200年前的欧洲，生活的窘困导致一部分穷苦人缺乏肉食而长期以玉米等谷物为食，同时也令这些人罹患糙皮病。西班牙医生Gasper Casal发现糙皮病患者饱受皮炎、腹泻和痴呆等症状的折磨，最终走向死亡。公元19至20世纪，世界上每年会有上千人死于糙皮病，而人们也在与疾病抗争的过程中逐渐发现了干酵母对糙皮病的神奇疗效。1937年，Conrad Elvehjem发现从肝脏中分离出的尼克酸可以治疗与人类糙皮病症状类似的犬类黑舌病，于是人们开始猜测干酵母治愈糙皮病的功效很可能与含有类似尼克酸的神秘物质有关。进一步的科学研究发现，糙皮病是由长期缺乏维生素B3和色氨酸导致。由于维生素B3和色氨酸对于辅酶NAD+的合成至关重要，人们最终确定：干酵母中的NAD+是其对糙皮症产生神奇治疗效果的根源所在！研究糙皮病的历程令科学家们逐渐认识到NAD+对机体健康的重要作用，而最近的研究更是发现NAD+与衰老和寿命的调控密切相关。本期“醉心科学”科普团队将和大家一起探讨NAD+调控生物体衰老的神奇过程。

富含辅酶NAD+的干酵母

　　NAD+的发现历程

　　辅酶NAD+的中文全称为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，是维生素B3的衍生物。1904年，诺贝尔化学奖得主Sir Arthur Harden首先在酵母发酵过程中发现辅酶NAD+的存在。1942年，Hans von Euler-Chelpin从酵母提取物中首次纯化出辅酶NAD+，并且解析其基本结构。此后，Otto Warburg又发现NAD+在线粒体的氧化还原反应中发挥重要作用。而近年来的研究表明，NAD+作为体内存在的小分子化合物，在能量代谢、信号转导、维持机体生理功能以及衰老和疾病的调控中发挥着关键的作用。

NAD+的化学分子式（左）和市售的保健品NAD+前体Nicotinamide Riboside（右）

NAD+与衰老研究的代表性事件

　　NAD+的不老药之旅

　　NAD+最早为人们熟知的功能是作为辅酶参与生物体内的能量代谢过程。此外，NAD+作为底物调控细胞信号转导也吸引了科学家们的广泛关注。不过最令人兴奋的是， NAD+介导的信号通路对衰老的进程也发挥着重要的调控作用。

Zhu et al. PNAS. 2015； 127(3)：223  -30

　　基于低等模式生物酵母、线虫和果蝇的研究发现，NAD+的含量随着年龄的增长而降低，而补充NAD+则能够有效延长上述模式生物的寿命。2013年，Mouchiroud等发现与年轻的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）相比，年老线虫中NAD+的含量显着降低。添加200 μM的NAD+前体化合物烟酰胺单核苷酸（Nicotinamide Mononucleotide， NMN）能够增加线虫体内的NAD+含量，同时令线虫的寿命延长10%~20%。与之相反，百草枯(Paraquat， 4 mM)处理可以降低线虫体内的NAD+含量，进而使线虫的寿命缩短了2/3。

　　科学家们同时发现，随着年龄的增长，哺乳动物各组织器官（如脑，肝脏，胰腺，脂肪组织，肌肉和皮肤等）中也会出现NAD+含量降低的现象。补充NAD+前体NMN（100和300 mg/kg/day）可以提高组织中的NAD+含量，同时能够延缓由衰老引起的生理功能衰退，包括抑制体重增加，增强能量代谢，提高对胰岛素的敏感性，改善视力，增加骨密度以及提升免疫能力等。此外，NAD+可以拮抗由衰老引起的骨骼肌、白色脂肪和肝脏的基因表达谱的改变。长时间监测未见NMN的明显副作用。

Mills et al. Cell Metabolism. 2016； 24： 1 – 12

　　NAD+与人类的衰老亦有一定的相关性。2016年，Chaleckis等人在分析老年人和年轻人的血液代谢物时发现，NAD+含量伴随年龄增长而降低。此外，Song 等用NAD+合成酶抑制剂处理人成纤维细胞，能够促进细胞的衰老；而添加NAD+的前体物质可以延缓人类细胞衰老的表型。

　　干细胞耗竭是机体衰老的重要标志和驱动力。2016年，瑞士的研究团队报道了NAD+对于维持肌肉干细胞稳态的作用。与以往的研究相一致，与年轻小鼠相比，年老小鼠的肌肉干细胞中的NAD+含量下降，细胞数目减少，修复能力降低。添加NAD+的前体Nicotinamide Riboside（NR， 400 mg/kg/day）可以增加年老小鼠的肌肉干细胞数目，延缓细胞衰老，增强年老小鼠的运动能力。该研究进一步发现，NAD+很可能是通过激活SIRT1长寿蛋白活性和线粒体未折叠蛋白反应（Unfolded protein response， UPR）以及维持线粒体的功能，进而延缓干细胞的衰老。

　　其他的研究亦表明，NAD+作为参与生物体内氧化还原反应的辅酶，能够有效增强线粒体的功能（包括增强线粒体电子传递链蛋白的表达，维持线粒体膜电位，提高氧化呼吸率和细胞内ATP的水平，以及维持线粒体UPR反应和自噬能力以及促进线粒体再生）。2016年，Fang等利用共济失调性毛细血管扩张症（Ataxia telangiectasia，A-T）疾病动物模型研究了NAD+延长寿命的分子机制。在A-T模型中，以NAD+为底物的DNA修复酶PARP1（poly-ADP-ribose polymerase 1）过度激活，导致NAD+库的耗竭，进而引起线粒体自噬能力的减弱，最终导致神经元细胞死亡。补充NAD+则能够有效恢复线粒体的功能，改善DNA修复能力，进而缓解A-T疾病的症状。NAD+的这种保护作用依赖于SIRT1和DAF16（FOXO）的活性。该研究有助于深入理解衰老的过程及衰老相关疾病的发病机制。

Fang et al. Cell Metabolism. 2016； 24： 566 – 581

　　NAD+有望成为治疗衰老相关疾病的靶点吗？

　　随着全球老龄化时代的到来，人们对衰老的关注度也越来越高。古人片面追求长生不老，而当今社会则需要理性地探索如何延缓衰老以及实现健康衰老（healthy aging）。目前的研究结果提示NAD+可能成为干预衰老进程和治疗衰老相关疾病的重要突破口之一。

NAD+助力于延缓衰老

　　研究人员已经发现，用NAD+前体NR（250 mg/kg/day）处理阿尔兹海默症（AD，又称老年痴呆）小鼠模型，能增加PGC-1α的表达，降低β-内分泌酶的活性，减少β-淀粉样蛋白（β-amyloid protein，Aβ）的产生，并明显改善动物的认知能力。

　　此外，NAD+还有助于治疗其它神经退行性病变。华勒变性（Wallerian degeneration)是指神经纤维受各种外伤断裂后，轴突由于得不到胞体的营养支持，很快发生变性、解体，残骸由施旺细胞和巨噬细胞吞噬清除，是神经退行性疾病的普遍特征。人们发现，补充NAD+可以有效保护疾病小鼠的轴突损伤和退行。

　　大量的人类细胞实验和动物实验结果表明，辅酶NAD+或将掀开探索人类健康衰老的新篇章。然而，如何才能合理利用NAD+或其前体化合物（如NMN或NR）来实现延缓衰老的转化医学目标呢？近日，日本和美国的研究团队启动了首例NAD+前体烟酰胺单核苷酸(NMN)的临床试验，以验证NMN在延缓人类衰老方面的有效性和安全性。尽管目前还有很多未知的问题需要探索，人们仍然期盼NAD+在延缓衰老和防治衰老相关疾病方面取得不俗的成绩。让我们翘首以待吧！