提供了概念證明。

結果

多種天然食品中含有NMN

最後,我們發現NMN確實包含在一些日常天然食物來源中(表1)。例如,毛豆(未成熟大豆)、花椰菜、黃瓜和捲心菜等蔬菜每100克含有0。25–1。88毫克NMN。鱷梨和番茄等水果也含有0。26–1。60 mg/100g。生牛肉和蝦的NMN含量相對較低(0。06-0。42 mg/100g)。考慮到人類紅細胞總含有約50 mg NMN(我們未發表的觀察結果),生理上相關量的NMN可能會從各種日常食物來源吸收到我們的身體,並有助於維持NAD+生物合成和整個身體的許多生理功能。

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表1 NMN存在於各種蔬菜、水果、肉、海鮮等天然食物中

口服NMN可增加血漿NMN和組織NAD+水平

在我們之前的研究中,我們發現,在常規食物餵養的野生型小鼠中,一次性腹腔注射NMN(500 mg/kg體重)會在15分鐘內增加肝臟、胰腺和白色脂肪組織(WAT)中的組織NMN和NAD+水平。為了使長期服用NMN成為可能,我們決定測試低劑量的NMN,並將其新增到飲用水中。我們確認,93–99%的NMN在室溫下的飲用水中保持完整7–10天(圖S1A)。接下來,我們透過口服管飼法向小鼠施用300 mg/kg體重的NMN,並在30分鐘內測量血漿NMN和肝臟NAD+水平。血漿NMN水平在2。5分鐘時急劇增加,從5分鐘進一步增加到10分鐘,然後在15分鐘時恢復到原始水平(圖1A),表明腸道吸收非常快。與這一概念一致,肝臟NAD+水平在15至30分鐘內穩定增加(圖1A)。我們還測量了NMN口服灌胃後60分鐘的組織NAD+水平。儘管在該特定劑量下差異沒有達到統計學意義,但在肝臟、骨骼肌和大腦皮層中觀察到NAD+水平相對較小的增加,但在WAT或棕色脂肪組織(BAT)中沒有觀察到(圖1B和S1B)。為了進一步確認口服NMN是否用於合成組織中的NAD+,我們使用了雙標記同位素NMN(C13-D-NMN;圖S1C),並透過質譜法追蹤了肝臟和比目魚肌中NAD+的這些標記。有趣的是,在肝臟中,透過口服灌胃給藥C13-D-NMN後,我們在10分鐘時清楚地檢測到雙標記NAD+(C13-D-NAD+),並且在30分鐘時C13-D-NAD+的水平進一步增加(圖1C和S1D)。在比目魚肌中,我們在30分鐘時檢測到C13-D-NAD+,但在10分鐘時未檢測到(圖1C和S1D)。這些結果表明,口服NMN可被快速吸收,有效地輸送到血液迴圈中,並在主要代謝組織中立即轉化為NAD+。

為了確定長期服用NMN對年齡相關病理生理的影響,我們使用常規食物餵養的野生型C57BL/6N小鼠進行了為期12個月的NMN服用研究(圖1D和S1E)。我們測試了兩種劑量的NMN,100和300mg/kg/天,從5個月到17個月大。在此期間,我們透過測量對照組和NMN給藥小鼠的水攝入量,仔細監測了小鼠對NMN的耐受性,發現在12個月內,NMN的給藥耐受性良好(見下文)。當小鼠喝一小口含NMN的水時,這種長期口服給藥方案可能會導致血漿或組織NMN和NAD+的穩態水平非常小的增加。然而,在技術上很難檢測血漿或組織NMN和NAD+水平的如此小的波動。儘管如此,我們觀察到肝臟和BAT中NAD+隨時間呈劑量依賴性增加的趨勢,但在其他組織中,包括骨骼肌和WAT中沒有這種趨勢(圖1E)。

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圖1 口服煙醯胺單核苷酸(NMN)可增加小鼠血漿NMN和組織NAD+水平

NMN給藥小鼠顯著抑制與年齡相關的體重增加

接下來,我們評估了對照組和NMN給藥小鼠的各種生理、生化和分子引數。我們發現,NMN給藥顯著且劑量依賴性地抑制了與年齡相關的體重增加(圖2A和2B)。時間和組之間存在統計學上高度顯著的相互作用(P<0。001 from the two-way repeated measures anova)。此外,線性劑量依賴性效應在4–12個月的所有時間點都具有統計學意義(pg/天組中,正常對照小鼠的平均體重減少百分比分別為4%和9%。透過繪製各組體重增加圖,NMN對年齡相關體重增加的抑制作用變得更加明顯(圖2B)。同樣,時間和組間的相互作用具有統計學上的高度顯著性(P<0。001 from the two-way repeated measures anova),線性劑量依賴性效應在2–12個月的所有時間點都具有顯著性(pg/天組的脂肪質量減少,瘦肉質量增加(圖S1F)。NMN給藥小鼠和對照小鼠在體長方面沒有顯示出任何可識別的差異(圖S2A)。有趣的是,當小鼠變老時,與對照小鼠相比,NMN給藥小鼠能夠以劑量依賴的方式維持更高水平的食物和水消耗(圖2C和2D)。這些結果證實,NMN對體重的影響並非由於生長缺陷或食慾下降。此外,對血細胞計數(圖S2B–E)、血液化學小組(圖S2F–W)和尿液(圖S2X)的分析均未檢測到NMN在任何劑量下的任何明顯毒性跡象。在對照組、100和300mg/kg/天NMN給藥的小鼠佇列之間,透過對數秩檢驗,在整個干預期內小鼠的存活率沒有檢測到統計學差異。對照組和NMN給藥小鼠的死亡原因(包括尿路梗阻、血栓形成和心肌梗死)沒有明顯差異(圖S3A)。這些結果表明,在常規食物餵養的小鼠中,NMN給藥可以以劑量依賴的方式顯著抑制與年齡相關的體重增加,而在整個12個月的干預期間沒有顯示任何嚴重的副作用。

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圖2 NMN給藥的小鼠在衰老過程中保持食物和水的攝入,同時表現出對年齡相關體重增加的抑制作用

NMN給藥的小鼠在暗照期間表現出增強的能量代謝和更高的體力活動

由於與對照小鼠相比,NMN給藥小鼠在衰老過程中表現出更高的食物攝入量,但體重較低,因此我們測量了對照、100和300 mg/kg/天NMN給小鼠在6個月和12個月時間點的耗氧量、能量消耗和呼吸商(圖3A–E)。100和300 mg/kg/天組在光照和暗照期間耗氧量顯著增加(圖3A)。100 mg/kg/天組24小時內和300 mg/kg/天的光照期內,能量消耗也顯著增加(圖3B)。在光照和暗照期間,兩組的呼吸商均顯著降低(圖3C),這表明NMN給藥小鼠將其主要能量來源從葡萄糖轉換為脂肪酸。儘管NMN給藥小鼠偶爾表現出較高體溫的趨勢,但體溫沒有顯著變化(圖S3B)。有趣的是,儘管氧消耗和能量消耗顯著減少,特別是在黑暗期,對照小鼠從6個月到12個月,但用NMN處理12個月的小鼠能夠在NMN給藥後6個月維持與對照小鼠接近的氧消耗和能源消耗(圖3D和3E)。總之,這些結果有力地表明,NMN對常規食物餵養的野生型小鼠中與年齡相關的能量代謝損傷具有顯著的預防作用。

我們還評估了12-15個月大的對照和NMN給藥小鼠的一般運動活動。測量了活動(whole-body movements)和養育(vertical activity)(圖3F和3G)。與對照小鼠相比,給予100 mg/kg/天NMN的小鼠在黑暗期表現出明顯更高的每小時行走量,而給予300 mg/kg/天的NMN的老鼠表現出略低的行走量(圖3F)。在飼養活動方面,對照組和100mg/kg/天組之間沒有顯著差異(圖3G)。然而,300mg/kg/天組在整個黑暗期的飼養活動都有所下降(圖3G)。因此,儘管NMN給藥可以刺激老年小鼠的能量代謝和一般運動活動,但較低的劑量似乎是這些特定引數的最佳選擇。

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圖3 服用NMN的小鼠在暗照期間能量代謝增強,體力活動增強

NMN給藥小鼠表現出改善的胰島素敏感性和血漿脂質分佈

我們透過進行腹膜內葡萄糖和胰島素耐受試驗(分別為IPGTT和ITT)以及在治療3、6、9和12個月時測量血漿脂質組,評估了NMN對葡萄糖和脂質代謝的影響。為了消除對照組和NMN給藥小鼠之間體重差異可能引起的混淆效應(圖2A),我們評估了對照組和服用NMN的小鼠體重匹配組中的這些代謝引數。在所有時間點,我們沒有觀察到對照組和100和300 mg/kg/天NMN給藥組之間的葡萄糖耐量有任何顯著差異(圖S4A)。三組IPGTT期間血漿胰島素水平無差異(圖S4B)。三組空腹胰島素水平均隨時間增加。然而,300 mg/kg/天NMN給藥組在治療3至9個月後,空腹胰島素水平趨於降低(圖S4C)。有趣的是,與對照組相比,NMN給藥組的餵食胰島素水平顯示出更低的胰島素水平趨勢(圖S4D),而三組的餵食血糖水平沒有差異(圖S4E)。與這些胰島素結果一致,在給予NMN 12個月後(小鼠17個月大),與體重匹配的對照組相比,給予NMN的小鼠顯示出顯著改善的胰島素敏感性(圖4A)。時間和組之間存在統計學上顯著的相互作用(P=0。023 from the Greenhouse-Geisser test in two-way repeated measures ANOVA),在30分鐘和45分鐘時間點,線性劑量依賴性效應分別具有統計學意義或接近顯著性(P=0。026 and P=0。061 in the one-way repeated measures ANOVA with unweighted linear term)。當繪製相對於0分鐘時間點葡萄糖水平的葡萄糖變化百分比時(圖4B),100和300 mg/kg組中胰島素敏感性的改善變得更加明顯,儘管在該評估中時間和組之間的相互作用沒有達到統計學意義(P=0。091 from the Greenhouse-Geisser test in two-way repeated measures ANOVA)。即使包括所有小鼠,仍觀察到胰島素敏感性的類似改善(圖S4F)。與這種改善的胰島素敏感性一致,在NMN給藥後6個月,兩個NMN給藥劑組的肝內甘油三酯水平(胰島素抵抗的替代物)較低,而在NMN給予後12個月,300mg/kg/天組的肝內甘油三酯水平較低(圖4C)。這些結果表明,長期服用NMN可以改善與年齡相關的胰島素敏感性下降,而不受其對體重的影響。

我們還比較了三組中膽固醇、甘油三酯和遊離脂肪酸(FFA)的血漿濃度。隨著時間的推移,膽固醇和甘油三酯的血漿濃度顯示出類似的變化。對於血漿FFA水平,時間和組之間的相互作用具有統計學意義(P=0。007 from the two-way repeated measures ANOVA),300mg/kg/天組沒有顯示出隨時間的任何統計學意義的增加,而對照組和100mg/kg/天組顯示隨著時間的推移顯著增加(在單向重複測量ANOVA中對受試者內效應的測試中Pg和300 mg/kg組的血漿FFA水平往往低於對照組,儘管每個時間點的差異沒有達到統計學意義(圖4D)。與體重匹配的對照小鼠相比,NMN給藥小鼠的這一趨勢似乎與較低的呼吸商(圖3C)、較低的肝內甘油三酯水平(圖4C)和較高的胰島素敏感性(圖4A)一致。

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圖4 NMN給藥小鼠顯示胰島素敏感性和脂質分佈改善

長期服用NMN可逆轉外周組織中與年齡相關的基因表達變化,增強骨骼肌的線粒體呼吸能力

對NMN給藥小鼠代謝引數的評估顯示,NMN對減輕年齡相關的生理下降有顯著作用。為了進一步評估NMN對分子事件的抗衰老作用,我們進行了微陣列分析,並在每組對照組和300mg/kg/天NMN給藥小鼠的6個月和12個月時間點之間,比較了包括骨骼肌、WAT和肝臟在內的關鍵代謝器官的全域性基因表達譜。在NMN治療6至12個月(11至17個月大)期間,對照組的骨骼肌、WAT和肝臟中分別有300、360和513個基因發生了顯著變化。大多數這些基因在這些時間點之間被下調(圖5A)。值得注意的是,對照組小鼠骨骼肌、WAT和肝臟中分別有76。3%、73。1%和41。7%的基因發生了變化,在NMN給藥小鼠中沒有發生顯著變化(圖5A),這表明NMN能夠防止這三種外周組織中與年齡相關的轉錄變化。儘管如此,在這三種關鍵代謝組織中,基於兩次比較之間Z比率的絕對值之和(Z差異),在前20個基因中沒有觀察到共同基因(圖S5A),這意味著NMN對轉錄的影響是組織特異性的。我們還對基因集富集(PAGE)進行了引數分析,發現分別顯示對照小鼠骨骼肌、WAT和肝臟顯著變化的55。5%、54。4%和32。2%的生物途徑在NMN給藥小鼠中沒有顯著變化(圖5B)。NMN影響了這些組織中的多種生物途徑,沒有觀察到明顯的共同途徑(圖S4B)。然而,應注意的是,與免疫功能和炎症相關的幾種WAT生物途徑在老年對照小鼠中顯著上調,而這些年齡誘導的改變在NMN給藥小鼠中減弱(例如,細胞因子啟用、白細胞啟用、免疫應答;圖S5B),表明NMN給藥改善了與年齡相關的脂肪組織炎症增加,這是肥胖和胰島素抵抗的標誌(Berg and Scherer, 2005)。

接下來,我們對整個基因集進行了主成分分析(PCA),以進一步檢查NMN給藥對年齡相關轉錄變化的全域性影響(圖5C)。第一主成分(PC1)解釋了資料集中20-23%的差異,並似乎將年輕小鼠(藍色和綠色)的骨骼肌、WAT和肝臟的表達譜與年老小鼠(紅色和橙色)的表達譜分開。有趣的是,與老年對照小鼠(紅色)相比,NMN給藥小鼠(橙色)表現出沿著PC1軸向年輕小鼠(藍色和綠色)的轉變,特別是在骨骼肌中,這支援了我們的觀點,即NMN給藥劑可防止與年齡相關的轉錄變化。

鑑於骨骼肌表現出NMN最深刻的預防作用,我們對對照組和300mg/kg/天NMN處理小鼠的滲透性骨骼肌進行了高解析度呼吸測定。NMN處理小鼠的骨骼肌顯示,新增線粒體解偶聯劑FCCP誘導的最大呼吸速率顯著增強,丙酮酸、ADP和琥珀酸刺激的線粒體氧化代謝增加趨勢(圖5D),表明NMN刺激骨骼肌中的線粒體氧化代謝。有趣的是,NMN給藥還增加了骨骼肌線粒體提取物中線粒體DNA編碼的線粒體蛋白MTCO1(細胞色素c氧化酶亞基1)和核DNA編碼的心肌蛋白ATP5A(ATP合成酶亞基5α)或SDHB(琥珀酸脫氫酶複合物亞基B)的比率(圖5E),這表明NMN在骨骼肌中誘導兩種嚴重相關的線粒體改變,即線粒體核蛋白失衡和線粒體氧化代謝(Gomes et al。, 2013; Houtkooper et al。, 2013; Mouchiroud et al。, 2013; van de Weijer et al。, 2015)。總之,這些發現表明,NMN介導其抗衰老作用,至少部分透過以組織特異性的方式防止與年齡相關的基因表達變化,並增強骨骼肌中線粒體核蛋白失衡和線粒體氧化代謝。

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圖5 長期服用NMN可防止外周組織中與年齡相關的基因表達變化,並增強骨骼肌的線粒體呼吸能力

長期服用NMN顯著改善老年小鼠的眼功能、淚液分泌和骨密度

除了代謝功能外,我們還評估了對照組和NMN給藥小鼠的其他病理生理變化。據報道,C57BL/6N小鼠株攜帶rd8突變,即Crb1基因中的單核苷酸缺失(Mattapallil et al。, 2012)。這種特定突變導致視網膜下小膠質細胞和巨噬細胞的年齡依賴性積累,這與眼底淺色斑點的形成相對應(Aredo et al。, 2015)。因此,我們對對照組和NMN給藥小鼠進行了眼底生物顯微鏡檢查。有趣的是,儘管所有5只17個月大的對照C57BL/6N小鼠的眼底都顯示出許多淺色斑點,但分別在100和300 mg/kg/天劑量下,5只小鼠中有2只和4只顯示出這些斑點的顯著減少,這表明C57BL/6GN小鼠中由rd8突變引起的年齡相關的病理變化可能受到NMN的抑制(圖6A)。為了評估長期服用NMN對視網膜反應的影響,我們進行了視網膜電圖(ERG)。在ERG分析中,刺激和組之間存在顯著的相互作用(P=0。009 from the two-way repeated measures ANOVA),兩種劑量的NMN給藥小鼠在0和5 db時表現出明顯更高的振幅(P=0。035 and 0。022 for the 300 mg/kg group at 0 and 5 db, respectively; P=0。009 for the 100 mg/kg group at 5 db from the Dunnett T3 test in the one-way repeated measures ANOVA within groups),表明NMN能夠防止C57BL/6N小鼠的杆細胞功能下降(圖6B)。此外,在100和300mg/kg/天組的整個刺激範圍內,觀察到暗b波和光b波的改善,分別代表Müller/雙極細胞功能和錐體細胞功能(圖6C和6D),儘管刺激和組之間沒有實現統計上顯著的相互作用。由於人類和齧齒類動物的淚腺功能隨著年齡的增長而降低(Zoukhri, 2006),我們還透過改良的Schirmer試驗評估了對照組和NMN給藥小鼠的淚腺產生。值得注意的是,在給予NMN 12個月後,NMN以劑量依賴的方式增加了淚液產量(圖6E)。在300mg/kg/天組中觀察到的淚液產量與小鼠一生中的最大淚液產量相當。除了NMN對眼功能的這些影響外,我們還檢測到NMN給藥小鼠的骨密度以劑量依賴的方式輕微但顯著增加(圖6F)。兩種劑量的NMN給藥也顯著減少了中性粒細胞的數量,而300mg/kg/天的劑量則增加了淋巴細胞的數量(圖S2D–E)。這些額外的發現支援了我們的觀點,即NMN對多種年齡相關的病理生理變化具有顯著的抗衰老作用。

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圖6 長期服用NMN顯著改善老年C57BL/6N小鼠的眼功能、淚液分泌和骨密度

英文原文

Gomes AP, Price NL, Ling AJ, et al。 Declining NAD(+) induces a pseudohypoxic state disrupting nuclear-mitochondrial communication during aging。 Cell。 2013。