你的NMN可能白吃了！NAD+消耗飙升成衰老罪魁祸首
NAD+作为机体必需辅酶，又因其含量随衰老下降，一直都是抗衰领域的香饽饽，其前体NMN类物质甚至还有了“长寿药”的美誉。
然而，NAD+为何伴随衰老下降却未有定论：究竟是合成不够，还是用得太多？
对此，一项发表于顶尖杂志Cell子刊的研究发现：导致老年个体NAD+不足的根本原因与NAD+合成无关，真相是NAD+的消耗效率大幅跃升！而抗衰“万金油”热量限制能显著降低NAD+消耗[1]。
本周日（12月10日），本文通讯作者宾夕法尼亚大学教授Joseph Baur将来到TIMEPIE第四届衰老干预论坛现场，就“线粒体NAD+代谢”做重磅分享。
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温故知新，NAD+代谢回顾
说起NAD+代谢途径及其前体，好似真能算上老生常谈，领域内的初步研究也已较为清晰，简单一图带你快速复习下👇
图注：NAD+主要代谢与生理功能总览源[2]，汉化
NAD+消耗：
被多种关键酶作为底物利用，主要包括SIRTs、PARPs、CD38/CD157以及SARM1。其中，CD38和PARP1是细胞内最主要的NAD+使用者。
NAD+合成：
主要合成途径有三条，分别是经由色氨酸的从头合成通路、以烟酸（NA）为前体的Preiss-Handler通路以及通过烟酰胺（NAM）、NMN的补救通路。生物体多数组织中NAD+合成较依赖补救通路[3]。
不断被消耗，又不断重新合成，但这样“有来有往”的平衡终还是要被岁月打破，生物体NAD+含量随年龄增长而下降，已是学界公认事实[4, 5]。本次研究也同样发现，衰老促使小鼠体内多组织NAD+出现下降。
同时，研究人员还发现，除NMN外，多数NAD+循环前体的含量并未明显下降。言下之意，衰老并没拿着物质合成的生产原料“开刀”，NAD+真没到“穷得揭不开锅”的境地。
图注：小鼠体内NAD+及其多个前体含量随衰老的变化
颠覆认知！
NAD+下行并非合成不足，竟是消耗飙升
生产原料充足，NAD+却还是不够用，究竟是合成过程出了岔子，还是后端不加节制，消耗过快？要解答这个问题，还得一条条通路逐个量化、综合分析。
#No.1
从头合成通路
为了清晰追踪、量化NAD+关联过程，此次研究选择了堪称“最强追踪器”的同位素标记技术，给前端原料（色氨酸）贴上“特殊标签”，实时监测色氨酸、NAM及中间代谢产物的动态变化。
然而，有些令人意外的是，年轻和老年小鼠组织内被标记的NAD+、NAM表现出相似变化规律，无论是绝对含量，还是组织、时间差异，都与年龄因素无关。
图注：从头合成通路中，NAD+的合成及该通路释放NAM含量未随年龄增长而改变
#No.2
补救通路
如法炮制，研究人员再次向小鼠体内注入标记NAM，观测经由补救通路的NAD+动态规律。24小时后，年轻与老年鼠体内NAD+水平均得到提升，且通量无明显差异，相比之下，衰老小鼠体内被探测到更高比例的标记NAD+。
这表明，老年鼠体内NAD+合成的绝对通量并未因年龄增长而改变，但消耗速率却在显著上升，这也与NAD+多种消耗酶活性随衰老增加的规律一致[3, 5]。
这道理就仿佛是：随着工龄增长，虽然收入并不见少，但奈何花销实在过大，到了着急用钱时，也只能看着存款余额黯然神伤。
图注：老年小鼠体内NAD+合成未受到显著影响，但消耗明显增加
热量限制虽迟未缺，
大幅降低NAD+周转！
万万没想到，相比于“开源”，原来“节流”才是NAD+的稳态真谛，不过，想降低NAD+消耗，我们还能依靠谁？
这不，号称“已知的最强抗衰干预措施”[6]热量限制（CR）虽迟未缺。CR通过上调NAD+代谢的限速酶NAMPT[7]，并调控NAD+重要消耗酶（SIRTs、CD38与PARPs）活性，进而降低DNA损伤，让NAD+水平远离衰老威胁[8, 9]，可谓天长地久，多重保护。
而本次研究借助同位素“度量之手”，发现终生CR能让小鼠在变成“老鼠”时，体内各组织的NAD+稳态被极大改善，如肝脏NAD+水平得到恢复；白色脂肪组织（生物体中的“好脂肪”）的NAD+浓度“越活越年轻”，打破了衰老降低魔咒。
而这一成就还得归功于CR“稳住”NAD+“基本盘”，降低了衰老小鼠体内NAD+消耗——相比较对照组，CR组老年鼠体内被标记NAD+的比例大大降低，这意味原有NAD+的消耗被减缓，重新合成的NAD+较少。
图注：热量限制适度增加了NAD+水平，并减少多数组织中NAD+的消耗
此外，CR似乎也让“动力工厂”线粒体变得更加年轻态。除了降低线粒体内的NAD+消耗，更是在肝脏“NAD+危机”到来之前（组织NAD+下降最终会破坏线粒体内NAD+稳态，但有一定延迟效应[10]），率先排兵布阵，守卫健康堡垒，适度提升了肝脏内NAD+的水平。
图注：线粒体NAD+代谢较机体组织更慢，CR能更好维持NAD+稳态
（不得不再次感叹，CR真的宇宙级yyds！！）
TIMEPIE点评
不同于主流观点，认为NAD+水平下降的主要原因是衰老影响合成，本次研究在量化生物体多组织NAD+代谢通量后，提出年龄增长导致的消耗飙升才是“拉扯”NAD+水平的罪魁祸首。而此次研究利用同位素技术，全面展现了多组织NAD+代谢“足迹”，并直接测量与年龄相关的变化，更是将NAD+的机制研究往前推进一大步。
“闪闪发光”的同位素信号告诉我们，衰老的确让机体利用NAD+前体的能力下降，因此，及时补充利用效率较好的前体物质，对稳定NAD+合成水平大有意义。但想要从根本上去遏制NAD+因年龄增长的变化，可能还是得再想想办法“堵住口袋底部的破洞”。
本周日（12月10日），本文通讯作者宾夕法尼亚大学教授Joseph Baur将来到TIMEPIE第四届衰老干预论坛现场，就“线粒体NAD+代谢”做重磅分享。
—— TIMEPIE ——
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参考文献
[1] McReynolds, M. R., Chellappa, K., Chiles, E., Jankowski, C., Shen, Y., Chen, L., Descamps, H. C., Mukherjee, S., Bhat, Y. R., Lingala, S. R., Chu, Q., Botolin, P., Hayat, F., Doke, T., Susztak, K., Thaiss, C. A., Lu, W., Migaud, M. E., Su, X., Rabinowitz, J. D., … Baur, J. A. (2021). NAD+ flux is maintained in aged mice despite lower tissue concentrations. Cell systems, S2405-4712(21)00338-0. Advance online publication. https://doi.org/10.1016/j.cels.2021.09.001
[2] Xie, N., Zhang, L., Gao, W., Huang, C., Huber, P. E., Zhou, X., Li, C., Shen, G., & Zou, B. (2020). NAD+ metabolism: pathophysiologic mechanisms and therapeutic potential. Signal transduction and targeted therapy, 5(1), 227. https://doi.org/10.1038/s41392-020-00311-7
[3] Liu, L., Su, X., Quinn, W. J., 3rd, Hui, S., Krukenberg, K., Frederick, D. W., Redpath, P., Zhan, L., Chellappa, K., White, E., Migaud, M., Mitchison, T. J., Baur, J. A., & Rabinowitz, J. D. (2018). Quantitative Analysis of NAD Synthesis-Breakdown Fluxes. Cell metabolism, 27(5), 1067–1080.e5. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.03.018
[4] Schultz, M. B., & Sinclair, D. A. (2016). Why NAD(+) Declines during Aging: It's Destroyed. Cell metabolism, 23(6), 965–966. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2016.05.022
[5] Covarrubias, A. J., Perrone, R., Grozio, A., & Verdin, E. (2021). NAD+ metabolism and its roles in cellular processes during ageing. Nature reviews. Molecular cell biology, 22(2), 119–141. https://doi.org/10.1038/s41580-020-00313-x
[6] Mattison, J. A., Colman, R. J., Beasley, T. M., Allison, D. B., Kemnitz, J. W., Roth, G. S., Ingram, D. K., Weindruch, R., de Cabo, R., & Anderson, R. M. (2017). Caloric restriction improves health and survival of rhesus monkeys. Nature communications, 8, 14063. https://doi.org/10.1038/ncomms14063
[7] Song, J., Ke, S. F., Zhou, C. C., Zhang, S. L., Guan, Y. F., Xu, T. Y., Sheng, C. Q., Wang, P., & Miao, C. Y. (2014). Nicotinamide phosphoribosyltransferase is required for the calorie restriction-mediated improvements in oxidative stress, mitochondrial biogenesis, and metabolic adaptation. The journals of gerontology. Series A, Biological sciences and medical sciences, 69(1), 44–57. https://doi.org/10.1093/gerona/glt122
[8] Chalkiadaki, A., & Guarente, L. (2012). Sirtuins mediate mammalian metabolic responses to nutrient availability. Nature reviews. Endocrinology, 8(5), 287–296. https://doi.org/10.1038/nrendo.2011.225
[9] Spindler S. R. (2010). Caloric restriction: from soup to nuts. Ageing research reviews, 9(3), 324–353. https://doi.org/10.1016/j.arr.2009.10.003
[10] Frederick, D. W., Davis, J. G., Dávila, A., Jr, Agarwal, B., Michan, S., Puchowicz, M. A., Nakamaru-Ogiso, E., & Baur, J. A. (2015). Increasing NAD synthesis in muscle via nicotinamide phosphoribosyltransferase is not sufficient to promote oxidative metabolism. The Journal of biological chemistry, 290(3), 1546–1558. https://doi.org/10.1074/jbc.M114.579565
