Od Cocer Peptides 
pred mesiacom
VŠETKY ČLÁNKY A INFORMÁCIE O PRODUKTOCH POSKYTOVANÉ NA TEJTO WEBOVEJ STRÁNKE SÚ VÝHRADNE NA ŠÍRENIE INFORMÁCIÍ A VZDELÁVACIE ÚČELY.
Produkty uvedené na tejto webovej stránke sú určené výhradne na výskum in vitro. Výskum in vitro (lat. *v skle*, čo znamená v skle) sa vykonáva mimo ľudského tela. Tieto produkty nie sú liečivá, neboli schválené americkým Úradom pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) a nesmú sa používať na prevenciu, liečbu alebo liečenie akéhokoľvek zdravotného stavu, choroby alebo ochorenia. Vnášať tieto produkty do ľudského alebo zvieracieho tela v akejkoľvek forme je zákonom prísne zakázané.
V oblasti biologických vied bolo starnutie vždy hlavnou témou výskumu. Ako sa výskum mechanizmov starnutia neustále prehlbuje, čoraz väčšiu pozornosť si získava úloha nikotínamid adenín dinukleotidu (NAD+) v procese proti starnutiu. Ako koenzým zapojený do mnohých kľúčových fyziologických procesov v bunkách sa zistilo, že NAD+ je úzko spojený s procesom starnutia.
Obrázok 1 Biologické funkcie NAD. NAD reguluje energetickú rovnováhu, reakciu na stres a bunkovú homeostázu prostredníctvom sirtuínov, PARP a rôznych redoxných enzýmov.
Prehľad fyziologických funkcií NAD+
NAD+ je koenzým široko prítomný v bunkách a podieľa sa na rôznych kľúčových fyziologických procesoch. Primárne existuje v bunkách v dvoch formách: oxidovaná forma (NAD+) a redukovaná forma (NADH), ktoré sa môžu vzájomne premieňať. Táto dynamická rovnováha je rozhodujúca pre udržanie normálneho bunkového metabolizmu a funkcie.
1. Energetický metabolizmus: NAD+ hrá ústrednú úlohu pri bunkovom dýchaní. V dráhach energetického metabolizmu, ako je glykolýza, cyklus trikarboxylových kyselín a oxidačná fosforylácia, NAD+ pôsobí ako akceptor elektrónov, prijíma elektróny uvoľnené počas oxidácie metabolických substrátov za vzniku NADH. Následne NADH prenáša elektróny do mitochondriálneho dýchacieho reťazca, kde oxidačnou fosforyláciou vzniká adenozíntrifosfát (ATP), ktorý bunke poskytuje energiu. Tento proces zabezpečuje, že bunky môžu nepretržite získavať dostatok energie na udržanie svojich normálnych fyziologických aktivít, ako je rast, delenie a oprava buniek.
Počas glykolýzy 3-fosfoglycerát prenáša atómy vodíka na NAD+ pôsobením 3-fosfoglycerátdehydrogenázy, čím vzniká NADH a 1,3-difosfoglycerát. Následne NADH prenáša elektróny na kyslík cez dýchací reťazec v mitochondriách, pričom v konečnom dôsledku produkuje vodu a spája syntézu ATP. To naznačuje, že NAD+ je nenahraditeľnou súčasťou bunkového energetického metabolizmu a zmeny jeho koncentrácie priamo ovplyvňujú efektivitu výroby energie.
2. Oprava DNA: NAD+ je substrátom pre rodinu poly(ADP-ribóza)polymerázy (PARP). Keď PARP rozpozná a naviaže sa na poškodené miesta DNA, použije NAD+ ako substrát na prenos ADP-ribózových skupín na seba alebo na iné proteíny, čím sa vytvoria poly(ADP-ribózové) (PAR) reťazce. Tieto reťazce PAR môžu získavať a aktivovať sériu proteínov zapojených do opravy DNA, ako je DNA ligáza a DNA polymeráza, čím sa iniciuje proces opravy DNA. Keď sú bunky vystavené poškodeniu DNA spôsobenému faktormi, ako je ultrafialové žiarenie alebo chemikálie, systém PARP-NAD+ rýchlo reaguje na opravu poškodenej DNA a udržiava genómovú stabilitu. Ak sú hladiny NAD+ nedostatočné, aktivita PARP je inhibovaná, čo vedie k zníženiu kapacity opravy DNA, zvýšenej genómovej nestabilite a zrýchlenému starnutiu buniek a nástupu ochorenia.
3. Posttranslačná modifikácia proteínov: NAD+ sa tiež podieľa na katalytických reakciách proteínov rodiny sirtuínov. Sirtuíny sú triedou NAD+-dependentných deacetyláz, ktoré môžu odstrániť acetylové modifikácie z lyzínových zvyškov na proteínoch. Táto deacetylačná modifikácia reguluje aktivitu, stabilitu a subcelulárnu lokalizáciu mnohých proteínov, čím ovplyvňuje bunkový metabolizmus, stresové reakcie, starnutie a ďalšie fyziologické procesy. Napríklad SIRT1 môže regulovať aktivitu transkripčných faktorov, ako sú p53 a FOXO, prostredníctvom deacetylačnej modifikácie, čím ovplyvňuje bunkový cyklus, apoptózu a procesy antioxidačného stresu. Keď sú bunky v strese, SIRT1 deacetyluje p53 konzumáciou NAD+, čím inhibuje transkripčnú aktivitu p53, znižuje výskyt apoptózy a zvyšuje kapacitu bunkového prežitia.
Zmeny hladín NAD+ počas starnutia
Štúdie ukázali, že s vekom sa hladiny NAD+ postupne znižujú vo viacerých tkanivách a bunkách tela. Tento pokles bol pozorovaný u rôznych druhov, vrátane cicavcov, háďatiek a ovocných mušiek, čo naznačuje, že znížené hladiny NAD+ môžu byť konzervovaným javom v procese starnutia.
1. Tkanivovo špecifické zmeny: Rozsah a mechanizmy poklesu hladiny NAD+ s vekom sa môžu v rôznych tkanivách líšiť. V kostrovom svalstve je starnutie sprevádzané znížením aktivity kľúčových enzýmov v biosyntetickej dráhe NAD+, čo vedie k zníženej syntéze NAD+. Expresia a aktivita enzýmov spotrebúvajúcich NAD+, ako je CD38, sa zvyšuje, čo urýchľuje degradáciu NAD+ a v konečnom dôsledku vedie k významnému zníženiu hladín NAD+ v kostrovom svale. V pečeni môže starnutie okrem vyššie uvedených zmien v dráhach syntézy a degradácie ovplyvniť aj transportné procesy NAD+, čo vedie k nerovnováhe v intracelulárnej distribúcii NAD+ a ďalšiemu zníženiu jeho účinnej koncentrácie.
2. Súvislosť s chorobami súvisiacimi s vekom: Znížené hladiny NAD+ sú úzko spojené so vznikom a progresiou rôznych chorôb súvisiacich s vekom. Pri kardiovaskulárnych ochoreniach vedie pokles hladín NAD+ buniek myokardu spôsobený starnutím k poruchám energetického metabolizmu, zvýšenému oxidačnému stresu a apoptóze buniek myokardu, čím sa zhoršuje srdcová dysfunkcia. Pri neurodegeneratívnych ochoreniach, ako je Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba, zníženie hladiny NAD+ v neurónoch ovplyvňuje opravu DNA a homeostázu proteínov, čo podporuje agregáciu neurotoxických proteínov a smrť neurónov. Metabolické ochorenia, ako je diabetes, sú tiež spojené so zníženými hladinami NAD+, keďže nedostatok NAD+ zhoršuje sekréciu inzulínu a citlivosť na inzulín, čo vedie k abnormálnej regulácii glukózy v krvi.
Mechanizmy, ktorými znížené hladiny NAD+ podporujú starnutie
1. **Poruchy energetického metabolizmu**: NAD+ hrá kľúčovú úlohu v bunkovom energetickom metabolizme. S pribúdajúcim vekom vedú znížené hladiny NAD+ k narušeniu dráh energetického metabolizmu a zníženiu produkcie ATP. To ovplyvňuje nielen normálne bunkové fyziologické funkcie, ale tiež spúšťa sériu kompenzačných reakcií, ako je nadmerná mitochondriálna proliferácia a funkčné abnormality. Mitochondrie sú bunkové elektrárne; pri nedostatočnom NAD+ dochádza k poruche funkcie mitochondriálneho dýchacieho reťazca, čo má za následok zvýšenú produkciu reaktívnych foriem kyslíka (ROS) počas transportu elektrónov. Nadmerné ROS môže napadnúť mitochondriálnu DNA, proteíny a lipidy, čím ďalej narúša mitochondriálnu štruktúru a funkciu, čím vzniká začarovaný kruh, ktorý urýchľuje starnutie buniek.
Obrázok 2 Navrhované mechanizmy, ako starnutie ovplyvňuje metabolizmus NAD. Starnutie narúša rovnováhu medzi syntézou a degradáciou NAD, čo vedie k zníženiu hladín NAD v rôznych tkanivách.
2. Hromadenie poškodenia DNA: Znížené hladiny NAD+ ako substrát pre PARP oslabujú schopnosť opravy DNA. Keď nie je možné včas účinne opraviť poškodenie DNA, vedie to ku genómovej nestabilite, hromadeniu veľkého počtu mutácií a chromozomálnych abnormalít. Tieto genetické poškodenia interferujú s normálnymi bunkovými fyziologickými funkciami, ovplyvňujú bunkovú proliferáciu, diferenciáciu a apoptózu, čím podporujú starnutie buniek. Poškodenie DNA tiež aktivuje signálne dráhy súvisiace so starnutím v bunkách, ako sú dráhy p53-p21 a p16INK4a-Rb, čo ďalej vyvoláva výskyt bunkového starnutia.
3. Dysregulácia signálnych dráh súvisiacich so starnutím: Proteíny rodiny sirtuínov závislé od NAD+ hrajú kľúčovú úlohu pri regulácii signálnych dráh súvisiacich so starnutím. Keď hladiny NAD+ klesajú, aktivita sirtuínu je inhibovaná, čo vedie k zníženým deacetylačným modifikáciám downstream cieľových proteínov. Znížená aktivita SIRT1 vedie k tomu, že p53 je vo vysoko acetylovanom stave, čím sa zvyšuje transkripčná aktivita p53, čo vedie k zastaveniu bunkového cyklu a apoptóze; súčasne oslabená deacetylácia transkripčného faktora FOXO pomocou SIRT1 ovplyvňuje odolnosť bunky voči antioxidačnému stresu a metabolickú reguláciu. Okrem toho zmeny v aktivite iných členov rodiny sirtuínov, ako sú SIRT3 a SIRT6, tiež ovplyvňujú mitochondriálnu funkciu, genómovú stabilitu a zápalové reakcie, čím spoločne riadia progresiu bunkovej starnutia.
Stratégie proti starnutiu na zvýšenie hladín NAD+
Vzhľadom na úzky vzťah medzi zníženými hladinami NAD+ a starnutím sa stratégie na oddialenie starnutia zvyšovaním hladín NAD+ stali stredobodom výskumu.
1. Doplnenie prekurzorov NAD+: Doplnenie prekurzorov NAD+ je bežnou metódou na zvýšenie hladín NAD+. Bežné prekurzory NAD+ zahŕňajú nikotínamid (NAM), nikotínamid mononukleotid (NMN) a nikotínamid ribozid (NR). Tieto prekurzory sa môžu premeniť na NAD+ prostredníctvom špecifických metabolických dráh v bunkách, čím sa zvýšia jeho hladiny.
Nikotínamid (NAM): NAM je forma vitamínu B3, ktorá sa môže premeniť na nikotínamid mononukleotid (NMN) pôsobením nikotínamid-fosforibozyltransferázy (NAMPT), ktorá sa potom používa na syntézu NAD+. Suplementácia vysokými dávkami NAM môže spätne inhibovať aktivitu NAMPT, čo obmedzuje jej schopnosť zvyšovať hladiny NAD+. Dlhodobé užívanie vysokých dávok NAM môže spôsobiť vedľajšie účinky, ako je sčervenanie kože, ale vo vhodných dávkach môže NAM účinne zvýšiť intracelulárne hladiny NAD+, zlepšiť energetický metabolizmus a zlepšiť funkcie opravy DNA.
Nikotínamid mononukleotid (NMN): NMN je priamym prekurzorom v biosyntetickej dráhe NAD+. Štúdie ukázali, že orálny NMN sa rýchlo vstrebáva a premieňa na NAD+, čím sa účinne zvyšujú hladiny NAD+ v rôznych tkanivách. V pokusoch na zvieratách suplementácia NMN preukázala významné zlepšenie pri metabolických poruchách súvisiacich s vekom, kardiovaskulárnej dysfunkcii a neurodegeneratívnych ochoreniach. Napríklad u starých myší suplementácia NMN zlepšila lokomotorickú schopnosť, zvýšila citlivosť na inzulín, zmiernila patologické zmeny súvisiace s vekom v srdci a zlepšila kognitívne funkcie. Okrem toho sa ukázalo, že NMN podporuje mitochondriálnu biogenézu, zvyšuje mitochondriálnu funkciu a znižuje poškodenie spôsobené oxidačným stresom.
Nikotínamid ribozid (NR): NR je ďalší účinný prekurzor NAD+, ktorý sa môže premeniť na NMN fosforyláciou nikotínamid ribozidkinázou (NRK), ktorá sa potom používa na syntézu NAD+. Podobne ako NMN, suplementácia NR môže zvýšiť intracelulárne hladiny NAD+, zlepšiť metabolické funkcie a oddialiť starnutie. U starých myší môže suplementácia NR remodelovať metabolické a stresové reakcie, zvýšiť kapacitu chromatínového viazania cirkadiánneho hodinového génu BMAL1, obnoviť mitochondriálne respiračné rytmy a cirkadiánnu aktivitu a čiastočne obnoviť fyziologický stav starých myší na stav mladších myší.
Obrázok 3 Model zobrazujúci záchrannú dráhu NAD+ a konverziu nikotínamidribozidu (NR) na NAD+.
2. Regulácia NAD+ metabolických enzýmov:
Aktivácia NAD+ syntázy: NAMPT je enzým obmedzujúci rýchlosť v biosyntetickej dráhe NAD+ a zvýšená aktivita môže podporovať syntézu NAD+. Zistilo sa, že niektoré prírodné zlúčeniny, ako je resveratrol a apigenín, aktivujú NAMPT, čím zvyšujú produkciu NAD+. Resveratrol je polyfenolová zlúčenina nachádzajúca sa v šupkách hrozna, červenom víne a iných rastlinách. Môže nepriamo upregulovať expresiu NAMPT aktiváciou signálnej dráhy SIRT1-PGC-1α, čím sa zvýšia hladiny NAD+. Liečba resveratrolom zlepšuje energetický metabolizmus, znižuje poškodenie oxidačným stresom a predlžuje životnosť u starých myší.
Inhibícia enzýmov spotrebúvajúcich NAD+: CD38 je hlavný enzým spotrebúvajúci NAD+, ktorého expresia a aktivita sa zvyšuje s vekom, čím sa urýchľuje degradácia NAD+. Inhibícia aktivity CD38 znižuje spotrebu NAD+ a udržiava intracelulárne hladiny NAD+. Uvádza sa, že niektoré zlúčeniny s malou molekulou, ako napríklad 78c a apigenín, inhibujú aktivitu CD38. Použitie inhibítorov CD38 môže zvýšiť hladiny NAD+ a zlepšiť fyziologickú dysfunkciu súvisiacu s vekom, ako je zlepšenie srdcovej funkcie a zlepšenie metabolických porúch.
3. Intervencie v oblasti životného štýlu: Faktory životného štýlu tiež významne ovplyvňujú hladiny NAD+.
Cvičenie: Pravidelné cvičenie stimuluje biosyntetickú dráhu NAD+ a zvyšuje hladiny NAD+. Aeróbne cvičenie aj silový tréning môžu zvýšiť expresiu a aktivitu NAMPT v kostrovom svale, čím podporujú syntézu NAD+. Cvičenie môže tiež regulovať expresiu génov súvisiacich s metabolizmom NAD+, zlepšiť mitochondriálnu funkciu a zvýšiť bunkovú antioxidačnú kapacitu. U staršej populácie môže mierne cvičenie účinne zvýšiť obsah NAD+ vo svaloch, zlepšiť svalovú silu a motorické funkcie a spomaliť proces starnutia.
Diétne obmedzenia: Diétne obmedzenia, ako je obmedzenie kalórií (CR) a prerušovaný pôst (IF), sú všeobecne uznávané ako účinné stratégie na spomalenie starnutia. Tieto stravovacie návyky uplatňujú svoje účinky proti starnutiu reguláciou metabolizmu NAD+. CR a IF aktivujú proteíny rodiny sirtuínov, ako je SIRT1, čím podporujú syntézu a využitie NAD+. Obmedzenie stravy môže tiež znížiť oxidačný stres, zlepšiť funkciu metabolizmu a znížiť riziko chorôb súvisiacich s vekom. Pri pokusoch na zvieratách môže dlhodobé obmedzenie kalórií výrazne zvýšiť hladiny NAD+ a predĺžiť životnosť viacerých druhov.
Účinky zvyšovania hladín NAD+ proti starnutiu
1. Účinky proti starnutiu pri pokusoch na zvieratách: Početné pokusy na zvieratách potvrdili, že zvýšenie hladín NAD+ môže výrazne spomaliť proces starnutia a zlepšiť fyziologickú dysfunkciu súvisiacu s vekom.
Zlepšená metabolická funkcia: U starších myší môže suplementácia NMN alebo NR zvýšiť citlivosť na inzulín, regulovať hladiny glukózy v krvi a zlepšiť poruchy metabolizmu lipidov. Suplementácia prekurzorom NAD+ môže zvýšiť oxidáciu mastných kyselín v tukovom tkanive, znížiť hromadenie tuku a znížiť riziko ochorení súvisiacich s obezitou. Zvýšenie hladín NAD+ môže tiež zlepšiť metabolickú funkciu pečene, zvýšiť detoxikačnú kapacitu pečene pre lieky a toxíny a udržať normálnu fyziologickú funkciu pečene.
Ochrana kardiovaskulárnych funkcií: Počas procesu starnutia kardiovaskulárny systém prechádza štrukturálnymi a funkčnými zmenami, ako je hypertrofia myokardu a znížená elasticita ciev. Suplementácia prekurzormi NAD+ môže zlepšiť srdcovú kontrakciu a relaxačnú funkciu, znížiť fibrózu myokardu a zmierniť poškodenie oxidačným stresom. Na zvieracích modeloch môže suplementácia NMN alebo NR znížiť krvný tlak, zlepšiť funkciu cievneho endotelu a znížiť riziko kardiovaskulárnych ochorení. V modeloch infarktu myokardu môže zvýšenie hladín NAD+ podporiť prežitie a opravu buniek myokardu, znížiť veľkosť infarktu a zlepšiť funkciu srdca.
Neuroprotektívne účinky: V modeloch neurodegeneratívnych ochorení zvyšujúce sa hladiny NAD+ preukazujú významné neuroprotektívne účinky. Štúdie ukázali, že suplementácia NMN alebo NR môže zlepšiť kognitívne funkcie, znížiť neurozápal a znížiť agregáciu neurotoxických proteínov. V modeloch myší s Alzheimerovou chorobou môže suplementácia prekurzormi NAD+ znížiť produkciu β-amyloidu, inhibovať nadmernú fosforyláciu tau proteínu, chrániť neuróny pred poškodením, a tým zlepšiť schopnosti učenia a pamäte.
Predĺžená životnosť: V rôznych modelových organizmoch sa ukázalo, že zvyšujúce sa hladiny NAD+ predlžujú životnosť. U háďatiek a ovocných mušiek môže zvýšenie hladín NAD+ prostredníctvom genetickej manipulácie alebo suplementácie prekurzormi NAD+ výrazne predĺžiť ich životnosť. V experimentoch na myšiach dlhodobá suplementácia NMN alebo NR tiež ukázala trend k predĺženej životnosti, hoci tento účinok sa môže v rôznych štúdiách líšiť. Celkovo tieto zistenia naznačujú pozitívny vplyv zvyšovania hladín NAD+ na dĺžku života.
Záver
Ako esenciálny koenzým v bunkách hrá NAD+ nenahraditeľnú úlohu v kľúčových fyziologických procesoch, akými sú energetický metabolizmus, oprava DNA a posttranslačná modifikácia proteínov. S pribúdajúcim vekom je pokles hladín NAD+ úzko spojený s procesom starnutia a nástupom a progresiou rôznych chorôb súvisiacich s vekom. Stratégie na zvýšenie hladín NAD+, ako je suplementácia prekurzorov NAD+, regulácia metabolických enzýmov NAD+ a zásahy do životného štýlu, preukázali v experimentoch na zvieratách významné účinky proti starnutiu, vrátane zlepšenej metabolickej funkcie, ochrany kardiovaskulárneho a nervového systému a predĺženia životnosti.
Zdroje
[1] Chubanava S, Treebak J T. Pravidelné cvičenie účinne chráni pred poklesom obsahu NAD v kostrovom svalstve súvisiacim so starnutím[J]. Experimentálna gerontológia, 2023,173:112109.DOI:10.1016/j.exger.2023.112109.
[2] Soma M, Lalam SK. Úloha nikotínamidového mononukleotidu (NMN) v boji proti starnutiu, dlhovekosti a jeho potenciál pri liečbe chronických stavov[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 molekúl zamerané na biosyntetické enzýmy NAD(+)[J]. Current Medicinal Chemistry, 2022, 29(10):1718-1738.DOI:10.2174/0929867328666210531144629.
[4] Yuan Y, Liang B, Liu X a kol. Zameranie na NAD+: je to bežná stratégia na oddialenie starnutia srdca?[J]. Objav bunkovej smrti, 2022, 8. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:248393418
[5] Levine DC, Hong H, Weidemann BJ, a kol. NAD(+) riadi cirkadiánne preprogramovanie prostredníctvom jadrovej translokácie PER2, aby sa zabránilo starnutiu[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. Augmentácia NAD(+) obnovuje mitofágiu a obmedzuje zrýchlené starnutie pri Wernerovom syndróme[J]. Nature Communications, 2019,10(1):5284.DOI:10.1038/s41467-019-13172-8.
[7] Yaku K, Okabe K, Nakagawa T. Metabolizmus NAD: Dôsledky starnutia a dlhovekosti[J]. Ageing Research Reviews, 2018,47:1-17.DOI:10.1016/j.arr.2018.05.006.
[8] Chaturvedi P, Tyagi SC. NAD(+) : Veľký hráč v remodelácii a starnutí srdcového a kostrového svalstva[J]. Journal of Cellular Physiology, 2018,233(3):1895-1896.DOI:10.1002/jcp.26014.
Produkt dostupný len na výskumné účely:
