Od Cocer Peptides 
před 1 měsícem
VEŠKERÉ ČLÁNKY A INFORMACE O PRODUKTECH POSKYTOVANÉ NA TOMTO WEBU JSOU VÝHRADNĚ PRO ŠÍŘENÍ INFORMACÍ A VZDĚLÁVACÍ ÚČELY.
Produkty uvedené na této webové stránce jsou určeny výhradně pro výzkum in vitro. Výzkum in vitro (latinsky: *ve skle*, což znamená ve skle) se provádí mimo lidské tělo. Tyto produkty nejsou léčiva, nebyly schváleny americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) a nesmějí být používány k prevenci, léčbě nebo léčbě jakéhokoli zdravotního stavu, nemoci nebo onemocnění. Vnášení těchto produktů do lidského nebo zvířecího těla v jakékoli formě je zákonem přísně zakázáno.
V oblasti biologických věd bylo stárnutí vždy hlavním výzkumným tématem. S tím, jak se výzkum mechanismů stárnutí stále prohlubuje, získává stále větší pozornost role nikotinamidadenindinukleotidu (NAD+) v procesu proti stárnutí. Bylo zjištěno, že NAD+ je koenzym zapojený do řady klíčových fyziologických procesů v buňkách a úzce souvisí s procesem stárnutí.
Obrázek 1 Biologické funkce NAD. NAD reguluje energetickou rovnováhu, stresovou reakci a buněčnou homeostázu prostřednictvím sirtuinů, PARP a různých redoxních enzymů.
Přehled fyziologických funkcí NAD+
NAD+ je koenzym široce přítomný v buňkách a účastní se různých klíčových fyziologických procesů. Primárně existuje v buňkách ve dvou formách: oxidovaná forma (NAD+) a redukovaná forma (NADH), které se mohou vzájemně přeměňovat. Tato dynamická rovnováha je zásadní pro udržení normálního buněčného metabolismu a funkce.
1. Energetický metabolismus: NAD+ hraje ústřední roli v buněčném dýchání. V drahách energetického metabolismu, jako je glykolýza, cyklus trikarboxylových kyselin a oxidativní fosforylace, působí NAD+ jako akceptor elektronů, přijímá elektrony uvolněné během oxidace metabolických substrátů za vzniku NADH. Následně NADH přenáší elektrony do mitochondriálního dýchacího řetězce, kde oxidativní fosforylace vytváří adenosintrifosfát (ATP), poskytující buňce energii. Tento proces zajišťuje, že buňky mohou nepřetržitě získávat dostatek energie k udržení svých normálních fyziologických aktivit, jako je buněčný růst, dělení a oprava.
Během glykolýzy 3-fosfoglycerát přenáší atomy vodíku na NAD+ působením 3-fosfoglycerátdehydrogenázy, čímž vzniká NADH a 1,3-difosfoglycerát. Následně NADH přenáší elektrony na kyslík přes dýchací řetězec v mitochondriích, což nakonec produkuje vodu a spojuje syntézu ATP. To naznačuje, že NAD+ je nepostradatelnou součástí buněčného energetického metabolismu a změny jeho koncentrace přímo ovlivňují efektivitu výroby energie.
2. Oprava DNA: NAD+ je substrátem pro rodinu poly(ADP-ribóza)polymerázy (PARP). Poté, co PARP rozpozná poškozená místa DNA a naváže se na ně, použije NAD+ jako substrát k přenosu ADP-ribózových skupin na sebe nebo na jiné proteiny, čímž se vytvoří poly(ADP-ribózové) (PAR) řetězce. Tyto řetězce PAR mohou získávat a aktivovat řadu proteinů zapojených do opravy DNA, jako je DNA ligáza a DNA polymeráza, a tím zahájit proces opravy DNA. Když jsou buňky vystaveny poškození DNA způsobenému faktory, jako je ultrafialové záření nebo chemikálie, systém PARP-NAD+ rychle reaguje na opravu poškozené DNA a udržení genomové stability. Pokud jsou hladiny NAD+ nedostatečné, je aktivita PARP inhibována, což vede ke snížení kapacity opravy DNA, zvýšené genomové nestabilitě a urychlení buněčného stárnutí a nástupu onemocnění.
3. Posttranslační modifikace proteinů: NAD+ se také účastní katalytických reakcí proteinů rodiny sirtuinů. Sirtuiny jsou třídou NAD+-dependentních deacetyláz, které mohou odstranit acetylové modifikace z lysinových zbytků na proteinech. Tato deacetylační modifikace reguluje aktivitu, stabilitu a subcelulární lokalizaci mnoha proteinů, čímž ovlivňuje buněčný metabolismus, stresové reakce, stárnutí a další fyziologické procesy. Například SIRT1 může prostřednictvím deacetylační modifikace regulovat aktivitu transkripčních faktorů, jako jsou p53 a FOXO, a tím ovlivnit buněčný cyklus, apoptózu a procesy antioxidačního stresu. Když jsou buňky ve stresu, SIRT1 deacetyluje p53 spotřebováním NAD+, čímž inhibuje transkripční aktivitu p53, snižuje výskyt apoptózy a zvyšuje kapacitu buněčného přežití.
Změny úrovní NAD+ během stárnutí
Studie ukázaly, že s věkem hladiny NAD+ postupně klesají ve více tkáních a buňkách těla. Tento pokles byl pozorován u různých druhů, včetně savců, háďátek a ovocných mušek, což naznačuje, že snížené hladiny NAD+ mohou být konzervovaným jevem v procesu stárnutí.
1. Tkáňově specifické změny: Rozsah a mechanismy poklesu hladiny NAD+ s věkem se mohou v různých tkáních lišit. V kosterním svalstvu je stárnutí doprovázeno poklesem aktivity klíčových enzymů v biosyntetické dráze NAD+, což vede ke snížení syntézy NAD+. Exprese a aktivita enzymů spotřebovávajících NAD+, jako je CD38, se zvyšuje, urychluje degradaci NAD+ a nakonec vede k významnému poklesu hladin NAD+ v kosterním svalstvu. V játrech může stárnutí kromě výše uvedených změn v syntéze a degradačních drahách ovlivnit také transportní procesy NAD+, což vede k nerovnováze v intracelulární distribuci NAD+ a dále snižuje jeho efektivní koncentraci.
2. Souvislost s nemocemi souvisejícími s věkem: Snížené hladiny NAD+ úzce souvisí se vznikem a progresí různých nemocí souvisejících s věkem. U kardiovaskulárních onemocnění vede pokles hladiny NAD+ buněk myokardu způsobený stárnutím k poruchám energetického metabolismu, zvýšenému oxidačnímu stresu a apoptóze buněk myokardu, čímž se zhoršuje srdeční dysfunkce. U neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba, snížení hladin neuronálního NAD+ ovlivňuje opravu DNA a homeostázu proteinů, což podporuje agregaci neurotoxických proteinů a smrt neuronů. Metabolická onemocnění, jako je diabetes, jsou také spojena se sníženými hladinami NAD+, protože nedostatek NAD+ zhoršuje sekreci inzulínu a citlivost na inzulín, což vede k abnormální regulaci glukózy v krvi.
Mechanismy, kterými snížené hladiny NAD+ podporují stárnutí
1. **Poruchy energetického metabolismu**: NAD+ hraje klíčovou roli v buněčném energetickém metabolismu. S přibývajícím věkem vedou snížené hladiny NAD+ ke zhoršení drah energetického metabolismu a snížení produkce ATP. To nejen ovlivňuje normální buněčné fyziologické funkce, ale také spouští řadu kompenzačních reakcí, jako je nadměrná mitochondriální proliferace a funkční abnormality. Mitochondrie jsou buněčné elektrárny; při nedostatečném NAD+ dochází k narušení funkce mitochondriálního dýchacího řetězce, což má za následek zvýšenou produkci reaktivních forem kyslíku (ROS) během transportu elektronů. Nadměrné ROS může napadnout mitochondriální DNA, proteiny a lipidy, dále narušovat mitochondriální strukturu a funkci a vytvářet začarovaný kruh, který urychluje buněčné stárnutí.
Obrázek 2 Navrhované mechanismy, jak stárnutí ovlivňuje metabolismus NAD. Stárnutí narušuje rovnováhu mezi syntézou a degradací NAD, což vede ke snížení hladin NAD v různých tkáních.
2. Hromadění poškození DNA: Jako substrát pro PARP snižují snížené hladiny NAD+ kapacitu opravy DNA. Když poškození DNA nelze účinně a včas opravit, vede to ke genomové nestabilitě a hromadí se velké množství mutací a chromozomálních abnormalit. Tato genetická poškození narušují normální buněčné fyziologické funkce, ovlivňují buněčnou proliferaci, diferenciaci a apoptózu, čímž podporují buněčné stárnutí. Poškození DNA také aktivuje signální dráhy související se stárnutím v buňkách, jako jsou dráhy p53-p21 a p16INK4a-Rb, což dále vyvolává výskyt buněčného stárnutí.
3. Dysregulace signálních drah souvisejících se stárnutím: Proteiny rodiny sirtuinů závislé na NAD+ hrají klíčovou roli v regulaci signálních drah souvisejících se stárnutím. Jak hladiny NAD+ klesají, aktivita sirtuinu je inhibována, což vede ke snížení deacetylačních modifikací downstream cílových proteinů. Snížená aktivita SIRT1 vede k tomu, že p53 je ve vysoce acetylovaném stavu, což zvyšuje transkripční aktivitu p53, což vede k zástavě buněčného cyklu a apoptóze; současně oslabená deacetylace transkripčního faktoru FOXO působením SIRT1 ovlivňuje odolnost buňky vůči antioxidačnímu stresu a metabolickou regulaci. Kromě toho změny v aktivitě jiných členů rodiny sirtuinů, jako jsou SIRT3 a SIRT6, také ovlivňují mitochondriální funkci, genomovou stabilitu a zánětlivé reakce, což společně řídí progresi buněčného stárnutí.
Strategie proti stárnutí pro zvýšení úrovně NAD+
Vzhledem k úzkému vztahu mezi sníženými hladinami NAD+ a stárnutím se strategie pro oddálení stárnutí zvýšením hladin NAD+ staly aktivním bodem výzkumu.
1. Doplňování prekurzorů NAD+: Doplňování prekurzorů NAD+ je běžnou metodou ke zvýšení úrovní NAD+. Mezi běžné prekurzory NAD+ patří nikotinamid (NAM), nikotinamid mononukleotid (NMN) a nikotinamid ribosid (NR). Tyto prekurzory mohou být přeměněny na NAD+ prostřednictvím specifických metabolických drah v buňkách, čímž se zvyšují jeho hladiny.
Nikotinamid (NAM): NAM je forma vitaminu B3, která může být přeměněna na nikotinamid mononukleotid (NMN) působením nikotinamid fosforibosyltransferázy (NAMPT), která se pak používá k syntéze NAD+. Suplementace vysokými dávkami NAM může zpětně inhibovat aktivitu NAMPT, což omezuje jeho schopnost zvyšovat hladiny NAD+. Dlouhodobé užívání vysokých dávek NAM může způsobit nežádoucí účinky, jako je zčervenání kůže, ale ve vhodných dávkách může NAM účinně zvýšit intracelulární hladiny NAD+, zlepšit energetický metabolismus a zlepšit funkce opravy DNA.
Nikotinamid mononukleotid (NMN): NMN je přímým prekurzorem v biosyntetické dráze NAD+. Studie ukázaly, že perorální NMN se rychle vstřebává a přeměňuje na NAD+, čímž účinně zvyšuje hladiny NAD+ v různých tkáních. V experimentech na zvířatech suplementace NMN prokázala významné zlepšení u metabolických poruch souvisejících s věkem, kardiovaskulární dysfunkce a neurodegenerativních onemocnění. Například u starých myší suplementace NMN zlepšila lokomotorické schopnosti, zvýšila citlivost na inzulín, zmírnila s věkem související patologické změny v srdci a zlepšila kognitivní funkce. Navíc bylo prokázáno, že NMN podporuje mitochondriální biogenezi, zvyšuje mitochondriální funkci a snižuje poškození vyvolané oxidačním stresem.
Nikotinamid ribosid (NR): NR je další účinný prekurzor NAD+, který může být přeměněn na NMN fosforylací nikotinamid ribosid kinázou (NRK), která se pak používá k syntéze NAD+. Podobně jako NMN může suplementace NR zvýšit intracelulární hladiny NAD+, zlepšit metabolické funkce a oddálit stárnutí. U starých myší může suplementace NR remodelovat metabolické a stresové reakce, zvýšit kapacitu vázání chromatinu genu cirkadiánních hodin BMAL1, obnovit mitochondriální respirační rytmy a cirkadiánní aktivitu a částečně obnovit fyziologický stav starých myší na úroveň mladších myší.
Obrázek 3 Model zobrazující cestu záchrany NAD+ a konverzi nikotinamidu ribosidu (NR) na NAD+.
2. Regulace metabolických enzymů NAD+:
Aktivace NAD+ syntázy: NAMPT je enzym omezující rychlost v biosyntetické dráze NAD+ a zvýšená aktivita může podporovat syntézu NAD+. Bylo zjištěno, že některé přírodní sloučeniny, jako je resveratrol a apigenin, aktivují NAMPT, čímž zvyšují produkci NAD+. Resveratrol je polyfenolická sloučenina, která se nachází ve slupkách hroznů, červeném víně a dalších rostlinách. Může nepřímo upregulovat expresi NAMPT aktivací signální dráhy SIRT1-PGC-1α, čímž se zvýší hladiny NAD+. Léčba resveratrolem zlepšuje energetický metabolismus, snižuje poškození oxidativním stresem a prodlužuje životnost u starých myší.
Inhibice enzymů spotřebovávajících NAD+: CD38 je hlavní enzym spotřebovávající NAD+, jehož exprese a aktivita se zvyšuje s věkem, což urychluje degradaci NAD+. Inhibice aktivity CD38 snižuje spotřebu NAD+ a udržuje intracelulární hladiny NAD+. Bylo popsáno, že některé sloučeniny s malou molekulou, jako je 78c a apigenin, inhibují aktivitu CD38. Použití inhibitorů CD38 může zvýšit hladiny NAD+ a zlepšit fyziologickou dysfunkci související s věkem, jako je posílení srdeční funkce a zlepšení metabolických poruch.
3. Intervence v oblasti životního stylu: Faktory životního stylu také významně ovlivňují úrovně NAD+.
Cvičení: Pravidelné cvičení stimuluje biosyntetickou dráhu NAD+ a zvyšuje hladiny NAD+. Jak aerobní cvičení, tak silový trénink mohou zvýšit expresi a aktivitu NAMPT v kosterním svalstvu a podpořit syntézu NAD+. Cvičení může také regulovat expresi genů souvisejících s metabolismem NAD+, zlepšit mitochondriální funkci a zvýšit buněčnou antioxidační kapacitu. U starší populace může mírné cvičení účinně zvýšit obsah NAD+ ve svalech, zlepšit svalovou sílu a motorické funkce a zpomalit proces stárnutí.
Dietní omezení: Dietní omezení, jako je omezení kalorií (CR) a přerušovaný půst (IF), jsou široce uznávány jako účinné strategie pro zpomalení stárnutí. Tyto dietní vzorce uplatňují své účinky proti stárnutí regulací metabolismu NAD+. CR a IF aktivují proteiny rodiny sirtuinů, jako je SIRT1, čímž podporují syntézu a využití NAD+. Dietní omezení může také snížit oxidační stres, zlepšit metabolické funkce a snížit riziko onemocnění souvisejících s věkem. Při pokusech na zvířatech může dlouhodobé omezení kalorií výrazně zvýšit hladiny NAD+ a prodloužit životnost více druhů.
Anti-aging účinky zvyšující se hladiny NAD+
1. Účinky proti stárnutí při pokusech na zvířatech: Četné pokusy na zvířatech potvrdily, že zvýšení hladiny NAD+ může významně zpomalit proces stárnutí a zlepšit fyziologickou dysfunkci související s věkem.
Zlepšená metabolická funkce: U starých myší může suplementace NMN nebo NR zvýšit citlivost na inzulín, regulovat hladinu glukózy v krvi a zlepšit poruchy metabolismu lipidů. Suplementace prekurzorem NAD+ může zvýšit oxidaci mastných kyselin v tukové tkáni, snížit hromadění tuku a snížit riziko onemocnění souvisejících s obezitou. Zvýšení hladiny NAD+ může také zlepšit metabolickou funkci jater, zvýšit detoxikační kapacitu jater pro léky a toxiny a udržet normální fyziologickou funkci jater.
Ochrana kardiovaskulárních funkcí: Během procesu stárnutí prochází kardiovaskulární systém strukturálními a funkčními změnami, jako je hypertrofie myokardu a snížená elasticita cév. Suplementace prekurzory NAD+ může zlepšit srdeční kontrakci a relaxační funkci, snížit fibrózu myokardu a zmírnit poškození oxidativním stresem. Na zvířecích modelech může suplementace NMN nebo NR snížit krevní tlak, zlepšit funkci vaskulárního endotelu a snížit riziko kardiovaskulárních onemocnění. V modelech infarktu myokardu může zvýšení hladiny NAD+ podpořit přežití a opravu buněk myokardu, snížit velikost infarktu a zlepšit srdeční funkci.
Neuroprotektivní účinky: V modelech neurodegenerativních onemocnění vykazuje zvyšující se hladiny NAD+ významné neuroprotektivní účinky. Studie ukázaly, že suplementace NMN nebo NR může zlepšit kognitivní funkce, snížit neurozánět a snížit agregaci neurotoxických proteinů. V myších modelech Alzheimerovy choroby může suplementace prekurzory NAD+ snížit produkci β-amyloidu, inhibovat nadměrnou fosforylaci proteinu tau, chránit neurony před poškozením, a tím zlepšit schopnosti učení a paměti.
Prodloužená životnost: U různých modelových organismů bylo prokázáno, že zvyšující se úrovně NAD+ prodlužují životnost. U háďátek a ovocných mušek může zvýšení hladiny NAD+ prostřednictvím genetické manipulace nebo suplementace prekurzory NAD+ významně prodloužit jejich životnost. V experimentech na myších vykazovala dlouhodobá suplementace NMN nebo NR také trend k prodloužené délce života, i když se tento účinek může v různých studiích lišit. Celkově tato zjištění naznačují pozitivní dopad zvýšení hladiny NAD+ na délku života.
Závěr
Jako nezbytný koenzym v buňkách hraje NAD+ nepostradatelnou roli v klíčových fyziologických procesech, jako je energetický metabolismus, oprava DNA a posttranslační modifikace proteinů. S přibývajícím věkem je pokles hladin NAD+ úzce spojen s procesem stárnutí a nástupem a progresí různých onemocnění souvisejících s věkem. Strategie ke zvýšení hladin NAD+, jako je suplementace prekurzorů NAD+, regulace metabolických enzymů NAD+ a zásahy do životního stylu, prokázaly v experimentech na zvířatech významné účinky proti stárnutí, včetně zlepšení metabolických funkcí, ochrany kardiovaskulárního a nervového systému a prodloužení životnosti.
Zdroje
[1] Chubanava S, Treebak J T. Pravidelné cvičení účinně chrání před poklesem obsahu NAD v kosterním svalstvu souvisejícím se stárnutím[J]. Experimentální gerontologie, 2023,173:112109.DOI:10.1016/j.exger.2023.112109.
[2] Soma M, Lalam SK. Úloha nikotinamidového mononukleotidu (NMN) v boji proti stárnutí, dlouhověkosti a jeho potenciál pro léčbu chronických stavů[J]. Molecular Biology Reports, 2022,49(10):9737-9748.DOI:10.1007/s11033-022-07459-1.
[3] Curry A, White D, Cen Y. Regulátory malých molekul zaměřené na biosyntetické enzymy NAD(+)[J]. Current Medicinal Chemistry, 2022, 29(10):1718-1738.DOI:10.2174/0929867328666210531144629.
[4] Yuan Y, Liang B, Liu X a kol. Cílení na NAD+: je to běžná strategie pro oddálení stárnutí srdce?[J]. Cell Death Discovery, 2022, 8. https://api.sémanticscholar.org/CorpusID:248393418
[5] Levine DC, Hong H, Weidemann BJ, et al. NAD(+) Řídí cirkadiánní přeprogramování prostřednictvím jaderné translokace PER2 za účelem zpomalení stárnutí[J]. Molecular Cell, 2020, 78(5):835-849.DOI:10.1016/j.molcel.2020.04.010.
[6] Fang EF, Hou Y, Lautrup S, a kol. Augmentace NAD(+) obnovuje mitofágii a omezuje zrychlené stárnutí u Wernerova syndromu[J]. Nature Communications, 2019, 10(1):5284.DOI:10.1038/s41467-019-13172-8.
[7] Yaku K, Okabe K, Nakagawa T. Metabolismus NAD: Důsledky stárnutí a dlouhověkosti[J]. Ageing Research Reviews, 2018,47:1-17.DOI:10.1016/j.arr.2018.05.006.
[8] Chaturvedi P, Tyagi S C. NAD(+) : Velký hráč v remodelaci a stárnutí srdečního a kosterního svalstva[J]. Journal of Cellular Physiology, 2018,233(3):1895-1896.DOI:10.1002/jcp.26014.
Produkt dostupný pouze pro výzkumné účely:
