NAD如何為細胞供能並延緩衰老

NAD，這個對細胞能量及DNA修復至關重要的分子，在衰老以及像癌症、神經退行性疾病等病症中扮演著核心角色。近期研究揭示了粒線體如何充當NAD的儲存庫，在需求增加時為細胞提供支援。此項發現為減緩衰老及相關疾病的治療策略開闢了新途徑。

這項具有開創性的發現核心是一種名為NAD的分子，它是煙醯胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dinucleotide）的縮寫。

卑爾根大學（UiB）生物醫學系的馬蒂亞斯·齊格勒教授率領了此次國際研究團隊，他強調了NAD的重要性：「NAD最迷人之處在於，它對生命至關重要，在所有細胞過程中都發揮著關鍵作用。因此，NAD水平失調與衰老過程以及從癌症到糖尿病和神經退行性疾病等眾多病症都有關聯。原因在於它在能量代謝和重要功能調節中都佔有重要地位。」

所有身體功能都依賴能量，沒有能量，我們無法跑步、呼吸，甚至無法思考。我們的身體，更準確地說是細胞，從我們攝入的食物中獲取這種必需的能量。糖和脂肪等營養物質被分解，轉化為細胞用於驅動各種活動的能量形式。

齊格勒教授解釋道，NAD在這些轉化過程中至關重要，它就像一塊可充電的電池。它從食物中獲取能量並充電，然後將能量傳遞出去，為所有細胞活動提供動力。這個能量轉移的重要環節發生在被稱為「細胞發電廠」的粒線體中。

關鍵的是，NAD還對整個細胞的許多其他重要功能有貢獻。它作為一種化學訊號，調節包括基因表達和DNA修復等在細胞核中發生的關鍵細胞事件。

齊格勒教授解釋說：「有趣的是，在衰老過程中，我們的DNA可能會積累損傷，這反過來又會增加對NAD分子的需求。事實上，我們發現隨著年齡增長，細胞中的NAD水平會下降，據推測，DNA修復活動增加是導致這種下降的主要原因之一。」

然而，當粒線體或其NAD儲備在長時間內受到影響或被過度消耗時，問題就出現了。

但細胞如何應對NAD需求的增加，NAD水平下降是否必然導致病態狀況呢？

為了回答這些問題，齊格勒教授和他的團隊建立了模型，研究細胞在衰老過程中對NAD水平降低的反應。

他們此前已經開發出一種方法，能夠檢測活細胞中的NAD分子及其分佈。

此外，他們現在採用了先進的分析技術，包括高解析度質譜法，以研究依賴NAD的過程中的細胞動力學。

研究結果顯示，研究人員發現了粒線體在維持細胞NAD水平方面此前未被認識到的作用：「這些細胞器充當NAD的儲存庫，在細胞正常運作時充滿NAD，在需求增加時為細胞提供NAD。」該研究的博士生兼第一作者莉娜·赫伊蘭德解釋道。

利用CRISPR - Cas9基因編輯等基因技術方法，他們得以確立粒線體對抗細胞NAD下降的分子機制。

她說：「細胞似乎通常能很好地耐受細胞NAD水平的下降。」

齊格勒教授補充道：「然而，問題在於粒線體或其NAD儲備若長時間受到影響或被過度消耗，可能會產生致命後果，因為細胞可能不再有足夠的NAD「電池容量」來驅動重要的、依賴能量的過程。」

過去幾年的研究已經證實，粒線體功能障礙和細胞NAD水平降低是衰老以及與年齡相關的疾病（如痴呆症或神經退行性疾病）的特徵。

基於這些新發現，研究團隊認為，粒線體NAD的過度消耗可能是導致細胞「發電廠」功能失調，進而引發與衰老相關疾病的關鍵因素。

事實上，挪威和國際上旨在提高NAD水平的治療性補充方法的初步臨床試驗已經取得了令人鼓舞的結果。

赫伊蘭德表示：「我們很高興發現了另一種可能與疾病發展和程序有關的機制。」齊格勒教授總結道：「我們的研究也證明瞭基礎研究對於確定有望減緩衰老和治療與衰老相關疾病的目標的重要性。」

研究結果已發表在著名期刊《自然代謝》（Nature Metabolism）上，並在同一期的一篇「新聞與觀點」文章中得到重點介紹。

參考文獻：Subcellular NAD+ pools are interconnected and buffered by mitochondrial NAD+ ，作者Lena E. Høyland、Magali R. VanLinden、Marc Niere等，發表於2024年12月13日的《自然代謝》。DOI：10.1038/s42255 - 024 - 01174 - w