守护“健康长城”|韩国亚洲大学:NMN或可缓解炎症性肠病

  《Redox Biology》:一种会限制NAD+合成速度的酶与结肠炎的严重程度密切相关,而NMN则可有效缓解并使小鼠存活率加倍。

  若将人体的健康视为一座城市,那么肠道于人体而言就如守护健康的“长城”,肠道内的巨噬细胞(一种免疫细胞类型)则如为城墙上的“士兵”,抵御外界细菌、炎症的侵犯。然而,战争往往是残酷的,虽然巨噬细胞可以将细菌、炎症驱逐出境,但若细菌源源不断,炎症反复发作,也会使肠道不堪重负,从而引发疾病,如炎症性肠病。

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图1: 炎症性肠病常见症状

  炎症性肠病主要是一组累及回肠、直肠、结肠的炎症性疾病,常见症状为腹痛、腹泻、血便等。持续和过度炎症是目前该疾病的主要发病因素之一,而其他的因素或机制尚在研究中。最近,韩国亚洲大学(Ajou University)的You-Sun Kim(图2)教授所在的研究团队在该方面取得了重要进展。

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  图2: You-Sun Kim教授,韩国亚洲大学医学院,生物化学与分子生物学系

  Kim等人发现[1],一种负责合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+,一种影响细胞能量的关键分子)的限速酶与小鼠结肠炎的严重程度有关,即当巨噬细胞中缺乏NAMPT酶(烟酰胺磷酸核糖转移酶)时,会显著减少NAD+的合成,导致结肠炎恶化、小鼠存活率降低;而当一周内给小鼠注射3次500 mg/kg的β-烟酰胺单核苷酸(Nicotinamide mononucleotide, NMN)后,结肠炎的严重程度得到显著缓解,并提高了小鼠的存活率。

  该研究阐明了炎症和结肠炎发生的潜在机制,还提出了补充NMN或是有效改善该疾病的潜在方式之一,目前已发表于《氧化还原生物学》(Redox Biology)(图3)。

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  图3: 《Redox Biology》:巨噬细胞中的NAMPT可通过增强吞噬功能中的氧化还原敏感性来减轻结肠炎的严重程度。

  NAMPT是NAD+合成的主要限速酶

  NAD+是生命必需分子,参与各项生理活动,其合成主要由两种不同的途径产生,即补救合成途径和从头合成途径(图4)[2]。而NAMPT酶作为补救合成途径中合成NAD+的限速酶,主要负责催化NMN转化为NAD+,对维持细胞能量至关重要,并且与多种炎症性疾病有关,包括类风湿性关节炎、糖尿病和败血症[3,4]。

  然而,NAMPT酶在炎性巨噬细胞中的作用尚未完全阐明,特别是在炎症性肠病的情况下。

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图4: NAD+的从头合成途径和补救合成途径

  炎症区域NAMPT酶升高可能与巨噬细胞群的聚集相关

  为了研究NAMPT酶炎症性肠病中的作用,Kim等人分析了患者结肠活检中NAMPT的表达。

  结果显示,与正常结肠组织相比,炎症性肠病患者的巨噬细胞数量更多,组织纤维化增加,但炎症区域的NAMPT(基因/蛋白)表达增强(图5)。

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图5: 炎症性肠病患者的结肠中NAMPT表达增强

  A为基因表达图;B为蛋白表达图。

  为进一步确定上调的NAMPT酶在炎症性肠病中的具体作用,Kim等人用DDS(2.5%硫酸葡聚糖钠)促使正常小鼠罹患结肠炎(图6A)。

  结果显示,正常小鼠在服用DSS后,在第7天时发现其结肠上皮结构破坏、炎症区域范围扩大、粘膜增厚。然而值得注意的是,巨噬细胞的数量与NAMPT酶变化趋势一致,在炎症处大量聚集(图6B)。这说明,NAMPT酶与巨噬细胞似乎存在相关性。

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图6: 炎症区域NAMPT酶升高可能与巨噬细胞群的聚集相关

  图A为DSS诱导小鼠结肠炎模型实验流程图;图B为NAMPT酶和巨噬细胞群的免疫染色图。

  巨噬细胞中NAMPT缺乏会导致结肠炎恶化

  为了确定巨噬细胞与NAMPT酶的关系,Kim等人通过基因敲除技术,除去了小鼠体内巨噬细胞中的NAMPT基因(使巨噬细胞不能正常产生NAMPT酶),并人为的引发了这些小鼠的结肠炎(给小鼠服用DSS)。

  结果显示,在诱导结肠炎后,对照组小鼠(未敲除NAMPT基因的小鼠)在第10天时体重减轻10%,但未影响其存活率;相比之下,敲除NAMPT基因的小鼠的体重减轻了24%,且其中42%死于疾病(图7A-B);此外,这两种小鼠的疾病活动指数也具有显著差异,这表明在发生结肠炎时,巨噬细胞表达出的NAMPT酶可对小鼠产生保护作用(图7C)。

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  图7: 敲除巨噬细胞中的NAMPT导致结肠炎小鼠存活率降低,而正常表达的可抵抗结肠炎对小鼠的损害。

  图A为小鼠存活率;B为小鼠体重变化;C为结肠炎小鼠的疾病活动指数,其指根据大便稠度、大便出血和体重减轻对疾病严重程度进行评分,评分越高,说明疾病越严重。

  除上述发现外,Kim等人对这两种小鼠进行了解剖,实际考察了结肠炎对小鼠内脏的伤害。结果显示,与正常小鼠相比,敲除NAMPT基因小鼠的结肠长度明显更短(图8A),而组织破坏、程度和炎症程度更高(图8B)。这表明巨噬细胞中NAMPT基因的缺失会导致结肠炎严重恶化。

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  图8: 巨噬细胞中NAMPT缺乏会导致结肠炎恶化。

  图A为结肠长度变化;B为组织损害程度评分图、溃疡评分图和炎症评分图。

  NMN可使患有结肠炎的小鼠存活率加倍

  由于NAMPT酶是合成NAD+的限速酶,因此Kim等人便假设巨噬细胞中NAMPT酶缺乏不能为细胞合成充足的NAD+来对抗炎症,从而加重结肠炎,但补充NMN可能会抵抗这种损伤。

  为验证该假设,Kim等人分别检测了结肠炎小鼠中NAD+的水平和补充NMN(500mg/kg)的效果。

  结果显示,NMN显著降低小鼠的疾病活动指数,提高存活率(图9A-B)。具体而言,PBS(一种不会对小鼠产生影响的生理溶液)仅保持了33%的存活率,而NMN可使存活率加倍(67%)(图9C)。而对于NAD+水平来说,亦符合Kim等人猜想,即NAMPT基因敲除导致NAD+水平下降,结肠炎恶化,而当补充NMN后,该现象可被显著逆转。

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  图9: NMN可使结肠炎小鼠的存活率加倍。

  图A为存活率;B为疾病活动指数;C为具体存活率;D为NAD+水平变化。

  接下来,Kim等人检查了长期NMN的安全性。结果显示,NMN给药14天后在结肠、肝脏或脾脏中均未观察到任何异常变化(图10),血液指标也无变化。这表明NMN可减轻结肠炎的同时不产生肝毒性,具有良好安全性。

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图10: NMN安全性良好,未对小鼠结肠、肝脏或脾脏产生损伤

  Kim等人通过罹患结肠炎的小鼠模型,发现了巨噬细胞中NAMPT酶对于该疾病的重要性,即NAMPT升高可充分应对炎症疾病,但当其缺乏时,会显著加重结肠炎。

  当炎症入侵时,免疫细胞会调动一切“兵力”来抵御外敌、修复自身。然而随着年龄增长,细胞内NAD+和NAMPT酶的含量随之降低,士兵会逐渐缺乏战斗力,导致多种疾病的发生。而NAD+的直接前体NMN的出现,仿佛是振奋士气的“冲锋号”,不仅对炎症性肠病,对其他多种与年龄相关的疾病或许都是一种改善策略,从而筑牢人体的“健康长城”。

  参考文献

  [1] Hong SM, Lee AY, Hwang SM, et al. NAMPT mitigates colitis severity by supporting redox-sensitive activation of phagocytosis in inflammatory macrophages. Redox Biol. (2022)Jan 15;50:102237.

  [2] A. Garten, et al., Nampt: linking NAD biology, metabolism and cancer, Trends Endocrinol. Metabol. 20 (3) (2009) 130–138

  [3] A. Garten, et al., Physiological and pathophysiological roles of NAMPT and NAD metabolism, Nat. Rev. Endocrinol. 11 (9) (2015) 535–546.

  [4] V. Audrito, V.G. Messana, S. Deaglio, NAMPT and NAPRT: two metabolic enzymes with key roles in inflammation, Front. Oncol. 10 (2020) 358.

  文章来源:https://www.nmn.cn/news/yu27n