NMN“不老神话”将落幕？更便宜、高效的NAD+合成激活剂被发现

随着人口老龄化加剧，衰老相关疾病日益受到关注，其中神经退行性疾病更是备受重视的焦点。阿尔茨海默症（AD）、帕金森病（PD）、肌肉萎缩性侧索硬化症（ALS）、多发性硬化症（MS）等都属于常见的神经退行性疾病。

这类疾病是由于大脑和脊髓的神经元逐渐退化所致，病情随着年龄增长不断恶化，最终导致患者失能、死亡。根据世界卫生组织（WHO）预测：到2040年，神经退行性疾病将取代癌症，成为人类第二大致死疾病[1]。

图注：一档关注患有神经退行性疾病老人的公益节目《忘不了餐厅》

患病人数广、疾病负担大，致使人们不断推动神经退行性治疗药物开发进程。但攻克此类疾病一直都是药物开发领域“难啃的硬骨头”。目前的药物仅能减轻部分症状，却没有一种药物能够有效阻止神经细胞退行和死亡。

先前研究发现，发生神经退行的神经细胞中NAD+水平明显降低，引发轴突退化。而两种提升NAD+的策略可以防止轴突退化以保护神经细胞：一是，通过NAD+前体补充剂直接恢复NAD+水平；二是，过表达与NAD+合成相关的两种酶NAMPT和NMNAT以增强NAD+合成速率[2]。

NAD+的前体补充剂NMN和NR作为抗衰老食品补充剂在市场上热销，在动物模型中展现出对抗阿尔茨海默症、帕金森病等神经退行性疾病的潜力，相关临床试验也在紧锣密鼓地筹备中[2]。

而来自清华大学药学院的王戈林团队盯上了人迹罕至的另一条道路——开发NAD+生物合成的限速酶，烟酰胺磷酸核糖基转移酶（NAMPT）的新型小分子激活剂（NATs），促进NAD+自身合成。成果发表在著名杂志Cell Research[3]。

本周日（12月10日），王戈林教授将应邀出席TIMEPIE第四届衰老干预论坛，就“靶向NAD+代谢进行神经保护”开展分享。可至文末了解论坛详情，获取与权威学者线下交流机会。

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细胞内的NAMPT是NAD+补救合成途径上的关键酶。NAD+与NAD消耗酶（Sirtuins、PARPs等）作用后，转化为烟酰胺（NAM）。NAMPT便可以把烟酰胺拾掇回来，“变废为宝”合成NMN，NMN再经NMNAT转化为人人都爱的NAD+ [4]。

也就是说，在NAMPT给力加持下，有可能实现NAD+的“自循环”。结合上衰老是NAD+消耗过多的结果这一背景[5]，激活NAMPT意味着对抗衰老，毫无疑问，也能对神经退行性疾病显效。

NAMPT就这样成为了清华团队的目标。可是，酶激活剂的发现极具挑战性。相较酶抑制剂，目前能够成功应用的酶激活剂寥寥无几（此处想到了被大卫·辛克莱的白藜芦醇，一种SIRT1激活剂，骗到“口出恶言”的药企GSK）。

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首先，清华团队从浩如烟海的50000多种化学物质中，筛选出了唯一能够强力激活NAMPT的分子，将其视作NAT（NAMPT强效激活剂）以备研究。

通过X射线衍射分析技术，研究人员解析了NAMPT与NAT的晶体结构，从原子水平观察到NAT钻入NAMPT催化口袋内部，促进烟酰胺和PRPP（嘌呤核苷酸的前体）缩合形成NMN（烟酰胺单核苷酸），提升NAMPT的催化效率。

然后，为了进一步提升NAT的效力和药理特性，研究人员对NAT进行了系统的分子结构修饰和优化。从5轮优化中合成的81种衍生物中，又选出了一种最活跃的衍生物NAT-5r（在NAT左侧A环上添加一个氰基）。

具体的优化修饰过程及构效关系研究，作为另一篇论文发表在了《欧洲药物化学》杂志[6]。

最后，研究人员用NAMPT的强力抑制剂FK866，对NAT-5r进行了“最终试炼”。在细胞培养基中添加FK866可使细胞内NAD+迅速消耗，导致细胞死亡，而施用NAT-5r可以保护细胞免受FK866的毒害。

NAT-5r完成所有“出厂检验”，作为NAMPT激活剂，即将迎接全新的挑战。

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在大剂量给药确定NAT-5r对细胞不存在毒性之后，研究人员开始利用碳14标记的烟酰胺，来检验NAT-5r能否提升细胞内NAD+合成速率。

结果发现，使用3μM浓度的NAT-5r培养细胞4小时后，细胞内NAD+水平便出现了显著升高，其程度分别与300μM的NMN和1mM的NR相当。

这意味着，NAT-5r提升NAD+的速率，是NMN的100倍，NR的333倍。

神经干细胞（NSC）是神经元和神经胶质细胞的终生来源。在缺乏生长因子的应激条件下，神经干细胞增殖停滞，此时往培养基中添加NAT-5r，发现它重新启动了神经干细胞的增殖。

而增大添加的NAT-5r的浓度达3μM，发现神经干细胞增殖受到抑制，开始转为向神经元或神经胶质细胞的分化。这种“钩子效应”同NMN相似，当NMN浓度超过300μM时，也会发生增殖向分化的转变，这可能与NAMPT过度激活有关。

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细胞实验告一段落，研究人员开始着手动物实验。

研究人员利用化疗药物紫杉醇诱导小鼠神经损伤以制造动物模型，化疗药物可大量消耗NAD+，损伤周围神经的轴突，其病理表现类似于神经退行性变。

在开始注射紫杉醇（PTX）的前1周，先给小鼠注射NAT和NAT-5r进行保护。

不出意料，施用NAT和NAT-5r后，神经细胞内NAD水平提升，甚至略高于未注射紫杉醇的空白对照组。

通过对小鼠坐骨神经进行组织学分析表明，3mg/kg和30mg/kg的NAT-5r均让小鼠免于化疗药造成的神经损伤，其效用与30mg/kg的NAT相当。

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使用小分子NAMPT激活剂，可使小鼠神经细胞得到保护，并且过程中没有发现任何毒副作用。这为神经退行性疾病的药物研发指明了方向。

此外，研究人员指出，相较于NMN和NR等营养补充剂，NAMPT激活剂具有以下4大优势：

• NAT-5r提升NAD+水平，比NMN和NR更高效（100倍/333倍）

• NAT-5r这一类小分子激活剂相较NMN和NR等前体具有更好的生物利用度，能够更快递送到组织并利用

• NAMPT小分子激活剂合成容易，成本很低，不会和NMN、NR一样成为富人独享的“不老药”

• NAMPT激活剂的作用在限速步骤上受到调节，能够更灵活地满足不同生理状态下细胞的需要

本周日（12月10日），王戈林教授将应邀出席第四届衰老干预论坛，就“靶向NAD+代谢进行神经保护”开展分享。

另有30余位国内外重磅嘉宾将线下出席论坛，感兴趣的读者欢迎来对话框联系。

[1] Gammon, K. Neurodegenerative disease: Brain windfall. Nature. 2014; 515:299–300.

[2] Covarrubias AJ, Perrone R, Grozio A, et al. NAD+ metabolism and its roles in cellular processes during ageing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2021;22(2):119-141.

[3] Yao H, Liu M, Wang L, et al. Discovery of small-molecule activators of nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT) and their preclinical neuroprotective activity. Cell Res. 2022 Apr 22. doi: 10.1038/s41422-022-00651-9.

[4] Bogan KL, Brenner C. Nicotinic acid, nicotinamide, and nicotinamide riboside: a molecular evaluation of NAD+ precursor vitamins in human nutrition. Annu Rev Nutr. 2008;28:115-30.

[5] Covarrubias AJ, Kale A, Perrone R, et al. Author Correction: Senescent cells promote tissue NAD+ decline during ageing via the activation of CD38+ macrophages. Nat Metab. 2021;3(1):120-121.

[6] Wang L, Liu M, Zu Y, et al. Optimization of NAMPT activators to achieve in vivo neuroprotective efficacy. Eur J Med Chem. 2022;236:114260. doi: 10.1016/j.ejmech.2022.114260.