Cocer Peptides 
Prieš 1 mėnesį
VISI ŠIOJE SVETAINĖJE PATEIKTI STRAIPSNIAI IR PRODUKTŲ INFORMACIJA SKIRTI TIK INFORMACIJOS SKLEIDIMO IR ŠVIETIMO TIKSLAMS.
Šioje svetainėje pateikti produktai yra skirti tik in vitro tyrimams. In vitro tyrimai (lot. *in glass*, reiškiantys stikliniuose induose) atliekami už žmogaus kūno ribų. Šie produktai nėra vaistai, jų nepatvirtino JAV maisto ir vaistų administracija (FDA) ir jie neturi būti naudojami siekiant užkirsti kelią, gydyti ar išgydyti bet kokią sveikatos būklę, ligą ar negalavimą. Įstatymai griežtai draudžia bet kokia forma įnešti šiuos produktus į žmogaus ar gyvūno organizmą.
Gyvybės mokslų srityje senėjimas visada buvo pagrindinė tyrimų tema. Senėjimo mechanizmų tyrimams vis gilėjant, nikotinamido adenino dinukleotido (NAD+) vaidmuo senėjimo procese susilaukė vis daugiau dėmesio. Nustatyta, kad NAD+, kaip kofermentas, dalyvaujantis daugelyje pagrindinių fiziologinių procesų ląstelėse, yra glaudžiai susijęs su senėjimo procesu.
1 pav. Biologinės NAD funkcijos. NAD reguliuoja energijos balansą, atsaką į stresą ir ląstelių homeostazę per sirtuinus, PARP ir įvairius redokso fermentus.
NAD+ fiziologinių funkcijų apžvalga
NAD+ yra kofermentas, plačiai paplitęs ląstelėse, dalyvaujantis įvairiuose pagrindiniuose fiziologiniuose procesuose. Ląstelėse jis daugiausia egzistuoja dviem formomis: oksiduota forma (NAD+) ir redukuota forma (NADH), kurios gali tarpusavyje konvertuotis. Ši dinaminė pusiausvyra yra labai svarbi normaliai ląstelių medžiagų apykaitai ir funkcijai palaikyti.
1. Energijos apykaita: NAD+ atlieka pagrindinį vaidmenį ląstelių kvėpavime. Energijos apykaitos keliuose, tokiuose kaip glikolizė, trikarboksirūgšties ciklas ir oksidacinis fosforilinimas, NAD+ veikia kaip elektronų akceptorius, priimantis elektronus, išsiskiriančius oksiduojant metabolinius substratus, kad susidarytų NADH. Vėliau NADH perduoda elektronus į mitochondrijų kvėpavimo grandinę, kur oksidacinis fosforilinimas generuoja adenozino trifosfatą (ATP), aprūpinantį ląstelei energiją. Šis procesas užtikrina, kad ląstelės gali nuolat gauti pakankamai energijos palaikyti normalią fiziologinę veiklą, pvz., ląstelių augimą, dalijimąsi ir taisymą.
Glikolizės metu 3-fosfogliceratas perkelia vandenilio atomus į NAD+, veikiant 3-fosfoglicerato dehidrogenazei, generuodamas NADH ir 1,3-difosfogliceratą. Vėliau NADH per kvėpavimo grandinę mitochondrijose perneša elektronus į deguonį, galiausiai gamindamas vandenį ir sujungdamas ATP sintezę. Tai rodo, kad NAD+ yra nepakeičiamas ląstelių energijos apykaitos komponentas, o jo koncentracijos pokyčiai tiesiogiai veikia energijos gamybos efektyvumą.
2. DNR taisymas: NAD+ yra poli(ADP-ribozės) polimerazės (PARP) šeimos substratas. Po to, kai PARP atpažįsta ir prisijungia prie pažeistų DNR vietų, jis naudoja NAD+ kaip substratą, kad perkeltų ADP-ribozės grupes į save arba kitus baltymus, sudarydamas poli(ADP-ribozės) (PAR) grandines. Šios PAR grandinės gali įdarbinti ir suaktyvinti daugybę baltymų, dalyvaujančių DNR atstatyme, pvz., DNR ligazę ir DNR polimerazę, taip pradėdamos DNR atstatymo procesą. Kai ląstelės yra veikiamos DNR pažeidimo, kurį sukelia tokie veiksniai kaip ultravioletinė spinduliuotė ar cheminės medžiagos, PARP-NAD+ sistema greitai reaguoja, kad atstatytų pažeistą DNR ir išlaikytų genomo stabilumą. Jei NAD+ lygis yra nepakankamas, PARP aktyvumas yra slopinamas, todėl sumažėja DNR atkūrimo pajėgumas, padidėja genomo nestabilumas ir pagreitėja ląstelių senėjimas bei ligos pradžia.
3. Potransliacinė baltymų modifikacija: NAD+ taip pat dalyvauja sirtuinų šeimos baltymų katalizinėse reakcijose. Sirtuinai yra nuo NAD+ priklausomų deacetilazių klasė, kuri gali pašalinti acetilo modifikacijas iš lizino liekanų ant baltymų. Ši deacetilinimo modifikacija reguliuoja daugelio baltymų aktyvumą, stabilumą ir tarpląstelinę lokalizaciją, taip paveikdama ląstelių metabolizmą, atsaką į stresą, senėjimą ir kitus fiziologinius procesus. Pavyzdžiui, SIRT1 gali reguliuoti transkripcijos faktorių, tokių kaip p53 ir FOXO, aktyvumą per deacetilinimo modifikaciją ir taip paveikti ląstelių ciklą, apoptozę ir antioksidacinio streso procesus. Kai ląstelės patiria stresą, SIRT1 deacetiliuoja p53 vartodamas NAD+, taip slopindamas p53 transkripcijos aktyvumą, sumažindamas apoptozės atsiradimą ir padidindamas ląstelių išgyvenamumą.
NAD+ lygių pokyčiai senėjimo metu
Tyrimai parodė, kad su amžiumi NAD+ lygis palaipsniui mažėja keliuose kūno audiniuose ir ląstelėse. Šis sumažėjimas buvo pastebėtas įvairiose rūšyse, įskaitant žinduolius, nematodus ir vaisines muses, o tai rodo, kad sumažėjęs NAD+ kiekis gali būti konservatyvus senėjimo proceso reiškinys.
1. Konkrečiai audiniams būdingi pokyčiai: NAD+ lygio mažėjimo mastas ir mechanizmai su amžiumi gali skirtis skirtinguose audiniuose. Skeleto raumenyse senėjimą lydi pagrindinių fermentų aktyvumo sumažėjimas NAD+ biosintezės kelyje, todėl sumažėja NAD+ sintezė. NAD+ vartojančių fermentų, tokių kaip CD38, ekspresija ir aktyvumas didėja, paspartindamas NAD+ degradaciją ir galiausiai žymiai sumažindamas NAD+ lygį skeleto raumenyse. Kepenyse, be pirmiau minėtų sintezės ir skilimo būdų pakitimų, senėjimas taip pat gali turėti įtakos NAD+ transportavimo procesams, dėl to gali sutrikti tarpląstelinis NAD+ pasiskirstymas ir dar labiau mažėja jo efektyvi koncentracija.
2. Ryšys su su amžiumi susijusiomis ligomis: Sumažėjęs NAD+ lygis yra glaudžiai susijęs su įvairių su amžiumi susijusių ligų atsiradimu ir progresavimu. Sergant širdies ir kraujagyslių ligomis, dėl senėjimo sumažėjęs miokardo ląstelių NAD+ kiekis sukelia energijos apykaitos sutrikimus, padidėjusį oksidacinį stresą ir miokardo ląstelių apoptozę, todėl pablogėja širdies funkcijos sutrikimas. Sergant neurodegeneracinėmis ligomis, tokiomis kaip Alzheimerio ir Parkinsono liga, neuronų NAD+ lygio sumažėjimas veikia DNR atstatymą ir baltymų homeostazę, skatina neurotoksinių baltymų agregaciją ir neuronų mirtį. Metabolinės ligos, tokios kaip diabetas, taip pat yra susijusios su sumažėjusiu NAD+ kiekiu, nes dėl NAD+ trūkumo sutrinka insulino sekrecija ir jautrumas insulinui, dėl to atsiranda nenormalus gliukozės kiekio kraujyje reguliavimas.
Mechanizmai, kuriais sumažėjęs NAD+ lygis skatina senėjimą
1. **Energijos apykaitos sutrikimai**: NAD+ vaidina pagrindinį vaidmenį ląstelių energijos apykaitoje. Didėjant amžiui, sumažėjęs NAD+ lygis sutrikdo energijos apykaitos kelius ir sumažina ATP gamybą. Tai ne tik paveikia normalias ląstelių fiziologines funkcijas, bet ir sukelia daugybę kompensacinių reakcijų, tokių kaip per didelis mitochondrijų proliferacija ir funkciniai sutrikimai. Mitochondrijos yra ląstelių jėgainės; kai NAD+ nepakanka, sutrinka mitochondrijų kvėpavimo grandinės funkcija, todėl elektronų transportavimo metu padidėja reaktyviųjų deguonies rūšių (ROS) gamyba. Per didelis ROS gali atakuoti mitochondrijų DNR, baltymus ir lipidus, toliau sutrikdydamas mitochondrijų struktūrą ir funkciją, sukurdamas užburtą ciklą, kuris pagreitina ląstelių senėjimą.
2 pav. Siūlomi mechanizmai, kaip senėjimas veikia NAD metabolizmą. Senėjimas sutrikdo pusiausvyrą tarp NAD sintezės ir skilimo, todėl sumažėja NAD kiekis įvairiuose audiniuose.
2. DNR pažeidimo kaupimasis: kaip PARP substratas, sumažėjęs NAD+ lygis susilpnina DNR atkūrimo gebėjimą. Kai DNR pažeidimas negali būti laiku veiksmingai ištaisytas, atsiranda genomo nestabilumas, kaupiasi daug mutacijų ir chromosomų anomalijų. Šie genetiniai pažeidimai sutrikdo normalias ląstelių fiziologines funkcijas, paveikdami ląstelių proliferaciją, diferenciaciją ir apoptozę, taip skatindami ląstelių senėjimą. DNR pažeidimas taip pat suaktyvina su senėjimu susijusius signalizacijos kelius ląstelėse, pvz., p53-p21 ir p16INK4a-Rb kelius, ir toliau skatina ląstelių senėjimą.
3. Su senėjimu susijusių signalizacijos takų reguliavimas: nuo NAD+ priklausomi sirtuinų šeimos baltymai vaidina lemiamą vaidmenį reguliuojant su senėjimu susijusius signalizacijos kelius. Kai NAD + lygis mažėja, sirtuino aktyvumas slopinamas, todėl sumažėja pasroviui esančių tikslinių baltymų deacetilinimo modifikacijos. Sumažėjęs SIRT1 aktyvumas lemia, kad p53 yra labai acetilintos būsenos, o tai sustiprina p53 transkripcijos aktyvumą, o tai lemia ląstelių ciklo sustabdymą ir apoptozę; tuo pačiu metu susilpnėjęs FOXO transkripcijos faktoriaus deacetilinimas SIRT1 daro įtaką ląstelės atsparumui antioksidaciniam stresui ir medžiagų apykaitos reguliavimui. Be to, kitų sirtuinų šeimos narių, tokių kaip SIRT3 ir SIRT6, aktyvumo pokyčiai taip pat turi įtakos mitochondrijų funkcijai, genomo stabilumui ir uždegiminiams atsakams, kurie kartu skatina ląstelių senėjimo progresavimą.
Anti-senėjimo strategijos, skirtos padidinti NAD+ lygį
Atsižvelgiant į glaudų ryšį tarp sumažėjusio NAD+ lygio ir senėjimo, senėjimo atidėjimo strategijos didinant NAD+ lygį tapo mokslinių tyrimų tašku.
1. NAD+ pirmtakų papildymas: NAD+ pirmtakų papildymas yra įprastas būdas padidinti NAD+ lygį. Įprasti NAD+ pirmtakai yra nikotinamidas (NAM), nikotinamido mononukleotidas (NMN) ir nikotinamido ribosidas (NR). Šie pirmtakai gali būti paverčiami NAD+ per specifinius metabolizmo kelius ląstelėse, taip padidinant jo kiekį.
Nikotinamidas (NAM): NAM yra vitamino B3 forma, kurią galima paversti nikotinamido mononukleotidu (NMN) veikiant nikotinamido fosforiboziltransferazei (NAMPT), kuri vėliau naudojama NAD+ sintezei. Didelės NAM dozės papildymas gali slopinti NAMPT aktyvumą, ribodamas jo gebėjimą padidinti NAD+ lygį. Ilgalaikis didelių NAM dozių vartojimas gali sukelti šalutinį poveikį, pvz., odos paraudimą, tačiau tinkamomis dozėmis NAM gali veiksmingai padidinti tarpląstelinį NAD+ lygį, pagerinti energijos apykaitą ir sustiprinti DNR atkūrimo funkcijas.
Nikotinamido mononukleotidas (NMN): NMN yra tiesioginis NAD+ biosintezės kelio pirmtakas. Tyrimai parodė, kad geriamasis NMN greitai absorbuojamas ir paverčiamas NAD+, efektyviai padidindamas NAD+ kiekį įvairiuose audiniuose. Eksperimentuose su gyvūnais NMN papildai parodė reikšmingą su amžiumi susijusių medžiagų apykaitos sutrikimų, širdies ir kraujagyslių disfunkcijos ir neurodegeneracinių ligų pagerėjimą. Pavyzdžiui, senyvoms pelėms NMN papildymas pagerino judėjimo gebėjimus, padidino jautrumą insulinui, palengvino su amžiumi susijusius patologinius širdies pokyčius ir sustiprino pažinimo funkciją. Be to, įrodyta, kad NMN skatina mitochondrijų biogenezę, stiprina mitochondrijų funkciją ir mažina oksidacinio streso sukeltą žalą.
Nikotinamido ribosidas (NR): NR yra dar vienas veiksmingas NAD+ pirmtakas, kuris gali būti paverstas NMN fosforilinant nikotinamido ribozido kinaze (NRK), kuri vėliau naudojama NAD+ sintezei. Panašiai kaip NMN, papildymas NR gali padidinti tarpląstelinį NAD+ lygį, pagerinti medžiagų apykaitos funkciją ir sulėtinti senėjimą. Senyvų pelių papildymas NR gali pertvarkyti medžiagų apykaitos ir atsako į stresą kelius, sustiprinti cirkadinio laikrodžio geno BMAL1 gebėjimą surišti chromatiną, atkurti mitochondrijų kvėpavimo ritmus ir cirkadinį aktyvumą bei iš dalies atkurti senų pelių fiziologinę būklę į jaunesnių pelių būklę.
3 paveikslas Modelis, vaizduojantis NAD+ gelbėjimo kelią ir nikotinamido ribozido (NR) konversiją į NAD+.
2. NAD+ metabolinių fermentų reguliavimas:
NAD+ sintazės aktyvinimas: NAMPT yra greitį ribojantis fermentas NAD+ biosintezės kelyje, o padidėjęs aktyvumas gali skatinti NAD+ sintezę. Nustatyta, kad kai kurie natūralūs junginiai, tokie kaip resveratrolis ir apigeninas, aktyvuoja NAMPT ir taip padidina NAD+ gamybą. Resveratrolis yra polifenolinis junginys, randamas vynuogių odelėse, raudonajame vyne ir kituose augaluose. Jis gali netiesiogiai reguliuoti NAMPT ekspresiją, aktyvuodamas SIRT1-PGC-1α signalizacijos kelią, taip padidindamas NAD+ lygį. Gydymas resveratroliu pagerina energijos apykaitą, sumažina oksidacinio streso žalą ir pailgina senų pelių gyvenimo trukmę.
NAD+ vartojančių fermentų slopinimas: CD38 yra pagrindinis NAD+ vartojantis fermentas, kurio ekspresija ir aktyvumas didėja su amžiumi, pagreitindamas NAD+ skaidymą. CD38 aktyvumo slopinimas sumažina NAD+ suvartojimą ir palaiko tarpląstelinį NAD+ lygį. Buvo pranešta, kad kai kurie mažų molekulių junginiai, tokie kaip 78c ir apigeninas, slopina CD38 aktyvumą. CD38 inhibitorių naudojimas gali padidinti NAD+ lygį ir pagerinti su amžiumi susijusius fiziologinius sutrikimus, pvz., sustiprinti širdies funkciją ir pagerinti medžiagų apykaitos sutrikimus.
3. Gyvenimo būdo intervencijos: Gyvenimo būdo veiksniai taip pat daro didelę įtaką NAD+ lygiui.
Pratimai: reguliarūs pratimai stimuliuoja NAD+ biosintezės kelią ir padidina NAD+ lygį. Tiek aerobiniai pratimai, tiek jėgos treniruotės gali padidinti NAMPT raišką ir aktyvumą skeleto raumenyse, skatinant NAD+ sintezę. Pratimai taip pat gali reguliuoti su NAD+ metabolizmu susijusių genų ekspresiją, pagerinti mitochondrijų funkciją ir sustiprinti ląstelių antioksidacinį pajėgumą. Vyresnio amžiaus žmonėms vidutinio sunkumo mankšta gali veiksmingai padidinti NAD+ kiekį raumenyse, pagerinti raumenų jėgą ir motorinę funkciją bei sulėtinti senėjimo procesą.
Mitybos apribojimas: mitybos apribojimai, tokie kaip kalorijų ribojimas (CR) ir protarpinis badavimas (IF), yra plačiai pripažinti kaip veiksmingos senėjimo lėtėjimo strategijos. Šie mitybos modeliai daro savo senėjimą stabdantį poveikį reguliuodami NAD+ metabolizmą. CR ir IF aktyvuoja sirtuino šeimos baltymus, tokius kaip SIRT1, skatindami NAD+ sintezę ir panaudojimą. Mitybos ribojimas taip pat gali sumažinti oksidacinį stresą, pagerinti medžiagų apykaitos funkciją ir sumažinti su amžiumi susijusių ligų riziką. Atliekant eksperimentus su gyvūnais, ilgalaikis kalorijų apribojimas gali žymiai padidinti NAD+ lygį ir pailginti kelių rūšių gyvavimo trukmę.
Senėjimą stabdantis NAD+ lygio padidėjimo poveikis
1. Senėjimą stabdantis poveikis eksperimentuose su gyvūnais: daugybė eksperimentų su gyvūnais patvirtino, kad didėjantis NAD+ lygis gali žymiai sulėtinti senėjimo procesą ir pagerinti su amžiumi susijusius fiziologinius sutrikimus.
Pagerinta medžiagų apykaitos funkcija: pagyvenusių pelių papildymas NMN arba NR gali padidinti jautrumą insulinui, reguliuoti gliukozės kiekį kraujyje ir pagerinti lipidų apykaitos sutrikimus. NAD+ pirmtakų papildymas gali padidinti riebalų rūgščių oksidaciją riebaliniame audinyje, sumažinti riebalų kaupimąsi ir sumažinti su nutukimu susijusių ligų riziką. Didėjantis NAD+ lygis taip pat gali pagerinti kepenų metabolinę funkciją, sustiprinti kepenų detoksikacijos gebėjimus nuo vaistų ir toksinų bei palaikyti normalią kepenų fiziologinę funkciją.
Širdies ir kraujagyslių funkcijos apsauga: senėjimo proceso metu širdies ir kraujagyslių sistemoje vyksta struktūriniai ir funkciniai pokyčiai, tokie kaip miokardo hipertrofija ir sumažėjęs kraujagyslių elastingumas. Papildymas NAD+ pirmtakais gali pagerinti širdies susitraukimo ir atsipalaidavimo funkciją, sumažinti miokardo fibrozę ir sušvelninti oksidacinio streso žalą. Gyvūnų modeliuose papildymas NMN arba NR gali sumažinti kraujospūdį, pagerinti kraujagyslių endotelio funkciją ir sumažinti širdies ir kraujagyslių ligų riziką. Miokardo infarkto modeliuose didėjantis NAD+ lygis gali paskatinti miokardo ląstelių išgyvenimą ir atsistatymą, sumažinti infarkto dydį ir pagerinti širdies funkciją.
Neuroprotekcinis poveikis: neurodegeneracinių ligų modeliuose didėjantis NAD+ lygis rodo reikšmingą neuroprotekcinį poveikį. Tyrimai parodė, kad papildymas NMN arba NR gali pagerinti pažinimo funkciją, sumažinti neurouždegimą ir sumažinti neurotoksinių baltymų agregaciją. Alzheimerio ligos pelių modeliuose papildymas NAD+ pirmtakais gali sumažinti β-amiloido gamybą, slopinti pernelyg didelį tau baltymo fosforilinimą, apsaugoti neuronus nuo pažeidimų ir taip pagerinti mokymosi bei atminties gebėjimus.
Pailgėjusi gyvenimo trukmė: įrodyta, kad įvairiuose modeliuose organizmuose didėjantis NAD+ lygis pailgina gyvenimo trukmę. Nematodų ir vaisinių muselių NAD+ lygio padidėjimas genetiškai manipuliuojant arba papildant NAD+ pirmtakais gali žymiai pailginti jų gyvenimo trukmę. Atliekant eksperimentus su pelėmis, ilgalaikis papildymas NMN arba NR taip pat parodė tendenciją pailginti gyvenimo trukmę, nors šis poveikis įvairiuose tyrimuose gali skirtis. Apskritai šie rezultatai rodo teigiamą didėjančio NAD+ lygio poveikį gyvenimo trukmei.
Išvada
Kaip esminis kofermentas ląstelėse, NAD+ vaidina nepakeičiamą vaidmenį pagrindiniuose fiziologiniuose procesuose, tokiuose kaip energijos metabolizmas, DNR atstatymas ir baltymų modifikavimas po transliacijos. Didėjant amžiui, NAD+ lygio mažėjimas yra glaudžiai susijęs su senėjimo procesu ir įvairių su amžiumi susijusių ligų atsiradimu bei progresavimu. NAD+ lygio didinimo strategijos, pvz., NAD+ pirmtakų papildymas, NAD+ metabolinių fermentų reguliavimas ir gyvenimo būdo intervencijos, eksperimentuose su gyvūnais parodė reikšmingą senėjimą stabdantį poveikį, įskaitant pagerintą medžiagų apykaitos funkciją, širdies ir kraujagyslių bei nervų sistemų apsaugą ir pailgintą gyvenimo trukmę.
Šaltiniai
[1] Chubanava S, Treebak J T. Reguliarus pratimas veiksmingai apsaugo nuo su senėjimu susijusio skeleto raumenų NAD kiekio sumažėjimo [J]. Eksperimentinė gerontologija, 2023,173:112109.DOI:10.1016/j.exger.2023.112109.
[2] Soma M, Lalam S K. Nikotinamido mononukleotido (NMN) vaidmuo stabdant senėjimą, ilgaamžiškumą ir jo potencialas gydant lėtines ligas [J]. Molecular Biology Reports, 2022, 49(10):9737-9748.DOI:10.1007/s11033-022-07459-1.
[3] Curry A, White D, Cen Y. Mažų molekulių reguliatoriai, nukreipti į NAD(+) biosintetinius fermentus[J]. Current Medicinal Chemistry, 2022, 29(10):1718-1738.DOI:10.2174/0929867328666210531144629.
[4] Yuan Y, Liang B, Liu X ir kt. Taikymas NAD+: ar tai įprasta širdies senėjimo atidėjimo strategija?[J]. Ląstelių mirties atradimas, 2022,8. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:248393418
[5] Levine DC, Hong H, Weidemann BJ ir kt. NAD(+) kontroliuoja cirkadinį perprogramavimą per PER2 branduolinį perkėlimą į senėjimą stabdantį [J]. Molecular Cell, 2020, 78(5): 835-849.DOI: 10.1016/j.molcel.2020.04.010.
[6] Fang EF, Hou Y, Lautrup S ir kt. NAD(+) padidinimas atkuria mitofagiją ir riboja pagreitintą senėjimą sergant Wernerio sindromu [J]. Nature Communications, 2019,10(1):5284.DOI:10.1038/s41467-019-13172-8.
[7] Yaku K, Okabe K, Nakagawa T. NAD metabolizmas: įtaka senėjimui ir ilgaamžiškumui [J]. Senėjimo tyrimų apžvalgos, 2018,47:1-17.DOI:10.1016/j.arr.2018.05.006.
[8] Chaturvedi P, Tyagi S C. NAD(+) : Didelis širdies ir skeleto raumenų remodeliavimo ir senėjimo žaidėjas [J]. Journal of Cellular Physiology, 2018, 233(3): 1895-1896.DOI: 10.1002/jcp.26014.
Produktas skirtas naudoti tik moksliniams tyrimams:
