抗衰老研究速递:NMN增强NAD+合成酶,改善抑郁行为

 健康动态     |      2020-10-14

  据世卫组织报道,抑郁症影响着全球2.64亿人的生活,成为了全球总体疾病负担的主要来源。今年底发表于Journal of Affective Disease期刊的一项研究表明:β-烟酰胺单核苷酸(NMN)能够改善皮质醇(CORT)诱导的抑郁症小鼠病情[1],还能增强NAD+合成限速酶NAMPT的活性。

  研究概况(内容小结)

  赶时间的读者看这里

  

  CORT:皮质酮,注射CORT是公认的抑郁症小鼠建模方法

  01

  研究背景:抑郁症疗法

  人类最早关于抑郁症的记录可追溯到公元前2000年,彼时抑郁被认为由魔鬼引起,疗法简直不可思议(下图)......直到20世纪,大家才意识到抑郁属于生理疾病,该观点促进了抗抑郁药的研发,为患者们带来曙光。

  

  目前,药物是治疗抑郁的主力军,获批的抗抑郁药包括下表几类:

  ▼表-FDA批准的抗抑郁药(本表选读)▼

  

  这些药物用于调节患者大脑紊乱的单胺类物质:血清素、去甲肾上腺素、多巴胺等,它们具有影响情绪、经历,塑造世界观的作用。照理说这些药物够“对症”了,然而临床实战结果却是见效慢、易复发——这说明我们对抑郁症的机制认识还不够完善。

  近几年的研究提出了“对付”抑郁的新角度:抑郁症或许并不只是神经内分泌疾病,也是一种线粒体功能障碍疾病[2]。

  02

  研究假设:抑郁症是线粒体病

  线粒体功能障碍可由慢性压力引起,它影响细胞外基质蛋白,并引起氧化应激,导致脑神经发生病变,引发抑郁[2]。NMN在其他非抑郁症的神经疾病研究中,曾被证实能改善线粒体功能,因此,NMN可能是潜在的抑郁症治疗分子[1]。

  在此认知基础上,本文作者设计了如下实验方案:

  03

  研究结果:代谢和行为学的改变

  研究员对3组小鼠的代谢、行为学进行了测定与统计,结果发现,NMN改善抑郁小鼠的能量代谢和线粒体功能,并矫正了小鼠的消极行为。

  1.NMN改善抑郁小鼠海马区的线粒体功能

  No.1

  NMN使CORT抑郁小鼠海马区ATP增多

  海马区是抑郁受损最严重的脑区,其神经元萎缩丢失、神经突触连结减少是抑郁症的病理标志。本研究发现:CORT抑郁小鼠海马区ATP浓度降低,而使用NMN治疗可显著改善ATP产量。

  Con:空白组,CORT:抑郁组,CORT-NMN:抑郁治疗组

  抑郁小鼠的ATP是怎样被NMN升高的呢?作者进行了进一步的原理研究。

  No.2

  NMN升高ATP的原理:NAMPT酶、ATP合成酶和SIRT3

  

  A:NAMPT酶活性,B:NAD+浓度,C:SIRT3活性,D:ATPase活性,E:GDH活性,F:IDH2活性

  研究显示,NMN升高线粒体ATP产量的原理主要有3点:

  1.NMN通过增加NAMPT(NAD+合成的限速酶)酶活性,增大了NAD+浓度;

  2.NAD+激活组蛋白去乙酰化酶SIRT3,造成GDH(谷氨酸脱氢酶)、IDH2(异柠檬酸脱氢酶)等酶活性增强,激发能量代谢最重要的反应步骤——三羧酸循环;

  3.ATP合成酶(ATPase)活性被NMN上调。

  以上3点机制共同造成线粒体ATP合成增加。

  作者还采用敲低SIRT3(即降低其功能)的神经细胞反向验证了该结论。在正常星形胶质细胞中加入NMN,能增高NAD+浓度,增强NAMPT、ATPase活性,增大ATP产量。当该细胞SIRT3被敲低,NMN对ATP、ATPase的影响大减,说明NMN主要通过激活SIRT3,达到增加神经细胞线粒体ATP的效果(下图)。

  左:ATP合成酶的活性;右:ATP浓度

  但敲低SIRT3并不影响NMN提高NAMPT酶活性、增大NAD+浓度的效应,证明这两点不是通过SIRT3机制实现的(下图)。

  

  左:NAMPT酶活性;右:NAD+浓度

  综上,抑郁小鼠的海马区线粒体ATP浓度较低,而使用NMN能够显著改善ATP含量、线粒体功能,原理是:NMN通过增加NAD+浓度活化SIRT3,促进三羧酸循环;NMN提高海马区NAMPT酶活性,增加NAD+生成。

  2.NMN改善抑郁小鼠肝脏代谢、肝细胞线粒体功能

  肝脏已被证实和抑郁密切相关,肝代谢紊乱造成抑郁、焦虑的患病概率增大;抑郁症患者罹患肝病、死于肝病的风险也更大[3]。

  作者发现,抑郁小鼠服用NMN后,肝脏有169种代谢物的浓度发生变化。其中腺苷、谷胱甘肽增高最明显——二者与线粒体功能相关;D-阿拉伯糖基-1,4-内酯、二十二碳五烯酸、花生四烯酸、牛磺酸等脂质减少最明显,它们与脂肪合成有关。

  这些结果证明:口服NMN能够减少抑郁症小鼠的脂肪合成、堆积,改善肝脂代谢。

  为了确认抑郁小鼠肝脏的线粒体功能是否真的被NMN改善,作者检测了ATP生成,和大脑海马区一样,它被CORT损害,被NMN“拯救”。

  

  在海马区被验证的NMN升高ATP的3个机制(NAMPT酶活性、ATP合成酶活性、SIRT3)也在肝脏行得通:

  

  综上, NMN能改善CORT抑郁小鼠肝脏的线粒体功能和脂代谢,并提升肝脏NAMPT酶活性。

  3.检验抗抑郁效果:小鼠的积极性/求生意志

  我们前面提到线粒体未来可能成为抑郁的治疗靶标,NMN虽能改善线粒体功能,但既然是抗抑郁,能改善情绪才是“硬道理”。

  ▼小鼠抑郁的行为学测试(本图选读)▼

  人类的抑郁程度可以在医疗机构通过抑郁量表进行评估,小鼠的抑郁程度则通过行为学实验评估。本研究选择了强迫游泳和尾部悬挂实验,评判小鼠的抑郁程度。

  结果如下:

  

  A、B:抑郁小鼠(CORT)在游泳、悬挂时静止更久;C、D:NMN的治疗作用

  从上图 A、B得知,在强迫游泳、尾部悬挂实验中,CORT抑郁组比非抑郁组(Con)态度更消极(静止时间更长)。C、D表明,CORT-NMN治疗组大大提高了小鼠积极性,减少了静止时间。

  综上,本部分研究表明,口服NMN能够显著提高小鼠积极性,减轻抑郁行为。

  04

  讨论:不足和展望

  1.该研究不足之处

  该研究作者Li Zezhi认为:他们只使用了星形胶质细胞和少量小鼠,样本过小,还应在更多品系的实验对象上进行重复。

  撰写本报道的我们认为:造成人类抑郁症主观痛苦的单胺类物质(血清素、多巴胺、去甲肾上腺素)等指标未测定,无法评估小鼠除了求生欲,情绪还发生了何种变化。毕竟人的情绪是非常复杂的,并非只有面对生死的积极/消极两方面。

  2.该研究的意义

  该研究初步证明NMN通过增加NAMPT酶活性,提升NAD+浓度,进而活化SIRT3,最终改善小鼠肝脏、海马区(抑郁“重灾区”)线粒体能量代谢、ATP产量。在行为上,服用NMN后,小鼠确实变得更加积极。

  本研究提出一种可能:以NMN为代表的NAD+前体们,或许可以作为“从线粒体功能着手治疗抑郁”的潜在疗法。

  左:肝脏NAMPT酶活性被NMN上调;右:海马区NAMPT酶被NMN上调

  此外,研究NMN对NAMPT酶活性的试验少之又少,本研究证实口服NMN能够增强NAMPT酶活性,由于该酶是老年个体中活性下降最显著的NAD+合成关键酶,是老年人NAD+不足的主要原因,该结果从新角度解释了中老年人服用NMN提升NAD+水平的机制。

  参考文献

  1. Xie, X., et al., Nicotinamide mononucleotide ameliorates the depression-like behaviors and is associated with attenuating the disruption of mitochondrial bioenergetics in depressed mice. 2019.

  2. Tobe, E.J.N.D. and Treatment, Mitochondrial dysfunction, oxidative stress, and major depressive disorder.

  3. Huang, X., X. Liu, and Y.J.F.i.m.n. Yu, Depression and chronic liver diseases: are there shared underlying mechanisms? 2017. 10: p. 134.