NAD如何为细胞提供能量并延缓衰老

How NAD Keeps Your Cells Energized and Slows Down Aging

科学家们发现了一种名为NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）的分子的关键功能，这种分子对于能量产生和细胞修复至关重要。线粒体作为NAD的储存库，但如果随着时间的推移逐渐耗尽，可能会加速衰老和疾病的进程。有希望的治疗方法集中在提高NAD水平以对抗这些效应。

NAD是一种对细胞能量和DNA修复至关重要的分子，在衰老和像癌症和神经退行性疾病等疾病中起着核心作用。

最近的研究揭示了线粒体如何充当NAD的储存库，以支持细胞在需求增加时的功能。这一见解为缓解衰老及相关疾病的治疗策略打开了大门。

NAD：生命中必不可少的分子

这一突破性发现的核心是一种称为NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）的分子。

领导这项研究的国际团队的伯格大学（UiB）生物医学系教授Mathias Ziegler强调了其重要性：

“NAD的奇妙之处在于，它对生命至关重要，因为它在所有细胞过程中发挥着关键作用。因此，失调的NAD水平与衰老过程以及从癌症到糖尿病和神经退行性疾病等多种病理有关。原因在于它在能量代谢和关键功能调节中占据核心位置。”

NAD如何为细胞提供能量

所有身体功能都依赖于能量——没有它，我们无法跑步、呼吸或思考。我们的身体，更具体地说是我们的细胞，从我们吃的食物中获得这种必需的能量。营养物质如糖类和脂肪被分解并转化为细胞用于驱动一切活动的能量形式。

“NAD在这个转化过程中起到中心作用，它就像一个可充电电池。它由食物中提取的能量充电，并将其传递给细胞的所有活动。这种能量传递的一个重要部分发生在被称为线粒体的细胞结构中，它们也被称为细胞的动力源。”Ziegler解释道。

衰老、DNA修复和NAD需求

重要的是，NAD还参与细胞内的许多其他关键功能。它作为一种化学信号，调节基因表达和DNA修复等发生在细胞核中的关键事件。

“有趣的是，随着年龄的增长，我们的DNA可能会累积损伤，这反过来会增加对NAD分子的需求。事实上，我们看到随着年龄增长，细胞内的NAD水平下降，据认为增加的DNA修复活动是这种下降的主要原因之一。”Ziegler解释说。

“当线粒体或其NAD储存库受到长时间影响或耗尽时，问题就出现了。”

但细胞如何应对NAD需求的增加？NAD水平下降是否必然导致病理状况？

为了解答这些问题，Ziegler和他的团队开发了模型，研究细胞在衰老过程中如何应对NAD水平的减少。

他们之前已经开发了一种方法，可以在活细胞中检测NAD分子及其分布。

此外，他们现在应用了先进的分析技术，包括高分辨率质谱仪，以研究依赖NAD的过程的细胞动力学。

结果，研究人员发现了线粒体在维持细胞NAD水平方面先前未被认识的作用：

“这些细胞器充当NAD储存库，在细胞正常运作时充满，并在需求增加时为细胞提供NAD。”该研究的第一作者、博士生Lena Høyland解释道。

通过CRISPR-Cas9基因编辑等基因工程技术，他们确定了线粒体如何对抗细胞NAD下降的分子机制。

“因此，细胞似乎可以普遍容忍较低的NAD水平。”她补充道。

“然而，当线粒体或其NAD储存库在长时间内受到影响或耗尽时，可能会产生致命后果，因为细胞可能不再有足够的NAD‘电池容量’来驱动关键的能量依赖性过程。”Ziegler教授总结道。

探索NAD补充在衰老中的应用

近年来的研究表明，线粒体功能障碍和细胞NAD水平降低是衰老和与年龄相关疾病（如痴呆或神经退行性疾病）的特征。

基于新的发现，研究团队认为，线粒体NAD过度耗竭可能是导致细胞功能障碍和与衰老相关的疾病的关键因素之一。

实际上，挪威和其他地方的初步临床试验使用旨在增加NAD水平的治疗性补充方法已取得了令人鼓舞的结果。

“我们非常兴奋，发现了另一个可能涉及疾病发展和进展的机制。”Høyland表示，Ziegler总结道：

“我们的研究还展示了基础研究的重要性，以确定减缓衰老和治疗与衰老相关疾病的有希望的目标。”

研究成果发表在著名的《自然代谢》杂志上，并在同一期的新闻与观点文章中进行了介绍。

参考文献：“亚细胞NAD+池相互连接并由线粒体NAD+缓冲”由Lena E. Høyland、Magali R. VanLinden、Marc Niere、Øyvind Strømland、Suraj Sharma、Jörn Dietze、Ingvill Tolås、Eva Lucena、Ersilia Bifulco、Lars J. Sverkeli、Camila Cimadamore-Werthein、Hanan Ashrafi、Kjellfrid F. Haukanes、Barbara van der Hoeven、Christian Dölle、Cédric Davidsen、Ina K. N. Pettersen、Karl J. Tronstad、Svein A. Mjøs、Faisal Hayat、Mikhail V. Makarov、Marie E. Migaud、Ines Heiland 和 Mathias Ziegler撰写，2024年12月13日，《自然代谢》。DOI: 10.1038/s42255-024-01174-w

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