日本庆应大学研究发现NMN或可预防糖尿病肾病

  《美国肾脏病学会杂志》发表的文章称,短期补充NMN可改善肾脏结构,提高早期糖尿病肾病小鼠的存活率。

  “我多长卿病,日久思朝廷,肺枯渴太甚,漂泊公孙城。”诗圣杜甫以一首《同元使君舂陵行》表达了自己一贯伤时忧世的思想,也感慨了自己晚年疾病缠身的苦难。然而杜甫所患的“长卿病”其实就是现代医学中的糖尿病,原来杜甫也是糖友之一。

  糖尿病多常见于饮食不规律、喜好暴饮暴食的肥胖者。但致命的其实并不是糖尿病本身,而是其引发的并发症,如糖尿病足、肾病、心血管病、白内障等(图1),其中糖尿病肾病以20%~40%的高发病率和致肾衰竭的高危险性成为了最难治的一种。

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图1. 糖尿病的常见并发症情况

  每5个糖友中就伴有1~2个慢性肾病患者,且尚无特效治疗方法,是目前患者面临的主要难题。针对该疾病的研究也多方向开展,其中一个便瞄向了与代谢息息相关的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)。

  目前已证实糖尿病肾病的进展与肾脏代谢异常及NAD+失调密切相关[1]。而日本庆应大学(Keio University)的Yasuda团队[2]在此基础上,通过对糖尿病肾病小鼠短期补充NAD+的直接前体β-烟酰胺单核苷酸(Nicotinamide mononucleotide,NMN),发现其对早期糖尿病肾病的具有长期保护作用。具体来说,两周的NMN注射(500 mg/kg)减少了肾脏损伤导致尿液中蛋白质过多(亦被称为“白蛋白尿”)的现象,改善了肾脏结构和功能,从而显著提高了小鼠存活率。目前该研究已被发表于《美国肾脏病学会杂志》(the Journal of the American Society of Nephrology)上。

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  图2.《美国肾脏病学会杂志》刊载的文章显示,短期补充NMN可预防小鼠糖尿病肾病

  NMN可抑制糖尿病小鼠的肾损伤并提高存活率

  Yasuda等人为了探究NMN对糖尿病小鼠的益处,在其出现白蛋白尿(即发生肾损伤)之前,预先短期补充NMN,即实验组为连续14天给II 型糖尿病8周龄小鼠腹腔注射500 mg/kg的NMN,或单独注射生理盐水;对照组为正常小鼠连续14天注射生理盐水 (图3),随后在第10周、第24周和第30周时评估NMN对各组小鼠肾脏的影响,主要指标包括白蛋白尿(ACR)的含量变化和小鼠的生存率。具体结果如下所示:

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图3. 试验流程图

  1)NMN可抑制糖尿病小鼠白蛋白尿的产生

  Yasuda等人发现,在10和24周龄时,补充NMN后糖尿病小鼠的白蛋白尿含量低于未补充NMN组(糖尿病小鼠+生理盐水),这表明补充NMN可抑制白蛋白尿的产生(图4中A和B)。此外,该种抑制作用在小鼠30周龄时仍能观察到,这说明NMN对白蛋白尿的抑制效果可长期存在(图4C)。

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图4. 短期补充NMN可长期抑制糖尿病小鼠产生白蛋白尿

  其中ACR为白蛋白尿与肌酐比值,可代表肾脏损伤程度,ACR越高,肾脏损伤越大。如图中红框所示,无论在刚补充完NMN的10周龄小鼠,还是长期的24和30周龄小鼠中,白蛋白尿的含量均低于未补充NMN的糖尿病小鼠。*代表P<0.05,均为显著差异。

  2)首次发现NMN可提高糖尿病小鼠的存活率

  Yasuda等人每周对小鼠进行生存监测直至24周,并进行生存分析评估。对比实验组和对照组的小鼠生存数据发现,短期补充NMN可糖尿病小鼠的死亡率降低15%,使其提高至正常小鼠的存活率(图5)。

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图5. 短期补充NMN可延长糖尿病小鼠的存活率

  NMN改善了糖尿病肾病的组织学变化

  相比苍白的数据指标变化,Yasuda等人利用免疫染色的方式,更加实质性的观察了补充NMN的糖尿病小鼠体内肾脏细胞和结构的变化,用以探究NMN是否对肾脏产生了保护作用。

  其实糖尿病在发展到早期肾脏疾病前,其主要特征是肾脏中负责过滤血液的肾小球亚结构增大,同时肾小球中可阻止血浆蛋白进入尿液的足细胞减少。其中足细胞足突是形成过滤屏障的亚结构,有助于维持正常的肾功能,该区域的损伤可能导致肾小球相关疾病。Yasuda等人通过PAS糖原染色测量糖尿病小鼠肾小球体积和系膜扩张程度,并通过电子显微镜观察足细胞足突数量和密度的变化。

  结果显示:1)补充NMN可改善糖尿病小鼠肾小球的系膜扩张(图6);

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图6. 短期补充NMN改善了糖尿病小鼠肾小球的系膜扩张

  其中A为肾小球的PAS染色。PAS染色全称为“过碘酸雪夫氏染色”,又名糖原染色。其与基底膜、系膜基质、纤维蛋白等可成阳性反应,从而可以观察系膜基质、基底膜等。颜色越深,代表系膜扩张越大;B为根据PAS的阳性程度进行定量分析。如图中红框所示,补充后NMN,糖尿病小鼠的PAS阳性反应率显著下降。*代表P<0.05,均为显著差异。

  2)NMN还可增加糖尿病小鼠足细胞足突的数量和密度(图7)。

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图7. 短期补充NMN增加了糖尿病小鼠足细胞足突的数量和密度

  A为小鼠的肾小球基底膜的电镜下图片,双箭头为基底膜的长度,单箭头为足细胞足突。如图所示,补充NMN后可显著增加足突数量;B为足细胞足突密度的定量分析。肾脏中足细胞足突的密度,表明肾脏的完整性和功能。足突密度=足细胞足突的平均数量/肾小球基底膜长度,如图中红线显示,补充NMN后糖尿病小鼠的足细胞足突密度显著升高。*代表P<0.05,均为显著差异。

  在这项研究中,首次发现连续14天的NMN补充可改善糖尿病小鼠的肾结构和功能,显著提高了糖尿病小鼠的存活率。值得一提的是,这种积极作用在给药后20周内依旧持续。对此,研究人员推测NMN或许是通过激活“长寿蛋白”Sirt1的活性,增加Sirt1的表达,从而延长了小鼠的寿命;又或者是NMN抑制了糖尿病小鼠的胃肠道穿孔或脑损伤等,然而这仍需要更多的研究来一探究竟。

  NAD+作为人体进行生理活动必不可少的辅酶,其直接前体NMN已被广泛利用。虽然NAD+和NMN已被证实对多种疾病具有积极作用,但在糖尿病肾病方向上,该项研究是第一个证实了短期补充NMN可抑制糖尿病肾病的长期进展,这为未来糖尿病肾病的预防和治疗可能提供了一个新方向。

  参考文献

  [1]Hasegawa K, Wakino S, Simic P, Sakamaki Y, Minakuchi H, et al. Renal tubular Sirt1 attenuates diabetic albuminuria by epige-netically suppressing Claudin-1 overexpression in podocytes[J]. Nat Med. 2013. 19: 1496–1504.

  [2] Yasuda I, Hasegawa K, Sakamaki Y, Muraoka H, Kawaguchi T, et al. Pre-emptive Short-term Nicotinamide Mononucleotide Treatment in a Mouse Model of Diabetic Nephropathy. J Am Soc Nephrol. 2021 Jun 1; 32(6):1355-1370.

  文章来源:https://www.nmn.cn/news/yu16n