pmid: "31577933"
title: "NAD"
authors: "Lautrup S, Sinclair DA, Mattson MP, Fang EF"
journal: "Cell metabolism"
pubdate: "2019 Oct 01"
doi: "10.1016/j.cmet.2019.09.001"
source: "PMC Full Text"
NAD
Autores
Lautrup S, Sinclair DA, Mattson MP, Fang EF
Periodico
Cell metabolism (2019 Oct 01)
Conteudo
NAD+ no Envelhecimento Cerebral e Distúrbios Neurodegenerativos
O NAD+ é um metabólito fundamental envolvido na bioenergética celular, estabilidade genômica, homeostase mitocondrial, respostas adaptativas ao estresse e sobrevivência celular. Múltiplas enzimas dependentes de NAD+ estão envolvidas na plasticidade sináptica e na resistência neuronal ao estresse. Aqui, revisamos descobertas recentes que revelam papéis-chave do NAD+ e metabólitos relacionados na adaptação dos neurônios a uma ampla gama de estressores fisiológicos e no combate a processos em doenças neurodegenerativas, como as que ocorrem nas doenças de Alzheimer, Parkinson e Huntington, e na esclerose lateral amiotrófica. Avanços na compreensão dos mecanismos moleculares e celulares da resiliência neuronal baseada em NAD+ levarão a novas abordagens para facilitar o envelhecimento cerebral saudável e para o tratamento de uma série de distúrbios neurológicos.
Síntese e Metabolismo do NAD+
Síntese de NAD+ nas Células
A nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) é uma molécula fundamental na saúde e na doença, pois é central para várias funções bioenergéticas celulares. O NAD+ é sintetizado por meio de três vias principais, incluindo a biossíntese de novo, a via de Preiss-Handler e a via de salvamento (Figura 1). Enquanto a via do aspartato é a via de novo do NAD+ na maioria dos eucariotos fotossintéticos, a via da cinurenina é a única via de biossíntese de novo do NAD+ em mamíferos. A via da cinurenina começa com o catabolismo do aminoácido triptofano, que é convertido em duas etapas no intermediário cinurenina, que pode gerar NAD+, ácido cinurênico ou ácido xanturênico. A via da cinurenina modula as funções neuronais, pois está envolvida na síntese de dois neurotransmissores fundamentais (glutamato e acetilcolina), bem como regula a atividade do receptor N-metil-D-aspartato (NMDA) e a produção de radicais livres. A via da cinurenina exibe efeitos de "faca de dois gumes" sobre os neurônios, com metabólitos neuroprotetores (triptofano, ácido cinurênico e ácido picolínico) e intermedários neurotóxicos, incluindo a 3-hidroxicinurenina (3-HK) que gera radicais livres, o ácido 3-hidroxiantranílico (3-HAA) e o ácido quinolínico (que induz excitotoxicidade do receptor de glutamato) (Figura 1). Enquanto o ácido cinurênico é um antagonista do receptor NMDA, o ácido quinolínico é um agonista do receptor NMDA. Os níveis ambientes desses metabólitos são determinados por diferentes enzimas, que no cérebro estão preferencialmente localizadas na micróglia e nos astrócitos, sugerindo uma necessária comunicação entre as células gliais e os neurônios.
A via de Preiss-Handler e a via de recuperação sintetizam NAD+ a partir de bases piridínicas. A via de Preiss-Handler sintetiza NAD+ a partir do ácido nicotínico (NA) em três etapas, passando pelo intermediário ácido nicotínico adenina dinucleotídeo (NAAD). Uma etapa importante na via de Preiss-Handler constitui as nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferases (NMNATs), que também estão envolvidas nas vias da quinurenina e de recuperação. Existem três NMNATs em mamíferos, NMNAT1–3, que apresentam efeitos neuroprotetores em modelos de camundongos e de D. melanogaster. Enquanto a NMNAT1 e a NMNAT3 são expressas de forma ubíqua, a NMNAT2 é enriquecida no cérebro, e níveis adequados de NMNAT2 parecem ser essenciais para o desenvolvimento e a sobrevivência dos axônios. A via de recuperação do NAD+ inicia-se com a reciclagem da nicotinamida (NAM) em nicotinamida mononucleotídeo (NMN) pela nicotinamida fosforribosiltransferase intracelular (iNAMPT), seguida pela conversão de NMN em NAD+ via NMNATs. Adicionalmente, a nicotinamida ribosídeo (NR) integra-se nesta via através da conversão de NR em NMN pela nicotinamida ribosídeo quinase 1 (NRK1) ou NRK2. Apesar de a NAMPT ser relativamente altamente expressa nos tecidos de adipócito marrom, fígado e rim em comparação com o tecido cerebral em camundongos, diversos estudos têm apoiado um papel essencial da iNAMPT no metabolismo neuronal do NAD+. Evidências experimentais sugerem que o NA e a NAM sanguíneos são capazes de atravessar a membrana plasmática, enquanto o NAD+ sanguíneo não pode ser captado diretamente pelas células, precisando ser convertido em moléculas menores e não carregadas para entrar nas células. Extracelularmente, o NAD+ pode ser digerido em NAM pela CD38 e CD157 ligadas à membrana, com a NAM sendo posteriormente metabolizada em NMN pela NAMPT extracelular (eNAMPT); no entanto, o NAD+ também pode ser convertido diretamente em NMN pela CD73. Três formas de entrada do NMN extracelular nas células foram propostas. Primeiro, o NMN extracelular é convertido em NR pela CD73, seguido pela captação de NR pelas células através de um presumível transportador de nucleosídeos. Segundo, a CD38 pode metabolizar o NMN, mas não o NR, em NAM, que é capaz de atravessar a membrana plasmática. Terceiro, foi relatado que o NMN entra diretamente nas células. Um transportador de NMN recentemente descrito, o Slc12a8, é altamente expresso e regulado pelo NAD+ no intestino delgado murino, e a deficiência de Slc12a8 suprime a captação de NMN in vitro e in vivo. Essas vias são detalhadas na Figura 1. Estudos em camundongos e humanos indicam que a suplementação com NR aumenta drasticamente o NAAD intracelular, sugerindo vias metabólicas desconhecidas do NAD+, incluindo possibilidades de conversão de NAD+ em NAAD e/ou de NMN em ácido nicotínico mononucleotídeo (NAMN). Assim, embora as vias metabólicas do NAD+ tenham sido extensivamente caracterizadas por muito tempo, ainda existem etapas a serem determinadas.
O NAD+ possui inúmeras funções nas células
O NAD+ é um cofator redox vital para o metabolismo e a produção de ATP, e um substrato chave para pelo menos quatro famílias de enzimas envolvidas na saúde e longevidade. O NAD+ desempenha um papel essencial na glicólise e no ciclo do ácido cítrico (ciclo TCA), por meio de sua capacidade de aceitar equivalentes de hidreto, formando NADH durante a produção de ATP. O NADH é um dos doadores centrais de elétrons na fosforilação oxidativa (OXPHOS) nas mitocôndrias, fornecendo elétrons à cadeia de transporte de elétrons (ETC) para gerar ATP. A razão NAD+/NADH é importante em várias reações bioenergéticas em diferentes compartimentos subcelulares, e o aumento da atividade de uma dessas reações pode influenciar a homeostase metabólica por meio de alterações na razão NAD+/NADH. Além disso, a conversão de NAD+ em NADP+/NADPH é importante no envolvimento de diferentes funções celulares, incluindo antioxidação e geração de estresse oxidativo, homeostase do cálcio, e sobrevivência ou morte celular.
Além da bioenergética celular, o NAD+ também é um substrato para diferentes proteínas consumidoras de NAD+, que catabolizam o NAD+ em NAM. São elas as sirtuínas (SIRTs) de histona desacetilases classe III, as poli(ADP-ribose) polimerases (PARPs), as ADP-ribosil-ciclases (CD38/CD157) e a NADase estéril alfa e domínio contendo TIR 1 (SARM1) (Figura 1). Em mamíferos, existem sete SIRTs, que regulam um grande número de vias celulares, incluindo sobrevivência neuronal, rejuvenescimento de células-tronco, câncer e longevidade saudável. As SIRTs são enzimas dependentes de NAD+ que regulam um amplo espectro de vias celulares envolvidas na saúde e na doença. Por exemplo, a SIRT1 consome NAD+ para regular a glicólise, a gliconeogênese e a homeostase mitocondrial por meio do equilíbrio entre biogênese mitocondrial e mitofagia e respostas adaptativas dos neurônios ao exercício e a desafios metabólicos/excitatórios. Além disso, foi demonstrado que a SIRT1 promove o crescimento de neuritos e o desenvolvimento de axônios, além de regular a arborização dendrítica, a potencialização de longo prazo e o aprendizado e a memória. Entre as 17 PARPs, apenas quatro delas são capazes de adicionar múltiplas unidades de ADP-ribose (poli[ADP-ribosilação] ou PARilação); são elas PARP1, PARP2, PARP5a (tanquirase 1) e PARP5b (tanquirase 2). Evidências experimentais apoiam que a PARP1 transfere a primeira porção de ADP-ribose do NAD+ para resíduos de lisina, arginina, glutamato, aspartato e serina em uma proteína aceptora, seguida pela adição de múltiplas unidades de ADP-ribose às anteriores, formando assim cadeias de poli(ADP-ribose) (PAR). A maioria da PARilação é executada pela PARP1, que participa de vários processos celulares necessários, como reparo de DNA, metabolismo de DNA/RNA e resposta ao estresse celular. Além disso, o PAR serve como molécula sinalizadora e elemento de suporte estrutural, por exemplo, a PARP1 é crítica na estabilização de garfos de reparo de DNA, com sua atividade catalítica necessária para múltiplas vias de reparo de DNA, como o reparo de quebras de fita simples, lesões volumosas e quebras de fita dupla (DSBs). No entanto, a ativação excessiva da PARP1 pode desencadear a morte celular, denominada partanato, por meio de um mecanismo no qual a formação de PAR desencadeia a liberação do fator indutor de apoptose mitocondrial (AIF) do lado citosólico da membrana externa mitocondrial. O AIF é então translocado para o núcleo para ativar o fator inibidor da migração de macrófagos (MIF, uma nuclease), o que finalmente resulta em cromatinólise dependente de MIF e morte celular.
Notavelmente, a ativação excessiva da PARP1 induz depleção de ATP por meio da inibição dependente de PAR da atividade da hexoquinase, resultando em glicólise disfuncional, um mecanismo provavelmente independente da depleção de NAD+. Além da perda de ATP, a hiperativação da PARP1 induz depleção de NAD+ que pode levar à perda neuronal e envelhecimento acelerado. Diante de tais papéis prejudiciais da PARP1 no estresse endógeno e exógeno, como excitotoxicidade do glutamato, lesão de isquemia-reperfusão e morte neuronal induzida por inflamação, direcionar a regulação da atividade da PARP1 pode fornecer estratégias terapêuticas para doenças neurodegenerativas.
A CD38 catalisa a síntese do mensageiro responsivo ao Ca2+ ADP-ribose cíclico (cADPR) utilizando NAD+ e desempenha um papel fundamental em múltiplos processos fisiológicos, como imunidade, metabolismo, inflamação e até mesmo comportamentos sociais. Enquanto as moléculas de CD38 são expressas tanto na forma do tipo II(isto é, grande terminal C extracelular) quanto na forma do tipo III (com seu domínio catalítico voltado para o citosol), há um aumento dependente da idade da CD38, o que pode contribuir para a depleção de NAD+ celular e para a função mitocondrial prejudicada. Apesar de a CD38 ser um antígeno de diferenciação de linfócitos, ela também é expressa no cérebro, e camundongos knockout para CD38 mostram proteção significativa contra danos cerebrais isquêmicos. A SARM1 é uma classe recentemente reconhecida de NADase que cliva NAD+ em NAM, ADPR e cADPR através de seu domínio TIR. Ela é expressa tanto em tecidos cerebrais quanto não cerebrais, incluindo o fígado. A SARM1 exibe atividades de ciclase e glicoidrolase, e a constante de Michaelis (Km) estimada é de 24 μM, que é semelhante à dos outros consumidores de NAD+ conhecidos (PARP1, 50–97 μM; SIRT1, 94–96 μM; CD38, 15–25 μM). A atividade de NADase da SARM1 pode contribuir para seu papel na degeneração axonal e, portanto, é um potencial alvo para intervenção terapêutica em doenças neurodegenerativas. A SARM1 também possui um sinal de localização mitocondrial, mas seu papel na função mitocondrial não é claro.
SIRTS, PARPs, CD38/CD157 e SARM1 competem entre si para consumir NAD+ celular; assim, a hiperativação de uma enzima pode prejudicar as atividades de outras enzimas dependentes de NAD+. As inter-relações dessas enzimas foram revisadas recentemente.
Equilíbrio Subcelular de NAD+
O NAD+ está em equilíbrio constante entre síntese, consumo e reciclagem em vários compartimentos subcelulares, incluindo o citoplasma, núcleo, mitocôndrias e aparelho de Golgi. Dois mecanismos principais estão envolvidos na regulação do equilíbrio subcelular de NAD+, incluindo a expressão de enzimas sintetizadoras de NAD+ específicas de subcompartimento e transportadores subcelulares para NAD+ e metabólitos relacionados. As NMNATs convertem NMN em NAD+. As três NMNATs de mamíferos incluem a NMNAT1 nuclear, a NMNAT2 citoplasmática e a NMNAT3 mitocondrial, que também está presente no citosol. Em neurônios, a NMNAT2 se localiza no Golgi e em endossomos tardios contendo Rab7, bem como em terminais sinápticos e axônios. Assim, pode-se imaginar que as células podem regular os níveis subcelulares de NAD+ através do controle dessas enzimas sintetizadoras de NAD+ específicas de subcompartimento. Da mesma forma, a NAMPT (Figura 1) está localizada principalmente no núcleo e no citoplasma, onde regula os níveis subcelulares de NAD+. A existência de NAMPT mitocondrial ainda é debatida. Embora uma pequena fração da NAMPT tenha sido demonstrada co-purificar com mitocôndrias em extratos de fígado, resultados de purificação mitocondrial e imunofluorescência em linhagens celulares sugeriram uma exclusão da NAMPT da matriz mitocondrial, sugerindo a falta de reciclagem de NAM para NAD+ nas mitocôndrias.
Ainda não é totalmente compreendido se ou como o NAD+ e seus precursores entram na célula e menos claro ainda como ou se entram nas mitocôndrias. Embora a existência de transportadores mitocondriais de NAD+ seja bem documentada em leveduras e plantas, um homólogo em mamíferos ainda não foi identificado. Estudos recentes demonstraram que tanto NMN quanto NAD+/NADH podem ser transportados para as mitocôndrias por sistemas desconhecidos, e que o NMN é convertido em NAD+ pela NMNAT3 dentro da matriz mitocondrial, enquanto o NR é provavelmente convertido em NMN ou NAD+ no citoplasma antes do transporte para as mitocôndrias. Além disso, alguns transportadores de NAD+ (SLC25A17) se localizam nos peroxissomos, onde o NAD+ participa da β-oxidação como nas mitocôndrias. Recentemente, foi demonstrado que os peroxissomos têm uma origem mitocondrial e do retículo endoplasmático (RE) compartilhada, ligando ainda mais a função das mitocôndrias e dos peroxissomos. Além de um papel na mitofagia, a USP30 foi recentemente demonstrada estar envolvida no processo de degradação específico de peroxissomos, a pexofagia. Os peroxissomos têm uma meia-vida de 1,5–2,5 dias, embora a pexofagia possa ser regulada pelo estado metabólico das células. Isso sugere um papel para o NAD+ na regulação da pexofagia. Como a razão NAD+/NADH é importante na regulação do redox e do metabolismo, as razões NAD+/NADH citoplasmática e mitocondrial são estritamente reguladas pelos transportadores malato-aspartato e gliceraldeído 3-fosfato (G3P). Além disso, na via das pentoses fosfato (PPP), a glicose-6-fosfato (G6P) desidrogenase (G6PD) converte G6P em 6-fosfogluconato, quando a SIRT2 dependente de NAD+ desacetila e ativa a G6PD. A via PPP converte NADP+ em NADPH e regenera o antioxidante glutationa (GSH), promovendo assim a sobrevivência celular durante o estresse oxidativo. Uma representação esquemática do equilíbrio subcelular de NAD+ é mostrada na Figura 2. Avanços nas estratégias de rastreamento permitiram a detecção e o rastreamento do NAD+ e dos intermediários do NAD+ em diferentes compartimentos subcelulares da célula e facilitarão futuras explorações mecanicistas do controle subcelular do NAD+.
NAD+ no Envelhecimento Cerebral
NAD+ no Envelhecimento Cerebral Normal
Durante o envelhecimento normal, níveis mais baixos de NAD+ são observados em tecidos de vários organismos, incluindo humanos, camundongos e C. elegans. Usando um ensaio de NAD in vivo não invasivo baseado em ressonância magnética (RM) de 31P, Zhu et al. demonstraram uma redução dependente da idade nos níveis de NAD+, NAD+/NADH e conteúdo total de NAD(H) no cérebro humano intacto de voluntários saudáveis. Em camundongos, houve uma diminuição de quase 40% nos níveis de NAD+ no hipocampo de camundongos de 10 a 12 meses em comparação com camundongos de 1 mês. Da mesma forma, uma redução dependente da idade do NAD+ organismoal em vermes do tipo selvagem (WT) foi demonstrada. Resumos abrangentes da redução dos níveis de NAD+ tecidual no envelhecimento e em doenças estão disponíveis. Em consonância com o papel do NAD+ na manutenção da função cerebral saudável, abordagens genéticas para reduzir a produção de NAD+ cerebral por meio do knockdown específico da região CA1 de Nampt recapitulam fenótipos cognitivos hipocampais de camundongos idosos. O tratamento com NMN melhorou a cognição nesse modelo de camundongo com knockdown de Nampt (CA1), parcialmente por meio da regulação positiva da proteína quinase serina dependente de cálcio/calmodulina (Cask), um potencial efetor a jusante, de forma dependente de SIRT1. Além disso, a adição de vesículas extracelulares contendo eNAMPT melhorou a função cognitiva/neuronal e prolongou a vida útil em camundongos WT. Possíveis explicações para a redução do NAD+ celular durante o envelhecimento incluem o aumento do consumo de NAD+ por PARPs e CD38 e a redução da produção de NAD+, como evidenciado pela diminuição de eNAMPT em camundongos e humanos idosos. Embora evidências crescentes em animais mostrem depleção de NAD+ dependente da idade, dados semelhantes sobre as alterações de NAD+ durante o envelhecimento normal em humanos são escassos, e dados de estudos populacionais grandes e bem controlados serão necessários.
Depleção de NAD+ em Doenças de Envelhecimento Prematuro com Neurodegeneração
A depleção de NAD+ é observada não apenas durante o envelhecimento normal, mas também no envelhecimento acelerado. Várias doenças de envelhecimento acelerado apresentam neurodegeneração, incluindo ataxia telangiectasia (AT), xeroderma pigmentosum grupo A (XPA) e síndrome de Cockayne (CS). A depleção de NAD+ foi demonstrada tanto em C. elegans quanto em tecidos cerebrais de modelos murinos de AT, XPA e CS. Em consonância com a importância da depleção de NAD+ na neurodegeneração, múltiplas estratégias de aumento de NAD+ (incluindo tratamento com os precursores de NAD+ NR ou NMN, ou tratamento com um inibidor de PARP1 ou um ativador de SIRT1) melhoraram a saúde e a longevidade nos modelos animais de envelhecimento acelerado. Além disso, o aumento de NAD+ restaura a função mitocondrial e a bioenergética, levando a uma maior sobrevivência neuronal e melhora da função cognitiva em modelos animais de envelhecimento prematuro. O mecanismo subjacente aos benefícios do aumento de NAD+ provavelmente envolve níveis reduzidos de danos ao DNA, levando à diminuição da atividade de PARP1. Adicionalmente, foram observadas atividades aumentadas de SIRT1 e do coativador 1-alfa do receptor gama ativado por proliferador de peroxissoma (PGC-1α) após o aumento de NAD+, o que, combinado com a melhora do reparo do DNA, sugere uma comunicação nuclear-mitocondrial aprimorada. Esses efeitos do reforço dos níveis celulares de NAD+ sugerem um papel central para a disfunção mitocondrial e a mitofagia prejudicada nas características neurodegenerativas desses distúrbios de envelhecimento prematuro.
NAD+ e os Marcadores do Envelhecimento Cerebral
Durante o envelhecimento, o ambiente celular do cérebro apresenta disfunção mitocondrial, acúmulo intracelular de macromoléculas danificadas por oxidação (DNA, lipídios e proteínas), metabolismo energético desregulado, mecanismos celulares de "eliminação de resíduos" prejudicados, sinalização de resposta ao estresse adaptativo comprometida, reparo de DNA deficiente, atividade aberrante da rede neuronal, manuseio desregulado de Ca2+ neuronal, exaustão de células-tronco e inflamação. Referimo-nos a estes como os 10 marcadores do envelhecimento cerebral. Dois marcadores de envelhecimento em tecidos proliferativos, incluindo senescência celular e dano telomérico, também podem se aplicar em alguns tipos de células gliais e células progenitoras neurais no cérebro, mas isso ainda é incerto. Descobertas emergentes estão revelando ligações pelas quais a depleção de NAD+ relacionada à idade está positivamente relacionada aos 10 marcadores do envelhecimento cerebral. Com base nas ligações estabelecidas entre a depleção de NAD+ e os marcadores do envelhecimento, na ligação entre NAD+ e autofagia/mitofagia, e nas evidências emergentes de um papel importante da mitofagia defeituosa em distúrbios neurodegenerativos, propomos um modelo das relações entre NAD+ e os 10 marcadores do envelhecimento cerebral (Figura 3).
Depleção de NAD+ na Disfunção Mitocondrial.
Mitocôndrias isoladas de tecidos cerebrais de animais e humanos post-mortem apresentam um aumento dependente da idade na heterogeneidade funcional mitocondrial, aumento do dano oxidativo, redução da função da ETC, potencial de membrana perturbado, manuseio prejudicado de Ca2+ e/ou acúmulo de mitocôndrias disfuncionais. As mitocôndrias geram ATP para sustentar atividades neuronais, incluindo neurotransmissão e homeostase de Ca2+, e são uma fonte de sinais que regulam a comunicação núcleo-mitocondrial e até mesmo a arbitragem da sobrevivência e morte neuronal.
O NAD+ é central para a homeostase mitocondrial, incluindo na biogênese mitocondrial, mitofagia, resposta mitocondrial a proteínas não dobradas (UPRmt) e comunicação núcleo-mitocondrial. Em tecidos cerebrais de camundongos normais idosos e camundongos com envelhecimento acelerado, um declínio nos níveis de NAD+ contribui para o declínio associado à idade da biogênese mitocondrial via sinalização SIRT1-PGC-1α prejudicada. Além disso, foi demonstrada uma redução dependente da idade na capacidade celular de eliminar mitocôndrias danificadas via mitofagia/macroautofagia. Níveis reduzidos de NAD+ desempenham um papel crucial no envelhecimento cerebral e nos distúrbios neurodegenerativos, porque a reposição de NAD+ melhora a função mitocondrial e a biogênese mitocondrial e reduz o acúmulo de mitocôndrias danificadas tanto em modelos de envelhecimento prematuro quanto em modelos da doença de Alzheimer (DA). Além disso, a depleção de NAD+ induz um estado pseudo-hipóxico que interrompe a comunicação núcleo-mitocondrial independente de PGC-1α/β, o que contribui para o declínio da função mitocondrial com a idade. Assim, o NAD+ é crítico para o acoplamento da biogênese mitocondrial e da mitofagia para manter a homeostase mitocondrial nos neurônios. Conforme descrito nas seções seguintes, níveis reduzidos de NAD+ contribuem para a maioria, senão todos, os marcadores do envelhecimento cerebral.
Depleção de NAD+ e Acúmulo de Moléculas Danificadas por Oxidação.
Durante o envelhecimento, os neurônios acumulam proteínas disfuncionais e organelas subcelulares como resultado da ação de espécies reativas de oxigênio (EROs). Isso tem sido exemplificado pelo aumento observado no dano oxidativo ao DNA, proteínas e lipídios no cérebro envelhecido. Consequentemente, animais de vida longa, incluindo o rato-toupeira-pelado, roedores mantidos em dietas de restrição calórica (RC) e jejum intermitente (JI), e vermes mutantes daf-2 de vida longa exibem níveis reduzidos de dano oxidativo e são mais resistentes ao estresse oxidativo. O estresse exógeno (por exemplo, exposição a UV e radiação γ e o uso do tóxico mitocondrial paraquat), dano endógeno ao DNA e vias prejudicadas de detoxificação de EROs são causas comuns de dano oxidativo celular, enquanto ultrapassar um limiar pode levar à morte neuronal. O superóxido produzido durante o transporte de elétrons mitocondrial e pela atividade da NADPH oxidase são as duas principais vias de produção celular de EROs, e tanto NAD+/NADH quanto NADP+/NADPH desempenham papéis-chave nos sistemas antioxidantes celulares. O envelhecimento de ratos tem sido associado a uma diminuição nos níveis de NAD+ que está correlacionada com o aumento da oxidação de lipídios e proteínas, bem como com o aumento do dano ao DNA no coração, pulmão, rim e fígado. Além disso, a suplementação de NAD+ diminui os níveis elevados de EROs em modelos celulares e animais de doenças de envelhecimento prematuro por meio da redução da produção de EROs, melhora da função mitocondrial e, possivelmente, também do aumento da detoxificação de EROs. No entanto, as relações entre os níveis de NAD+ e moléculas danificadas por oxidação no cérebro humano ainda precisam ser determinadas.
Depleção de NAD+ e Função Prejudicada de Lisossomos e Proteassomas.
Comparadas às células replicativas dominantes no corpo humano, os neurônios pós-mitóticos são provavelmente mais frágeis e suscetíveis ao acúmulo dependente da idade de moléculas danificadas ou disfuncionais e organelas subcelulares devido à autofagia ou proteassomas comprometidos. Conforme envelhecemos, os níveis de autofagia e degradação proteassomal diminuem gradualmente, levando a proteinopatias, resultado de um dobramento e agregação aberrantes de proteínas.
A via autofagia-lisossomo desempenha papéis importantes na vida e na saúde, como na longevidade, na linhagem de células germinativas e no rejuvenescimento de células-tronco hematopoiéticas (CTHs) e células-tronco neurais (CTNs). A via lisossômica desempenha um papel importante na longevidade de C. elegans, onde uma das vias está envolvida na via de sinalização lisossomo-núcleo. Uma proteína importante envolvida é a lipase ácida lisossômica LIPL-4 (ortóloga da LIPA humana), que induz a translocação nuclear do chaperone lipídico lisossômico LBP-8 e prolonga a vida útil do verme; no entanto, se LIPL-4 tem um papel na função neural ainda precisa ser determinado.
Tanto em C. elegans quanto em Xenopus, hormônios secretados pelo esperma restabelecem a proteostase do oócito via ativação da H+-ATPase vacuolar (V-ATPase), que acidifica os lisossomos. Além disso, a via autofagia-lisossomo manteve a pluripotência das CTHs em camundongos através da eliminação de mitocôndrias ativas e saudáveis para manter a quiescência e o baixo metabolismo, um resultado que pode ser alcançado pelo aumento de NAD+.
No cérebro adulto, a via da autofagia-lisossomo mantém a função cerebral saudável através da manutenção da sobrevivência e função dos neurônios maduros e da manutenção de um “estado jovem” do pool de CNEs. Os pools de CNEs compreendem populações ativadas e quiescentes de células-tronco, com as primeiras contendo proteassomos ativos e as últimas tendo grandes lisossomos. Em CNEs quiescentes de camundongos velhos, foi observada uma redução dependente da idade da atividade lisossômica com acúmulo de agregados de proteínas. O aumento genético (expressão do fator de transcrição EB/TFEB, um regulador mestre da autofagia e biogênese lisossômica) ou farmacológico (alimentação com o inibidor de mTOR rapamicina) da atividade lisossômica em CNEs quiescentes velhas eliminou agregados de proteínas e inibiu a ativação das CNEs para manter o “estado jovem”. A autofagia prejudicada com proteinopatias acumuladas são características patológicas comuns em muitas doenças neurodegenerativas predispostas à idade, incluindo DA, doença de Parkinson (DP), doença de Huntington (DH) e tauopatias. Importante, a função lisossômica prejudicada e a autofagia/mitofagia são características comuns entre elas. Restaurações genéticas e farmacológicas da eliminação autofágica/mitofágica em modelos animais dessas doenças melhoram as patologias definidoras da doença e os déficits comportamentais. Os níveis de NAD+ são reduzidos em muitas doenças neurodegenerativas, e a suplementação de NAD+ retarda as patologias em modelos animais e de cultura celular de DA, DP e DH, pelo menos parcialmente através da indução de autofagia/mitofagia (detalhado na próxima seção). Recentemente, foi demonstrado que o knockdown de qualquer um dos três genes relacionados à mitofagia (pink1, pdr-1 e dct-1) em um modelo de DA em C. elegans eliminou os benefícios da suplementação de NAD+ nos déficits comportamentais, e um papel fundamental semelhante para a mitofagia foi demonstrado em camundongos com DA e em células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) derivadas de pacientes com DA. As proteínas dependentes de NAD+ envolvidas na estimulação da autofagia/mitofagia incluem SIRT1, SIRT3, SIRT6, SIRT7, CD38, SARM1 e a regulação positiva dependente de IL10 da expressão de proteínas autofágicas/mitofágicas.
Além da via autofagia-lisossomo, evidências experimentais sugerem um papel importante para a degradação de proteínas mediada pelo sistema ubiquitina-proteassomo (UPS) na função cerebral. Algumas proteínas-chave envolvidas no UPS e na memória são os proteassomos 19S/20S/26S, o modificador relacionado à ubiquitina pequeno I (SUMO-I), a proteína específica da ubiquitina 14 (USP14) e a proteína reguladora da fosforilação do proteassomo CaMKII. Semelhante à redução da autofagia dependente da idade, evidências de comprometimento do UPS no cérebro envelhecido surgem de estudos que mostram acúmulo dependente da idade de proteínas poliubiquitinadas em neurônios e uma redução específica da região cerebral da atividade do proteassomo dependente da idade no hipocampo e córtex cerebral. O UPS comprometido pode ser causado pelo processo global de envelhecimento e por proteinopatias intracelulares, como agregados de Aβ e tau. Consequentemente, o aprimoramento do UPS pode melhorar o envelhecimento saudável, bem como a longevidade em animais doentes e idosos, embora os benefícios específicos para os neurônios e a função cerebral ainda sejam elusivos. Curiosamente, a forma reduzida de NAD+, NADH, liga-se e estabiliza os proteassomos 26S, e também pode regular a função dos proteassomos 20S, os dois principais complexos proteolíticos. Coletivamente, existe uma forte ligação entre as vias comprometidas de autofagia-lisossomo e UPS no cérebro envelhecido, enquanto as ligações detalhadas entre os níveis de NAD+ e tais vias no cérebro envelhecido ainda precisam ser mais estudadas.
Depleção de NAD+ e Desregulação da Homeostase do Cálcio Neuronal.
O íon cálcio (Ca2+) regula a função neuronal e as adaptações estruturais das redes neuronais a vários desafios ambientais. A sinalização perturbada de Ca2+ está implicada no cérebro envelhecido e nas doenças neurodegenerativas relacionadas à idade. Durante a atividade sináptica, o influxo transitório de Ca2+ afeta o tráfego de receptores de glutamato, a remodelação do citoesqueleto e a síntese proteica local através da ativação de quinases citosólicas, fosfatases e os principais fatores de transcrição neuronais, incluindo PGC-1α e a proteína de ligação ao elemento de resposta ao AMP cíclico (CREB). Durante o envelhecimento, os neurônios sofrem comprometimento da proteostase e da produção de energia, bem como aumento do dano oxidativo, resultando em um manuseio subcelular comprometido de Ca2+, o que pode levar à apoptose regulada por caspase e à morte neuronal mediada por PARP1. O NAD(P) é um precursor do fosfato de dinucleotídeo de adenina e ácido nicotínico (NAADP), cADPR e ADPR, que são reguladores-chave da sinalização de Ca2+ e são sintetizados por CD38 e CD157 usando NAD+ (Figura 1). NAADP e cADPR estimulam a liberação de Ca2+ dos estoques do RE, enquanto o cADPR regula a entrada de Ca2+ do espaço extracelular. A CD38 dependente de NAD+ desempenha um papel fundamental na homeostase celular de Ca2+, na memória social e na transferência de mitocôndrias de astrócitos para neurônios após um acidente vascular cerebral, podendo proteger contra amnésia e autismo. Assim, com o avanço da idade, uma depleção dos níveis de NAD+ pode comprometer essas funções neuronais protetoras da CD38.
Além disso, estudos em camundongos idosos mostram que a proteína quinase serina dependente de cálcio/calmodulina (CASK) é um potencial efetor downstream em resposta à depleção de NAD+ relacionada à idade no hipocampo. No entanto, ainda não foi determinado se a diminuição dos níveis de NAD+ é responsável pela desregulação da sinalização de Ca2+ em neurônios durante o envelhecimento.
Depleção de NAD+ e Respostas Celulares ao Estresse Adaptativo Comprometidas.
Três principais iniciadores das respostas celulares ao estresse adaptativo em neurônios são o consumo de ATP, a produção de ROS e a sinalização de Ca2+. Com o avanço da idade, essas respostas ao estresse podem se tornar prejudicadas, o que tornará os neurônios mais vulneráveis a várias formas de estresse, de origem endógena ou exógena. Isso, por sua vez, comprometerá a função sináptica devido à expressão e atividade reduzidas de fatores neurotróficos e à diminuição da função mitocondrial. Como mencionado anteriormente, as fortes ligações entre NAD+ e função mitocondrial (produção de ATP), ROS e sinalização de Ca2+ sugerem que o reforço dos níveis celulares de NAD+ pode melhorar as respostas celulares ao estresse adaptativo em neurônios. Múltiplos mecanismos moleculares estão envolvidos no aprimoramento das respostas celulares ao estresse adaptativo pelo NAD+. Entre os diferentes pools subcelulares de NAD+, estudos in vitro em cultura de células e in vivo em roedores sugerem que a redução do NAD+ mitocondrial pode ser mais prejudicial à morte celular do que os outros pools subcelulares de NAD+. Por exemplo, os níveis de NAD+ mitocondrial permanecem inalterados após estresse genotóxico e podem manter a viabilidade celular em condições de depleção de NAD+ nuclear e citoplasmático. Em ratos Sprague-Dawley, o jejum de curto prazo (48 h) pode aumentar os níveis de NAD+ mitocondrial tecidual, pelo menos parcialmente através da regulação positiva da enzima biossintética de NAD+ NAMPT, que fornece proteção contra a morte celular e requer uma via de salvamento mitocondrial de NAD+ intacta, bem como as proteínas dependentes de NAD+ mitocondrial SIRT3 e SIRT4. Em neurônios, a SIRT3 medeia as respostas adaptativas dos neurônios ao exercício, jejum intermitente e desafios excitatórios, e ajuda a prevenir a perda auditiva induzida por ruído e a degeneração de neuritos do gânglio espiral. O NAD+ também melhora as respostas celulares ao estresse adaptativo em doenças neurodegenerativas. O fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) é importante no desenvolvimento, manutenção e plasticidade do sistema nervoso central e periférico; também protege o cérebro envelhecido contra lesões e doenças através da estimulação do transporte de glicose e da biogênese mitocondrial. Em diferentes modelos de camundongos neurodegenerativos, incluindo DA, DH e a doença de envelhecimento prematuro A-T, o aumento de NAD+ aumenta a expressão e atividade do BDNF, levando a uma maior plasticidade e função sináptica.
Depleção de NAD+ e Plasticidade da Rede Neuronal Prejudicada.
Os circuitos neuronais humanos consistem principalmente em neurônios glutamatérgicos excitatórios que formam sinapses com outros neurônios glutamatérgicos e com interneurônios inibitórios GABAérgicos. A integridade estrutural e a integração adequada da atividade sináptica de diferentes sistemas de neurotransmissores são ambas necessárias para a função cerebral normal. Durante o envelhecimento, a atividade da rede neuronal dentro e entre regiões cerebrais, incluindo a sinalização GABAérgica prejudicada, ocorre em vários graus e pode ser patológica. Várias das marcas do envelhecimento cerebral, incluindo estresse oxidativo persistente, acúmulo de proteínas danificadas e mal dobradas e organelas subcelulares, e inflamação, podem levar ao aumento da vulnerabilidade dos circuitos neurais à hiperexcitabilidade e excitotoxicidade. A suplementação com precursores de NAD+ demonstrou melhorar a plasticidade sináptica e a morfologia neuronal em modelos de camundongos com DA. Além disso, a biossíntese de NAD+ a partir do triptofano também está relacionada à síntese de neurotransmissores, uma vez que o triptofano, além de ser incorporado em proteínas, também é convertido no neurotransmissor serotonina. Adicionalmente, vários dos intermediários na via da cinurenina são neuroativos e têm sido relacionados a doenças neurodegenerativas, incluindo DA, DP e DH. Em resumo, o NAD+ desempenha um papel importante na manutenção e na plasticidade estrutural e funcional dos circuitos neuronais. Embora os dados de estudos em animais sejam encorajadores, ainda resta determinar se o reforço dos níveis celulares de NAD+ melhorará a cognição durante o envelhecimento e/ou em distúrbios neurodegenerativos em humanos.
Depleção de NAD+ e Reparo de DNA Prejudicado.
NSCs altamente replicativas e a sobrevivência ao longo da vida e a função de neurônios maduros diferenciados requerem um sistema eficiente de reparo de DNA. Múltiplas vias de reparo de DNA existem para garantir a fidelidade genética nos neurônios. Embora a recombinação homóloga (HR), a junção de extremidades não homólogas (NHEJ) e o reparo de incompatibilidade (MMR) estejam ativos durante a neurogênese, a NHEJ, o reparo por excisão de bases (BER)/reparo de quebra de fita simples (SSBR) e o reparo por excisão de nucleotídeos (NER) são necessários para o reparo de DNA em neurônios e células da glia diferenciados. Em neurônios, o BER, a principal via para o reparo de danos oxidativos ao DNA, é reduzido em idosos e em pacientes com DA. Além disso, mutações nos genes que codificam proteínas de reparo de DNA podem causar inúmeras síndromes neurológicas humanas. Essas doenças incluem apraxia oculomotora (mutação de XRCC1, um gene envolvido no SSBR), ataxia espinocerebelar com neuropatia axonal-1 (SCAN1, mutação na tirosil fosfodiesterase 1/TDP1, um gene envolvido no SSBR), CS (mutações em CSA e CSB, que estão envolvidas no NER), XPA (mutação em XPA, que está envolvida no NER) e A-T (mutação em ATM, que participa principalmente na HR e no BER). O NAD+ desempenha um papel crítico no reparo do DNA por meio de múltiplas vias, incluindo a regulação de interações proteína-proteína, a ativação da sinalização de reparo do DNA PARilação via PARPs, e através das vias NAD+-SIRT1/SIRT6. O NAD+ pode regular interações proteína-proteína através da ligação aos domínios de homologia Nudix (NHDs) de proteínas-alvo, incluindo a ligação à proteína deletada no câncer de mama 1 (DBC1). Em camundongos normais, há um aumento dependente da idade do DBC1 tecidual, que se liga e inibe a PARP1, levando ao acúmulo de danos ao DNA, um processo rapidamente revertido pela restauração dos níveis celulares de NAD+. Além disso, a depleção de NAD+ é evidente como um impulsionador fenotípico em muitas dessas doenças induzidas por danos ao DNA, incluindo pelo menos CS, XPA e A-T, uma vez que a restauração do NAD+ tecidual através da inibição das PARPs melhora as patologias da doença. Em nível molecular, o NAD+ resgata a neurodegeneração em CS, XPA e A-T através da manutenção mitofágica da homeostase mitocondrial e do reparo aprimorado do DNA. A autofagia prejudicada e o reparo do DNA têm sido sugeridos como mecanismos causais e entrelaçados na patogênese da esclerose lateral amiotrófica (ELA) e da demência frontotemporal (DFT). O aumento de NAD+ melhora os fenótipos da ELA, o que é um testemunho da importância do NAD+ na proteção da disfunção neuronal induzida por danos ao DNA. Coletivamente, subprodutos e intermediários do reparo de DNA prejudicado se acumulam nas células do cérebro envelhecido e podem contribuir para inúmeras doenças neurológicas humanas, pelo menos parcialmente através da depleção de NAD+ impulsionada pela hiperativação da PARP.
Depleção de NAD+ na Inflamação e Ativação de Células da Glia.
A inflamação é comumente observada no envelhecimento cerebral e envolve microglia ativada (fenótipo M2), que produz citocinas pró-inflamatórias e EROs, incluindo óxido nítrico e superóxido. O complemento é uma parte do sistema imunológico que participa da defesa do hospedeiro, incluindo a proteína iniciadora da cascata clássica do complemento, C1q, e o componente central do complemento C3 (uma proteína inflamatória chave ativada na DA), entre outros. A cascata do complemento, uma série de interações proteína-proteína que atacam e danificam a membrana celular, também pode ser ativada no envelhecimento cerebral. A inibição da cascata do complemento (farmacológica ou geneticamente) pode melhorar a perda sináptica e a morte neuronal observadas durante o envelhecimento normal, em modelos de camundongos com DA e AVC. Em modelos de camundongos com DA, a suplementação com o precursor de NAD+ NR inibiu a neuroinflamação associada à doença, diminuiu o número de microglia e astrócitos ativados e reduziu as citocinas pró-inflamatórias. O efeito do aumento de NAD+ na inflamação também foi demonstrado em relação ao diabetes, um estado patológico predisponente ao desenvolvimento de DA. O mecanismo molecular subjacente pelo qual o NAD+ suprime a neuroinflamação envolve a eliminação de mitocôndrias pró-inflamatórias danificadas e a inibição do principal inflamassoma NLRP3.
NAD+ e Neurogênese Prejudicada.
A neurogênese adulta é o processo pelo qual os neurônios são gerados a partir de CSN no hipocampo e na zona subventricular do cérebro. A neurogênese é crítica para a função e plasticidade do hipocampo e do sistema olfatório. Estudos em animais mostraram que a neurogênese declina durante o envelhecimento e isso também pode ocorrer em humanos, embora haja evidências de que a neurogênese pode ocorrer em pessoas saudáveis até a nona década de vida. Em contraste, há um declínio acentuado no tamanho e na maturação da neurogênese hipocampal na DA. Evidências crescentes apoiam um papel crítico do NAD+ no rejuvenescimento de células-tronco, incluindo em CTH, células-tronco endoteliais, células-tronco musculares e células-tronco de melanócitos. Da mesma forma, o tratamento com NR em camundongos idosos resultou em aumento da proliferação e aumento da neurogênese tanto na zona subventricular quanto no giro denteado do hipocampo em camundongos idosos. O tratamento com NR também melhorou a neurogênese e a proliferação de células progenitoras neurais em um modelo de camundongo 3xTg AD com defeito no BER. Os mecanismos moleculares subjacentes ao rejuvenescimento de células-tronco dependente de NAD+ podem incluir a eliminação autofágica/mitofágica de mitocôndrias supérfluas, regulação do UPRmt, inibição do fenótipo de senescência e manutenção da sinalização de NAD+ e H2S.
NAD+ e Senescência Celular e Encurtamento de Telômeros.
Durante o envelhecimento, a maioria, senão todos, os tecidos apresentam acúmulo de células senescentes que exibem características distintas, incluindo parada permanente do ciclo celular, resistência à apoptose e aquisição de um fenótipo secretor inflamatório associado à senescência (SASP). A senescência celular é uma faca de dois gumes: embora, por um lado, seja necessária para desativar células potencialmente cancerosas e para a cicatrização de feridas, as células senescentes se acumulam com a idade e contribuem para fenótipos e patologias do envelhecimento, incluindo inflamação e comprometimento cognitivo. Evidências emergentes sugerem um impacto prejudicial das células senescentes, incluindo astrócitos e micróglias senescentes positivos para p16INK4A, e células progenitoras de oligodendrócitos (OPCs) positivas para p16INK4A que expressam Olig2 e NG2 associadas a placas Aβ, na perda neuronal e no comprometimento cognitivo em modelos de camundongos com DA. A suplementação de NAD+ apresenta capacidades antisenescência. Em cultura de células primárias, a suplementação com NR retarda a senescência celular, e o tratamento com NR também reduz o estado senescente tanto em CSNs quanto em outros tipos de células-tronco. Os mecanismos moleculares entre a depleção de NAD+ e a senescência também podem envolver CD38 e a via da AMPK. Estudos em células endoteliais e macrófagos derivados da medula óssea mostram que os fatores SASP liberados por células senescentes induzem tanto alta expressão quanto atividade de NADase de CD38, levando a uma maior depleção de NAD+, criando assim um ciclo vicioso. Além disso, a atividade da AMPK é baixa em células senescentes, correlacionando-se com níveis baixos de NAD+. Ao ativar a AMPK com metformina ou berberina, os níveis de NAD+ foram restaurados e a senescência induzida por estresse oxidativo foi prevenida. Coletivamente, o conhecimento até agora sugere um papel importante dos níveis reduzidos de NAD+ na senescência, embora mais pesquisas sejam necessárias para entender os mecanismos a montante e a jusante da depleção de NAD+ na senescência celular no cérebro envelhecido.
Além da senescência, outra marca do envelhecimento em tecidos proliferativos é o encurtamento dos telômeros, que pode ocorrer em alguns tipos de células gliais e células progenitoras neurais no cérebro. Evidências experimentais de neurônios humanos, células gliais da substância cinzenta e células gliais da substância branca sugerem que os telômeros dos neurônios permanecem estáveis ao longo da vida, e não há correlação significativa entre o comprimento dos telômeros e a idade adulta (de adulto jovem a idoso) nos três tipos celulares; no entanto, provavelmente há um encurtamento dos telômeros dependente da idade nas células gliais da substância branca em adolescentes. Um estudo recente mostrou que o tratamento com NMN atenuou o encurtamento dos telômeros em hepatócitos de camundongos knockout para TERT da quarta geração sucessiva (G4). Portanto, seria interessante explorar a suplementação de NAD+ no comprimento dos telômeros em células-tronco neurais e células gliais no futuro.
As marcas do envelhecimento cerebral são mecanicamente inter-relacionadas e convergem para o metabolismo energético celular prejudicado. Ainda precisa ser determinado se a redução do nível de NAD+ é um fator crucial no envelhecimento cerebral. Apesar das fortes ligações entre a depleção de NAD+ e as marcas do envelhecimento cerebral, é muito provável que também existam vias independentes de NAD+. Estudos adicionais consideráveis em modelos animais serão necessários para compreender mais claramente os papéis do NAD+ e das várias proteínas e processos celulares que ele suporta no envelhecimento cerebral normal.
Depleção de NAD+ em Diferentes Distúrbios Neurológicos com Reposição de NAD+ na Resiliência Neural
NAD+ e DA
A DA, o tipo mais comum de demência, é caracterizada pelo comprometimento progressivo da memória. Atualmente, não existem tratamentos que afetem a progressão da DA. Em 2015, havia 47 milhões de pessoas com demência em todo o mundo, número estimado em triplicar até 2050, trazendo desafios formidáveis para a saúde e socioeconômicos. As marcas neuropatológicas definidoras da DA são placas de peptídeo β-amiloide (Aβ) e emaranhados neurofibrilares (ENFs). Na maioria dos casos, a DA ocorre no final da vida (7ª–9ª décadas) e não tem uma história familiar óbvia de DA. No entanto, pessoas com a isoforma épsilon 4 da apolipoproteína E (ApoE4) apresentam risco aumentado para DA de início tardio. Casos raros de DA familiar de início precoce com herança dominante são causados por mutações na proteína precursora de Aβ (APP) ou na presenilina 1, o componente enzimático do complexo proteico γ-secretase que cliva a APP no terminal C, liberando o Aβ que se autoagrega e pode ser neurotóxico. Os neurônios afetados pela patologia neurofibrilar de Aβ e p-Tau na DA exibem dano oxidativo, manuseio prejudicado de Ca2+, função lisossômica e mitofagia defeituosas e reparo de DNA reduzido.
Evidências emergentes apontam para um papel fundamental da depleção de NAD+ e do comprometimento das vias dependentes de NAD+ na fisiopatologia da DA (Figura 4; Tabela 1). Em modelos de roedores de DA familiar de início precoce, a depleção de NAD+ no cérebro e a disfunção metabólica foram demonstradas. A exposição de neurônios corticais de rato cultivados a Aβ agregante resulta em níveis reduzidos de NAD+. Consequentemente, a suplementação de NAD+ inibiu a patologia relacionada à DA e o declínio cognitivo em diferentes modelos animais de DA, incluindo camundongos 3xTgAD tratados com NAM, camundongos 3xTgAD/Polβ+/− tratados com NR, e nos modelos transgênicos de C. elegans com Aβ1–42 neuronal e Tau neuronal (fragmento de tau pró-agregante F3ΔK280) (resumidos na Tabela 1). Isso fornece forte suporte para a contribuição da depleção de NAD+ na progressão da DA. Embora Aβ, p-Tau e inflamação sejam os principais contribuintes para a patogênese da DA, a suplementação de NAD+ pode melhorar os déficits cognitivos em modelos de camundongos com DA ao suprimir essas patologias. A suplementação de NAD+ pode ou não reduzir a patologia Aβ, dependendo do modelo animal. A redução do acúmulo de Aβ1–42 em camundongos com DA tratados com NAM ou NR pode resultar da redução da produção de Aβ1–42 através da ativação da degradação de BACE1 (β-secretase) mediada por PGC-1α e/ou do aumento da fagocitose de placas Aβ pela micróglia.
p-Tau é um pré-requisito para a formação de NFTs, e a inibição de p-Tau pela suplementação de NAD+ foi demonstrada em diferentes contextos. A suplementação de NAD+ inibiu a fosforilação da Tau em diferentes sítios (Thr181, Ser202, Thr205 e Thr231) possivelmente através da supressão da atividade do complexo cina dependente de ciclina 5 (Cdk5)-p25. Embora a glicogênio sintase 3 (GSK-3) e a Cdk5 sejam consideradas as principais tau cinases, a p25 é um produto de degradação dependente de cálcio da p35, o principal ativador da Cdk5. A p25 é importante na plasticidade sináptica e na memória dependente do hipocampo. O nível da proteína p25 é reduzido em mais de 60% em regiões cerebrais vulneráveis de pacientes com DA em estágio sintomático inicial. Quatro meses de tratamento com NAM aumentaram o nível de p25 em 2 vezes, reduziram os níveis de p-TauThr231 e melhoraram a função cognitiva em camundongos 3xTgAD. Observe que a regulação positiva da p25 está normalmente associada ao aumento da atividade da Cdk5 e, portanto, a níveis mais elevados de p-Tau; no entanto, houve redução de p-Tau em camundongos 3xTgAD tratados com NAM. Esse fenômeno paradoxal pode ser explicado pelos papéis opostos da p25: enquanto a produção prolongada de p25 causa déficits cognitivos graves, a expressão transitoriamente aumentada de p25 potencializa a potenciação de longo prazo (LTP) e a memória.
A NAD hidrolase CD38 é uma ectoenzima altamente expressa em células endoteliais e inflamatórias, bem como em células cerebrais, incluindo neurônios, astrócitos e micróglia. Em camundongos, a expressão e a atividade da CD38 aumentam durante o envelhecimento, e a CD38 contribui significativamente para a depleção de NAD+ relacionada à idade e para a disfunção mitocondrial, pelo menos em parte, através da inibição da atividade NAD+/SIRT3. O knockdown de CD38 em camundongos APPswePS1ΔE9 (APP.PS) reduziu as placas de Aβ e os níveis de Aβ solúvel, e aumentou o aprendizado espacial, possivelmente através da regulação positiva dos níveis de NAD+ cerebral. A LTP é uma medida clássica de plasticidade sináptica essencial para o aprendizado e a memória. Embora a LTP esteja prejudicada em camundongos 3xTgAD, a NR restaura a LTP, correlacionando-se com melhorias no aprendizado e na memória. Em resumo, o aumento de NAD+ melhora a plasticidade sináptica e a memória em diferentes modelos de camundongos com DA, possivelmente através da redução das patologias de Aβ e p-Tau e da supressão da inflamação (veja abaixo).
O NAD+ suporta vários processos celulares importantes que podem proteger os neurônios contra as patologias de Aβ e p-Tau. Primeiro, o aumento de NAD+ melhora o reparo do DNA em camundongos com DA. Foi proposto que o dano ao DNA é uma causa da perda neuronal na DA, sendo o dano oxidativo provavelmente o tipo mais significativo de dano ao DNA. Em um modelo de camundongo 3xTgAD/Polβ+/− com deficiência de BER, a suplementação com NR reduziu o dano ao DNA, evidenciado pela redução da marcação de γH2AX (que marca quebras de fita dupla de DNA - DSBs) no hipocampo. As DSBs são letais para os neurônios e são reparadas predominantemente via NHEJ. Consistente com o fato de o NHEJ ser reforçado pelo NAD+, o tratamento com NR em neurônios com deficiência de ATM melhorou a atividade neuronal de NHEJ por meio da desacetilação e ativação da proteína chave do NHEJ, Ku70, além de facilitar a ligação ao DNA da Ku70 e da DNA-PKcs, uma proteína adicional de reparo do NHEJ. Em segundo lugar, o aumento de NAD+ inibe a neuroinflamação em camundongos com DA. Os mecanismos moleculares subjacentes podem envolver a mitofagia dependente de NAD+ e a inibição da via do inflamassoma NLRP3. Dessa forma, uma programação dependente de NAD+ das respostas imunes poderia levar a uma melhor resolução da inflamação e da atividade fagocítica, bem como à inibição da senescência associada à disfunção mitocondrial (MiDAS). Em terceiro lugar, o aumento de NAD+ restaura a neurogênese em camundongos com DA ao promover a proliferação de células progenitoras neurais. Em consonância com isso, estudos em grandes números de amostras de cérebro humano indicam que a neurogênese hipocampal declina progressivamente à medida que a DA avança. A atividade rejuvenescedora de células-tronco do NR/NMN pode, portanto, contribuir para a melhora dos déficits de aprendizado e memória dependentes do hipocampo. Embora os mecanismos moleculares subjacentes da neurogênese dependente de NAD+ na DA ainda sejam elusivos, estudos mecanísticos de outros tecidos mostram o envolvimento da via mTORC1/SIRT1, a regulação da UPRmt e a estimulação da hematopoiese por meio da mitofagia. Além disso, o acúmulo de células cerebrais senescentes é uma característica etiopatológica do cérebro envelhecido e das lesões neuropatológicas no cérebro com DA. A eliminação senolítica de OPCs senescentes associadas a Aβ ou de células gliais senescentes associadas à patologia da Tau melhora o comprometimento cognitivo em diferentes modelos de camundongos com DA. A suplementação com NR atrasou a senescência de NSCs adultas em camundongos de 2 anos de idade, sugerindo um papel para um déficit de NAD+ ou de uma ou mais das enzimas que ele suporta na senescência das células neurais.
A mitofagia desempenha um papel importante no reconhecimento específico e na degradação de mitocôndrias danificadas, com as proteínas centrais participantes: quinase 1 induzida por PTEN (PINK1), Parkina, NIX (BNIP3L), proteína 3 de interação com a proteína BCL2/adenovírus E1B de 19 kDa (BNIP3), FUNDC1 e cardiolipina. Com base em evidências de tecidos cerebrais post-mortem de pacientes com DA, bem como de diferentes modelos de camundongos com DA, mitocôndrias danificadas e aumento do estresse oxidativo são características comuns da DA. Além disso, estudos recentes sugerem que há um acúmulo de mitocôndrias danificadas na DA causado por mitofagia defeituosa. Foi relatado recentemente que o tratamento com o precursor de NAD+ NMN e produtos químicos indutores de mitofagia pode reduzir o acúmulo de mitocôndrias disfuncionais em neurônios derivados de iPSC de pacientes humanos com DA e em modelos de camundongos e C. elegans com DA. Isso, por sua vez, reduz a neuroinflamação, diminui a carga das proteinopatias Tau e Aβ e melhora o aprendizado e a memória. Combinados com dados de estudos anteriores, os mecanismos por trás do aumento de NAD+ provavelmente incluem a prevenção do comprometimento induzido por Tau e Aβ no início da maquinaria mitofágica (p-TBK1 e p-ULK1 reduzidos) e a ligação e segregação baseadas em Tau da Parkina citoplasmática, impedindo sua translocação para mitocôndrias danificadas. Estratégias genéticas (regulação positiva de PINK1) e abordagens farmacológicas (uso de indutores robustos de mitofagia neuronal, incluindo NR, NMN, urolitina A e actinonina) reduzem mitocôndrias danificadas, previnem a disfunção sináptica e reforçam o aprendizado e a memória em vários modelos animais de DA. A mitofagia induzida por NAD+ provavelmente desempenha um papel importante nos benefícios observados, uma vez que a mutação de genes-chave da mitofagia (pink1, parkin/pdr-1 e nix/dct-1) abole a melhora da memória dependente de NAD+ em modelos de C. elegans com Aβ e p-Tau.
Além disso, o NAD+ pode aliviar as patologias da DA regulando as funções dos lisossomos e do UPS. O aumento de NAD+ por meio da suplementação de NR induziu o UPS tanto no hipocampo quanto no córtex de camundongos DA Tg2576 e restaurou o UPRmt em camundongos DA APPswe/PSEN1dE9. Mais evidências para apoiar as funções dos lisossomos e do UPS na manutenção de um cérebro saudável vêm de estudos que mostram que as proteínas tóxicas da DA Aβ e/ou p-Tau inibem o proteassoma e a autofagia/mitofagia e se acumulam predominantemente no hipocampo e no córtex pré-frontal, enquanto o aumento de NAD+ melhora as patologias de Aβ e p-Tau.
Apesar dos estudos recentes preencherem algumas das lacunas em nossa compreensão das relações entre NAD+, DA e função mitocondrial, ainda nos falta conhecimento sobre como o NAD+ ativa a maquinaria mitofágica, se a maquinaria mitofágica é funcional, mas desregulada devido a defeitos desconhecidos a montante, e quais efeitos colaterais a indução da mitofagia pode ter. Além disso, a interconexão entre NAD+ e inflamação na DA permanece elusiva e requer mais investigação.
NAD+ e DP
A DP é um distúrbio neurológico progressivo e fatal do envelhecimento que prejudica profundamente a capacidade de controlar os movimentos corporais, resultante da perda de neurônios dopaminérgicos na substância negra, os quais apresentam acúmulo anormal de fibrilas de α-sinucleína em seus corpos celulares e neuritos. A α-sinucleína se propaga de maneira semelhante a um príon em neurônios cultivados e em camundongos in vivo. Curiosamente, evidências emergentes sugerem uma disseminação do intestino para o cérebro da α-sinucleinopatia e da perda relacionada de neurônios dopaminérgicos, bem como de sintomas motores e não motores. Estudos em camundongos sugerem que os neurônios inicialmente afetados pela patologia da α-sinucleína são aqueles que inervam o intestino (neurônios entéricos), e a patologia então se propaga retrogradamente através do nervo vago até o tronco encefálico e, daí, para o mesencéfalo. Apesar dos corpos de Lewy com α-sinucleína serem uma característica patológica definidora da DP, o impulsionador da produção de fibrilas de α-sinucleína e como a α-sinucleína anormalmente agregada induz a perda de neurônios dopaminérgicos não são completamente compreendidos. Além do envelhecimento e de fatores ambientais, casos hereditários de início precoce da DP são causados por mutações em SNCA, LRRK2, PINK1 e PARK2 (que codificam as proteínas α-sinucleína, quinase 2 rica em repetições de leucina, PINK1 e Parkina, respectivamente), PARK15 (que codifica a proteína F-box only 7, Fbxo7) e GBA-PD (que codifica a enzima lisossômica β-glucocerebrosidase).
Evidências emergentes sugerem que os neurônios afetados na DP apresentam um déficit de NAD+ (Tabela 1; Figura 4). Conforme demonstrado, neurônios que expressam a mutação LRRK2 G2019S exibem disfunção mitocondrial e uma redução de 30% nos níveis de NAD+. Curiosamente, essa mutação parece afetar especificamente os neurônios dopaminérgicos, uma vez que nenhuma disfunção mitocondrial ou redução de NAD+ foi observada em neurônios glutamatérgicos ou sensoriais que expressam a mutação. Os prejuízos mitocondriais em neurônios dopaminérgicos que expressam LRRK2 mutante incluem diminuição da massa mitocondrial, distribuição subcelular aberrante das mitocôndrias, alteração na respiração mitocondrial e nos níveis de ATP, e motilidade mitocondrial prejudicada. Neurônios dopaminérgicos derivados de iPSCs que expressam GBA mutante exibem uma razão NAD+/NADH citosólica reduzida, embora nenhuma alteração significativa no NAD+ celular total tenha sido observada. A redução da razão NAD+/NADH citoplasmática nos neurônios com mutação no GBA foi possivelmente devida a uma redução da enzima sintética de NAD+, a NMNAT2, que se localiza no citosol. O knockdown da expressão de PINK1 em neurônios primários e células de neuroblastoma causa aumento do estresse oxidativo e redução de 50% nos níveis de NADH. O PINK1 mutante também prejudica drasticamente o metabolismo do NAD+ em moscas, incluindo níveis reduzidos de NAD+ (redução de 69%), NMN (redução de 81%) e NR (redução de 11%). Um fenômeno semelhante foi demonstrado em moscas mutantes para parkina, incluindo uma redução de 24% de NR, 92% de NMN e 78% de NAD+, em comparação com os controles. Vale ressaltar que a depleção de PINK1 pode não ser abertamente prejudicial (por exemplo, nenhuma inibição dramática da mitofagia basal), possivelmente devido às respostas compensatórias por outras vias independentes de PINK1. Apoiando um papel do PINK1 no cérebro envelhecido, a deleção de PINK1 em macacos rhesus resultou em neurodegeneração, mas esse fenótipo não foi associado a alterações na morfologia mitocondrial nos neurônios, sugerindo a existência de um papel do PINK1 independente da mitofagia. No entanto, os níveis de NAD+ não foram medidos nesses estudos, e o efeito do envelhecimento ou das disfunções relacionadas à idade não foi examinado. Além disso, a Fbxo7 se liga diretamente ao PINK1 e à Parkina, e participa da mitofagia mediada pela Parkina. Os níveis totais de NAD+ celular foram aproximadamente 50% menores tanto em células SH-SY5Y deficientes em Fbxo7 quanto em fibroblastos de pacientes que expressam a mutação Fbxo7 R378G.
Mais evidências que apoiam que um déficit celular de NAD+ é comum à maioria, senão a todos, os casos de DP vêm de um estudo mostrando que a hiperativação da NADase SARM1 pode contribuir para a depleção de NAD+ e degeneração axonal. O domínio TIR da SARM1 induz degeneração axonal ao depletar NAD+ axonal. Em condições de estresse oxidativo, a c-jun N-terminal quinase (JNK) fosforila a SARM1 na serina 548, o que aumenta sua atividade de NADase. Além disso, a atividade da SARM1, medida por sua capacidade de clivar NAD+, estava constitutivamente aumentada em células neuronais de um paciente com DP, fornecendo uma explicação potencial para a depleção de NAD+ na DP. No entanto, são necessárias evidências experimentais, incluindo p-SARM1 (serina 548) no cérebro de pacientes humanos com DP ou pelo menos em modelos murinos de DP, para apoiar o papel dessa via JNK-SARM1 na DP. Além da hiperativação da SARM1, a atividade das PARPs consumidoras de NAD+, bem como os níveis de PAR, estavam aumentados nos cérebros e no líquido cefalorraquidiano de pacientes com DP. Mecanicamente, a α-sinucleína patológica ativa a PARP-1 e aumenta a PARilação, levando à formação de α-sinucleína patológica mais tóxica em um ciclo de retroalimentação positiva, que finalmente resulta em morte neuronal via partanato. Apoiando um papel importante da PARP1 na DP, a inibição de PARP ou o aumento de NAD+ impediram a patologia da DP em modelos animais de DP. Há também evidências mostrando que a α-sinucleína compete com o NAD+ pela ligação à enzima glicolítica parcialmente oxidada gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH), que se co-localiza com a α-sinucleína nos corpos de Lewy na DP. A consequência imediata do aumento da ligação da α-sinucleína à GAPDH é a inibição da glicólise. A proteína da matriz mitocondrial TRAP1 (proteína associada ao receptor tipo 1 do fator de necrose tumoral, também conhecida como HSP75) participa da mitofagia quando fosforilada pela PINK1. Triagens genéticas de pacientes com DP e controles identificaram uma mutação na TRAP1 que leva à perda completa da proteína funcional em fibroblastos, de um paciente de 71 anos com DP de início tardio. Surpreendentemente, em comparação com fibroblastos de um controle saudável, os fibroblastos desse paciente com DP exibem aumento da atividade do complexo I, OCR e níveis de NAD+. O envolvimento da deficiência do complexo I na DP é bem estabelecido, embora não esteja claro se é um fator causal precoce na DP ou uma alteração proeminente a jusante dos gatilhos primários da disfunção mitocondrial. No entanto, o tratamento com NAM restaurou a função mitocondrial e reduziu o estresse oxidativo em um modelo de DP com 1-metil-4-fenilpiridínio (MPP+; um inibidor do complexo I), e o tratamento com NAM melhorou significativamente a capacidade de escalada em um modelo de DP em mosca. Além disso, a suplementação com NAM melhorou os fenótipos da DP, incluindo a perda de neurônios dopaminérgicos, tanto em moscas mutantes pink1 quanto parkin.
Em conjunto, os dados sugerem o envolvimento da depleção de NAD+ e de defeitos mitocondriais/mitofágicos na DP, embora os mecanismos subjacentes sejam complexos e mais estudos sejam necessários para compreender o envolvimento da insuficiência de NAD+.
NAD+ e DH
A DH é uma doença neurodegenerativa autossômica dominante com apresentação clínica de movimentos coreiformes involuntários resultantes da degeneração de neurônios espinhosos médios no estriado. À medida que a doença progride e afeta circuitos neuronais no córtex cerebral, pacientes com DH apresentam comprometimento cognitivo e sintomas psiquiátricos. A DH é causada por expansões de trinucleotídeos (CAG) no gene Htt, resultando em repetições de poliglutamina na proteína huntingtina. A huntingtina mutante (Httm) autoagrega-se e forma inclusões em neurônios vulneráveis. Embora a disfunção mitocondrial e o estresse oxidativo elevado sejam características celulares bem definidas da DH, o comprometimento da via da quinurenina e a consequente redução da produção de NAD+ podem ocorrer na DH. A via da quinurenina, sub-reconhecida, desempenha papéis importantes na função e resiliência neuronal, pois é a principal via que metaboliza 95% do triptofano em todo o corpo. O comprometimento da via da quinurenina ocorre em demências e esquizofrenia. Em comparação com humanos normais, pacientes com DH apresentam níveis reduzidos de ácido quinurênico e níveis aumentados de 3-HK e ácido quinolínico. O comprometimento da via da quinurenina pode contribuir para a neurotransmissão glutamatérgica elevada, aumento dos níveis intracelulares de Ca2+ e função mitocondrial prejudicada, levando finalmente à disfunção neuronal e morte celular. Assim, corrigir o desequilíbrio metabólico na via da quinurenina é uma abordagem terapêutica viável. Uma possibilidade é inibir a quinurenina 3-monooxigenase (KMO) para inibir a produção do neurotóxico 3-HK, 3-HAA e ácido quinolínico e talvez deslocar o fluxo metabólico para o aumento da produção de ácido quinurênico e NAD+. De fato, a inibição farmacológica da KMO preveniu a perda sináptica e diminuiu a inflamação do SNC em modelos de DH tanto em moscas quanto em camundongos. Provavelmente, há um perfil metabólico prejudicado semelhante da via da quinurenina em múltiplas regiões cerebrais, conforme sugerido pela prevenção de déficits de memória espacial, comportamento relacionado à ansiedade e perda sináptica quando a KMO é inibida.
Além da modulação da via da quinurenina, a suplementação direta com precursores de NAD+, bem como o aumento agonístico do eixo NAD+/SIRT1-PGC-1α e da atividade da SIRT3, mostram potencial terapêutico para a DH. A administração de NAM (com o inibidor de histona desacetilase tricostatina A) reverteu os efeitos tóxicos da mHtt em neurônios primários do estriado e do córtex por meio da eliminação autofágica da mHtt acetilada. Em um modelo de mosca da DH que expressa Httex1p Q93, tanto NAM quanto NA inibiram a perda de neurônios fotorreceptores induzida pela mHtt. Embora esses dois estudos tenham concluído que os efeitos do NAM resultavam da inibição das HDACs pela superativação das SIRTs, os dados desses estudos não consideraram o papel do aumento dos níveis de NAD+ após o tratamento com NAM. Estudos do grupo de Beal mostraram que o NR aumenta os níveis de NAD+ tanto em culturas celulares quanto em tecidos cerebrais de camundongos, incluindo um aumento de 2 vezes no NAD+ nas mitocôndrias cerebrais. Curiosamente, a suplementação com NR melhorou os déficits motores e os fenótipos moleculares em dois modelos de DH (R6/2 e BACHD), possivelmente por meio da ativação das vias relacionadas a SIRT1-PGC-1a e SIRT3. Assim, existem fortes evidências de uma ligação entre o metabolismo/catabolismo do NAD+ e a DH, mas são necessários estudos mecanísticos mais detalhados em camundongos com DH, bem como em iPSCs derivadas de pacientes com DH.
NAD+ e ELA
A ELA é um grupo de doenças neurológicas raras com comprometimento do movimento muscular voluntário causado pela degeneração progressiva dos neurônios motores na medula espinhal, tronco cerebral e córtex motor. A morte dos neurônios motores leva à fraqueza muscular e paralisia, causando a morte dos pacientes dentro de 1 a 5 anos a partir do início dos sintomas, tipicamente devido à insuficiência respiratória. Embora a patologia da ELA seja complexa, a disfunção mitocondrial e o aumento do estresse oxidativo são características comuns e proeminentes dos neurônios motores. A maioria dos casos de ELA é esporádica, enquanto 5%–10% são familiares. Mutações na superóxido dismutase 1 (SOD1) são responsáveis por até 20% dos casos familiares e 1%–2% dos casos esporádicos de ELA, enquanto outros genes mutados incluem Fused in Sarcoma (FUS) e a expansão não codificante do hexanucleotídeo C9orf72, que é a causa mais comum de ELA familiar. Além disso, análises de perfil transcriptômico relataram alterações em múltiplos genes associados à neurodegeneração que codificam APP, Tau, PINK1 e Cdk5 na ELA. Casos familiares e esporádicos são indistinguíveis nos níveis clínico e histopatológico. A função da SOD1 está claramente relacionada à contenção do estresse oxidativo, embora o mecanismo subjacente da toxicidade das mutações da SOD1 permaneça desconhecido. Curiosamente, acredita-se que a toxicidade relacionada à ELA para os neurônios motores surja de um efeito adverso sobre os astrócitos, resultando em transporte de glutamato prejudicado, o que promove a excitotoxicidade neuronal.
A ELA tem sido associada ao metabolismo do NAD+ por meio do comprometimento da via da quinurenina e do possível envolvimento de atividades alteradas da SIRT1 e SIRT3. Semelhante ao observado em pacientes com DH, a via da quinurenina também está comprometida na ELA. Em pacientes com ELA, foram encontrados níveis mais elevados de triptofano, quinurenina e ácido quinolínico no LCR e no soro, e níveis reduzidos de ácido picolínico no soro; além disso, houve maior inflamação microglial e aumento da expressão neuronal e microglial da indoleamina 2,3-dioxigenase e do ácido quinolínico no córtex motor e nos tecidos da medula espinhal de pacientes com ELA. Embora os níveis de NAD+ não tenham sido relatados, todos os dados sugerem um mecanismo de deficiência excitatória quelante relacionada à inflamação em pacientes com ELA. A atividade da SIRT1 está alterada em modelos murinos de ELA e em amostras de tecido post mortem de pacientes com ELA; no entanto, a direção da alteração tem sido debatida. As discrepâncias entre os achados sobre os níveis de SIRT1 na ELA podem ser devidas a diferentes linhagens celulares utilizadas ou à expressão alterada de SIRT1 durante a progressão da doença. Além disso, a expressão de SIRT3 foi associada à ELA em uma via dependente de PGC-1α, embora o mecanismo permaneça desconhecido. Curiosamente, o tratamento com ativadores de SIRT1, incluindo resveratrol, melhora a progressão da doença em modelos animais de ELA (revisado em). A ELA também foi diretamente ligada ao metabolismo do NAD+ em um estudo que mostrou que o aprimoramento da via de salvamento do NAD+ protege astrócitos que expressam uma SOD1 mutante associada à ELA e, assim, promove a sobrevivência dos neurônios motores. Curiosamente, a superexpressão de NAMPT, a proteína que converte NAM em NMN, ou a superexpressão de uma NAMPT direcionada à mitocôndria resulta em níveis aumentados de NAD+, incluindo a fração mitocondrial de NAD+. O tratamento com precursores de NAD+ (NMN ou NR) ou a superexpressão de NAMPT resulta em aumento da resistência ao estresse oxidativo em neurônios motores e previne a toxicidade de astrócitos mutantes SOD1 em cocultura. SIRT1, SIRT3 e/ou SIRT6 são provavelmente ativados como resultado da melhora do salvamento de NAD+, levando à diminuição da acetilação de IDH2 e à ativação de Nrf2, melhorando assim a resistência dos neurônios motores ao estresse oxidativo e a função mitocondrial. Consistente com um papel protetor do NAD+ e seus metabólitos na ELA, um estudo recente relatou níveis mais baixos de NAM em camundongos SOD1-Tg propensos à ELA devido ao comprometimento do microbioma intestinal por meio da diminuição da bactéria protetora Akkermansia muciniphila. Importante, o nível de NAM estava diminuído tanto em amostras de soro quanto de LCR de pacientes com ELA (n = 60 para soro e 14 para LCR) em comparação com controles saudáveis (n = 33 para soro e 17 para LCR). Consequentemente, a suplementação com NAM melhorou dramaticamente os fenótipos comportamentais e patológicos em camundongos SOD1-Tg propensos à ELA. A importância do metabolismo do NAD+ e da ativação da SIRT1 foi apoiada por um ensaio clínico preliminar recente com EH301, consistindo em um precursor de NAD+ e um ativador de SIRT1.
O envolvimento da depleção celular de NAD+ e os potenciais benefícios terapêuticos de tratamentos que aumentam os níveis de NAD+ incluem, mas não se limitam a, DA, DP, DH e ELA. Alterações no sistema da quinurenina foram expandidas para isquemia cerebral, esclerose múltipla, epilepsia, dor neuropática e enxaqueca e foram revisadas em outro local.
Restauração de NAD+ como Estratégia Terapêutica
Ensaios Clínicos
Múltiplos ensaios clínicos de precursores de NAD+, incluindo NAM, NR e NMN, em distúrbios neurológicos estão em andamento (Tabela 2). A NR é biodisponível por via oral, bem tolerada e eleva os níveis de NAD+ em adultos saudáveis de meia-idade e idosos, bem como em homens diabéticos idosos. O grupo Brenner relatou biodisponibilidade oral de NR e aumento de até 2,7 vezes nos níveis de NAD+ e aumento de 45 vezes no intermediário NAAD no sangue humano após suplementação oral de NR (1.000 mg/dia por 7 dias). Um ensaio clínico tardio de NR em combinação com o polifenol pterostilbeno (PT) (NRPT ou EH301: 500 mg NR + 100 mg PT por 8 semanas, n = 40 entre 60 e 80 anos) liderado pelo laboratório Guarente mostrou que o tratamento com NRPT aumentou os níveis de NAD+ no sangue total em 90%, sem eventos adversos graves. Martens e colegas realizaram um ensaio clínico de 1.000 mg de NR por dia durante 6 semanas em 24 adultos saudáveis (idade média 65 ± 7), e os dados confirmaram que a NR era biodisponível e segura, com potenciais benefícios cardiovasculares. Um estudo recente com NR em homens diabéticos também mostrou que a NR era segura mesmo na dose de 2.000 mg/dia (duas vezes ao dia) por 12 semanas. Atualmente, estudos sobre NR em relação à função mitocondrial, bioenergética, envelhecimento (e envelhecimento prematuro) e obesidade estão sendo conduzidos ou recrutando participantes, e os resultados desses ensaios clínicos provavelmente revelarão o potencial da NR em humanos. Assim, pelo menos quatro ensaios clínicos independentes indicam que a suplementação com NR (1–2 g/dia por até 3 meses) é biodisponível por via oral e relativamente segura.
Ensaios clínicos com precursores de NAD+ em relação ao declínio cognitivo com a idade estão em andamento (Tabela 2). Um ensaio está focado nos efeitos da NR na memória e no fluxo sanguíneo cerebral em adultos com comprometimento cognitivo leve (n = 26, doses múltiplas de 250 mg/dia a 1 g/dia por um total de 10 semanas). Um ensaio semelhante também está em andamento (500 mg duas vezes ao dia, n = 58 por 12 semanas).
NADH, NR e NAM estão e estiveram em ensaios clínicos para DA. Embora um estudo aberto em 17 pacientes com DA (33–84 anos, média de idade 67,7) tenha relatado que a ingestão de NADH (duas vezes ao dia, total de 10 mg/dia) por 8–12 semanas melhorou os efeitos cognitivos, um estudo clínico de acompanhamento com desenho semelhante não resultou em quaisquer melhoras cognitivas. Várias décadas de estudos clínicos de NAM para uma variedade de doenças foram realizadas, com os dados clínicos mostrando que a NAM é relativamente segura (1.000–2.000 mg/dia) e é prontamente absorvida pelo trato gastrointestinal, com concentrações séricas máximas em 1 hora após a ingestão oral. Com base nos dados promissores de camundongos com DA, um ensaio clínico de fase II de NAM em 15 pacientes com DA com demência leve a moderada (1.500 mg duas vezes ao dia) por 24 semanas foi realizado (). No entanto, a NAM não mostrou efeitos significativos, embora a falta de eficácia possa ter sido devida a vários fatores contribuintes, como tamanho amostral pequeno e um período de tratamento relativamente curto. Um novo ensaio clínico com NAM em DA está atualmente recrutando, com o objetivo de estudar o efeito sobre os níveis de p-Tau (p-Tau181) e Tau total no líquido cefalorraquidiano (Tabela 2).
Vários ensaios clínicos de NADH e NR em pacientes com DP foram realizados. Em relação à DP, o NADH mostrou efeitos benéficos no movimento. Um estudo inicial usando NADH (administração intravenosa, 25 mg/dia) em 34 pacientes com DP por 4 dias, relatou que 21 pacientes (61,7%) apresentaram benefícios dramáticos, enquanto os 13 pacientes restantes com DP mostraram melhora moderada dos déficits motores. Os benefícios foram confirmados em um estudo subsequente com 885 pacientes com DP, também mostrando benefícios semelhantes entre aplicações parenterais e orais. No entanto, os benefícios não foram observados em um estudo duplo-cego em 5 pacientes com DP clinicamente moderada tratados com NADH (25 mg) administrado por via intravenosa uma vez ao dia por 4 dias, seguido por NADH (25 mg) administrado por via intramuscular após 2 e 4 semanas. A niacina/ácido nicotínico (NA) também foi testada em um paciente com DP do sexo masculino de 78 anos. Este relato indicou que 500 mg de NA duas vezes ao dia melhorou a rigidez e a bradicinesia, enquanto uma dose mais alta de 1.000 mg duas vezes ao dia produziu pesadelos graves e erupção cutânea. Os efeitos colaterais não foram surpreendentes, uma vez que o rubor doloroso é um efeito colateral comum de altas doses de NA. Um novo ensaio clínico com NA está atualmente recrutando pacientes com DP, com o objetivo de examinar os efeitos sobre a inflamação e a função/sintomas motores na DP (Tabela 2). Como a NR é biodisponível por via oral e não mostrou efeitos colaterais detectáveis conforme descrito acima, seria desejável para ensaios clínicos. Atualmente, dois ensaios clínicos com NR em DP estão começando, com os objetivos de investigar o perfil neurometabólico e a função motora após o tratamento (Tabela 2).
Há menos ensaios clínicos de tratamentos que aumentam os níveis de NAD+ em pacientes com ELA. Após o ensaio clínico de NRPT/EH301 em idosos saudáveis, um ensaio em pacientes com ELA foi concluído. O ensaio incluiu 10 pacientes com ELA recebendo placebo e 10 pacientes recebendo EH301 por 4 meses. O estudo foi um desenho duplo-cego randomizado e incluiu ambos os sexos. O tratamento com NRPT/EH301 melhorou a escala funcional revisada de ELA (ALSFRS-R), aumentou o índice da escala de graduação MRC (gradua a força muscular) e a capacidade vital forçada (CVF, teste de capacidade respiratória funcional), além de aumentar a atividade elétrica nos músculos. Todos os pacientes do grupo EH301 optaram por continuar o tratamento após 4 meses, e assim o tratamento foi finalizado após 1 ano de tratamento, onde não foi observada deterioração, exceto da CVF. Apesar do baixo número de participantes neste estudo, ele estabelece as bases para o potencial da suplementação de NAD+/ativação da SIRT1 como tratamento para ELA, e ensaios de fase em larga escala são necessários.
Precursores de NAD+ também estão sendo testados para outras condições neurodegenerativas, incluindo um ensaio clínico de NR em doenças de envelhecimento prematuro, como CS e A-T (Tabela 2), com base em seu benefício significativo em estudos pré-clínicos entre espécies. Além disso, NAM está sendo testado em dois ensaios clínicos para ataxia de Friedreich, uma ataxia hereditária autossômica recessiva de início precoce causada por uma expansão patológica de uma repetição GAA no primeiro íntron do gene da frataxina (FXN).
Uma Nota de Cautela sobre Intervenções que Aumentam os Níveis de NAD+
Embora a reposição de NAD+ pareça segura em idosos saudáveis, existem preocupações com a administração de precursores de NAD+ em pacientes com câncer. As principais enzimas metabólicas do NAD+, por exemplo, iNAMPT, eNAMPT e/ou NMNAT2, são superexpressas em uma ampla variedade de cânceres, incluindo câncer de mama, pâncreas, próstata e colorretal. Evidências de estudos laboratoriais mostram que o aumento de NAD+, seja por meio de enzimas sintéticas de NAD+ superexpressas ou pela suplementação com precursores de NAD+, promove a proliferação, migração e resistência de células cancerígenas à quimio/radioterapia anticancerígena. Assim, estratégias para esgotar o NAD+ celular e a inibição de enzimas sintéticas de NAD+ podem desencadear a morte de células cancerígenas. Não se sabe se a reposição de NAD+ aumentaria o risco de câncer na população idosa em geral. Um estudo recente mostra que níveis elevados de NAD+ podem levar à promoção do câncer (pelo menos no câncer de pâncreas) por meio de alterações na atividade secretora de células senescentes para liberar citocinas pró-inflamatórias. Outros estudos indicam que a reposição de NAD+ retarda a senescência celular (incluindo a senescência associada à disfunção mitocondrial). Neurônios maduros são células pós-mitóticas, enquanto as células cancerígenas são altamente replicativas, e ambos os tipos celulares têm alta demanda energética. Apesar de ambas serem nutricionalmente exigentes, as células cancerígenas e as células pós-mitóticas exibem um metabolismo completamente diferente, o que pode explicar por que as condições neuroprotetoras do aumento de NAD+ e da autofagia também podem promover o crescimento de cânceres específicos (por exemplo, câncer de pâncreas).
No entanto, em alguns casos, o NAD+/NADH e seus metabólitos podem inibir o crescimento e a metástase do câncer. Por exemplo, um relato de caso clínico sugere que o NADH inibe a metástase de carcinoma ductal invasivo, câncer de fígado e câncer de mama. Um grande ensaio clínico randomizado de fase III relatou que a NAM oral foi segura e eficaz na redução das taxas de novos cânceres de pele não melanoma e ceratose actínica em pacientes de alto risco. Devido aos estudos limitados nessa área, ainda é uma questão em aberto para pesquisas futuras.
Questões em Aberto e Perspectivas Futuras
Estudos recentes em animais e ensaios clínicos em humanos ampliaram nossa compreensão sobre o NAD+ e as enzimas dependentes de NAD+ na neuroplasticidade, no envelhecimento cerebral e nos distúrbios neurodegenerativos. Evidências emergentes sugerem que a depleção de NAD+ nas células cerebrais é comum durante o envelhecimento e é acentuada em muitos distúrbios neurodegenerativos, incluindo DA, DP, DH e ELA, e que o aumento de NAD+ inibe características patológicas em modelos animais desses distúrbios (Tabela 1). Descobertas recentes estão revelando um papel crítico do NAD+ na resiliência neural e nos mecanismos moleculares das marcas do envelhecimento cerebral. Embora a depleção de NAD+ ocorra em populações neuronais vulneráveis em várias doenças neurodegenerativas importantes, ainda não está estabelecido se os processos dependentes de NAD+ prejudicados ocorrem a montante e/ou a jusante das lesões proteopáticas específicas que definem cada uma das doenças neurodegenerativas (Figura 4).
Diferentes precursores de NAD+, NR, NMN, NA e NAM, foram e estão em ensaios clínicos de diferentes doenças, sendo necessário compará-los quanto à segurança, efeitos terapêuticos e efeitos colaterais. O aumento dos níveis de NAD+ no cérebro usando NAD+, NADH ou precursores de NAD+ pode ser limitado pela sua impermeabilidade celular, pelas diferentes vias de administração, estabilidade e efeitos colaterais. Embora estudos em camundongos mostrem que o NR apresenta uma biodisponibilidade oral única em comparação com NA e NAM, comparações diretas em humanos não estão disponíveis. Embora estilos de vida modernos, sedentários e excessivos contribuam para o envelhecimento cerebral e doenças neurodegenerativas relacionadas à idade, desafios bioenergéticos intermitentes, como exemplificados por exercícios, jejum e desafios intelectuais, podem proteger o cérebro humano contra disfunções e doenças relacionadas à idade. Estudos sobre os efeitos de desafios metabólicos intermitentes nos níveis de NAD+, seu metabolismo e as atividades das enzimas dependentes de NAD+ em humanos são necessários. Além disso, será de considerável interesse comparar e contrastar os perfis de eficácia e segurança dos precursores de NAD+ com o β-hidroxibutirato cetônico, que eleva os níveis de NAD+ em neurônios e demonstrou suprimir as patologias de Aβ e p-Tau e melhorar déficits comportamentais em um modelo de camundongo da DA, além de proteger neurônios dopaminérgicos em um modelo animal de DP. O foco desta revisão é o envelhecimento cerebral, mas a importância da biogenética relacionada ao NAD+ também envolve neurônios e patologias relacionadas fora do cérebro. Um exemplo disso é o grupo de doenças neurodegenerativas denominado glaucoma, caracterizado por disfunção progressiva e perda das células ganglionares da retina. Também aqui, a depleção de NAD+ e anormalidades mitocondriais foram demonstradas, e efeitos benéficos do tratamento com NAM em modelos de camundongos foram relatados. Além disso, o eixo intestino-cérebro também pode apresentar efeitos do aumento de NAD+ e, assim, fornecer um novo alvo de interesse em doenças neurodegenerativas.
Existem muitas perguntas não respondidas sobre o NAD+ que precisam ser mais bem abordadas. Primeiro, um papel direto de processos dependentes de NAD+ comprometidos e doenças neurodegenerativas em humanos ainda precisa ser estabelecido. Grandes estudos longitudinais que incluam a quantificação de NAD+ e metabólitos relacionados usando espectroscopia de ressonância magnética ou novos métodos de imagem poderiam esclarecer se os níveis regionais de NAD+ no cérebro diminuem precocemente no processo da doença (Figura 4). Em segundo lugar, as relações complexas entre NAD+ e câncer devem ser mais estudadas para fornecer as informações necessárias para orientar o uso de precursores de NAD+ como suplementos dietéticos para a população em geral. Terceiro, deve-se ter em mente que os precursores de NAD+ podem não ser benéficos em condições específicas. Por exemplo, o NMN pode exacerbar a degeneração axonal in vitro induzida pelo agente quimioterápico vincristina. Quarto, são necessários estudos sobre os papéis dos precursores de NAD+ na homeostase do Ca2+ neuronal e as interações entre NAD+ e diferentes características do envelhecimento cerebral. Além disso, incentivados pelos papéis positivos da suplementação de NAD+ na neuroproteção na A-T, seria interessante explorar os efeitos do NAD+ em outras doenças neurodegenerativas nas quais o reparo do DNA neuronal está comprometido, incluindo neurodegeneração relacionada à mutação XRCC1, DFT e SCAN1.
DECLARAÇÃO DE INTERESSES
E.F.F. é professor visitante no Primeiro Hospital Afiliado da Universidade Sun Yat-Sen (Cantão, China), professor convidado na Faculdade de Medicina da Universidade Jinan (Cantão, China) e professor visitante no Departamento de Gerontologia Clínica do Primeiro Hospital Afiliado da Universidade Zhengzhou (Zhengzhou, China). E.F.F. tem acordos de CRADA com a ChromaDex e é consultor da Aladdin Healthcare Technologies e do Vancouver Dementia Prevention Centre. D.A.S. é fundador, acionista, membro do conselho, conselheiro, diretor, consultor, investidor e/ou inventor em patentes licenciadas para Vium, Jupiter Orphan Therapeutics, Cohbar, Galilei Biosciences, GlaxoSmithKline, OvaScience, EMD Millipore, Wellomics, Inside Tracker, Caudalie, Bayer Crop Science, Longwood Fund, Zymo Research, EdenRoc Sciences (e afiliadas Arc-Bio, Dovetail Genomics, Claret Bioscience, Revere Biosensors, UpRNA e MetroBiotech [uma empresa de suplementação de NAD+], e Liberty Biosecurity) e Life Biosciences (e afiliadas Selphagy, Senolytic Therapeutics, Spotlight Biosciences, Animal Biosciences, Iduna, Immetas, Prana, Continuum Biosciences, Jumpstart Fertility [uma empresa de suplementação de NAD+] e Lua Communications). D.A.S. faz parte do conselho de administração de ambas as empresas. D.A.S. é inventor em um pedido de patente depositado pela Mayo Clinic e Harvard Medical School que foi licenciado para a Elysium Health; sua parcela de royalties pessoais é direcionada ao laboratório Sinclair. Para mais informações, consulte https://genetics.med.harvard.edu/sinclair-test/people/sinclair-other.php.
REFERÊNCIAS
Uma nova função para a CD38/ADP-ribosil ciclase na homeostase nuclear de Ca2+
O gene humano SLC25A17 codifica um transportador peroxissomal de coenzima A, FAD e NAD+
NMNATs, fatores de manutenção neuronal evolutivamente conservados
A niacina melhorou a rigidez e a bradicinesia em um paciente com doença de Parkinson, mas também causou pesadelos inaceitáveis e erupção cutânea – um relato de caso
A disfunção dos telômeros induz a repressão da sirtuína, que impulsiona doenças dependentes de telômeros
A depleção de energia dependente da poli(ADP-ribose) polimerase ocorre através da inibição da glicólise
A imunoglobulina intravenosa (IVIG) protege o cérebro contra o acidente vascular cerebral experimental ao prevenir a morte celular neuronal mediada pelo complemento
Um mecanismo de degradação proteassomal independente de ubiquitina dos supressores tumorais p53 e p73
A ligação da alfa-sinucleína à gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase parcialmente oxidada induz a subsequente inativação da enzima
Medições da via da quinurenina no estriado da doença de Huntington: evidências para a redução da formação do ácido quinurênico
Compartimentação subcelular e propriedades catalíticas diferenciais das três isoformas humanas de nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferase
Mau funcionamento do cálcio neuronal e a patogênese da doença de Alzheimer
Descobertas da nicotinamida ribosídeo como nutriente e genes NRK conservados estabelecem uma rota independente de Preiss-Handler para NAD+ em fungos e humanos
Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) – uma nova abordagem terapêutica: resultados preliminares com pacientes com câncer e pacientes com demência do tipo Alzheimer
Coenzima nicotinamida adenina dinucleotídeo: nova abordagem terapêutica para melhorar a demência do tipo Alzheimer
A coenzima nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) melhora a incapacidade de pacientes parkinsonianos
Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) – uma nova abordagem terapêutica para a doença de Parkinson. Comparação da aplicação oral e parenteral
A patologia da doença de Alzheimer é atenuada em um modelo de camundongo deficiente em CD38
Papéis potenciais do microbioma intestinal e metabólitos na modulação da ELA em camundongos
Ácido nicotínico, nicotinamida e nicotinamida ribosídeo: uma avaliação molecular das vitaminas precursoras de NAD+ na nutrição humana
Um interruptor lisossomal desencadeia a renovação da proteostase na linhagem germinativa imortal de C. elegans
A ADP-ribosilação de serina depende de HPF1
Desacelerando o envelhecimento por design: a ascensão dos compostos ativadores de NAD(+) e sirtuína
Mudanças relacionadas à idade no metabolismo de NAD+, estresse oxidativo e atividade de Sirt1 em ratos Wistar
A ativação de SIRT3 pelo precursor de NAD(+) nicotinamida ribosídeo protege contra a perda auditiva induzida por ruído
Comparação dos níveis de sirtuína 3 na ELA e na doença de Huntington – efeitos diferenciais em amostras de tecido humano vs. modelos de camundongos transgênicos
Identificação da via de recuperação de nicotinamida como uma nova rota de toxificação para antimetabólitos
As proteínas associadas à doença de Parkinson, Fbxo7 e Parkin, interagem para mediar a mitofagia
Eliminação de células gliais senescentes previne patologia dependente de tau e declínio cognitivo
Suplementação de NAD+ atenua a toxicidade dopaminérgica e mitocondrial do metilmercúrio em Caenorhabditis elegans
CD38 dita o declínio de NAD relacionado à idade e a disfunção mitocondrial por meio de um mecanismo dependente de SIRT3
Biossensor revela múltiplas fontes para NAD(+) mitocondrial
Apollo-NADP(+): uma família de sensores geneticamente codificados sintonizáveis espectralmente para NADP(+)
A via da quinurenina modula a neurodegeneração em um modelo de Drosophila da doença de Huntington
O caminho para restaurar circuitos neurais para o tratamento da doença de Alzheimer
Metabolismo de NAD(+) e controle da homeostase energética: um equilíbrio entre mitocôndria e núcleo
Vias para disfunção mitocondrial na patogênese da ELA
As funções multifacetadas das sirtuínas no câncer
A via da quinurenina e inflamação na esclerose lateral amiotrófica
Um ensaio clínico randomizado de fase 3 de nicotinamida para quimioprevenção do câncer de pele
SIRT3 mitocondrial medeia respostas adaptativas de neurônios ao exercício e desafios metabólicos e excitatórios
A NADase CD38 é induzida por fatores secretados por células senescentes, fornecendo uma ligação potencial entre senescência e declínio celular de NAD(+) relacionado à idade
O papel da quinase 2 rica em repetições de leucina (LRRK2) na doença de Parkinson
Tau associado à doença prejudica a mitofagia ao inibir a translocação de Parkin para as mitocôndrias
Abordagem fosfoproteômica para caracterizar sítios de mono e poli(ADP-ribosil)ação de proteínas em células
O comprometimento de uma rede de sinalização endotelial NAD(+)-H2S é uma causa reversível do envelhecimento vascular
A nicotinamida adenina dinucleotídeo é transportada para as mitocôndrias de mamíferos
Eficácia e tolerabilidade de EH301 para esclerose lateral amiotrófica: um estudo piloto randomizado, duplo-cego, controlado por placebo em humanos
A deficiência do gene Fbxo7 relacionado à doença de Parkinson está associada ao metabolismo mitocondrial prejudicado pela ativação de PARP
Dose repetida de NRPT (nicotinamida ribosídeo e pterostilbeno) aumenta os níveis de NAD(+) em humanos de forma segura e sustentável: um estudo randomizado, duplo-cego, controlado por placebo
Avaliação do metabolismo de NAD(+) em culturas de células humanas, eritrócitos, líquido cefalorraquidiano e músculo esquelético de primatas
Uso de niacina como medicamento
Tratamento da doença de Parkinson com NADH
Visualização de pools subcelulares de NAD e localização de proteínas intra-organelares pela formação de poli-ADP-ribose
Um ensaio clínico randomizado controlado por placebo de nicotinamida ribosídeo em homens obesos: segurança, sensibilidade à insulina e efeitos de mobilização lipídica
Mudanças metabólicas globais em cérebros de camundongos com idade e doença de Alzheimer giram em torno de sítios redox NAD+/NADH
A sinalização de PINK1 resgata a patologia amiloide e a disfunção mitocondrial na doença de Alzheimer
O ativador p25 da quinase 5 dependente de ciclina é gerado durante a formação da memória e é reduzido em um estágio inicial da doença de Alzheimer
O domínio toll/interleucina-1 do receptor SARM1 possui atividade intrínseca de clivagem de NAD(+) que promove degeneração axonal patológica
Mitofagia e NAD(+) inibem a doença de Alzheimer
Mitofagia defeituosa na XPA via hiperativação de PARP-1 e redução de NAD(+)/SIRT1
A reposição de NAD(+) melhora a longevidade e a saúde em modelos de ataxia telangiectasia via mitofagia e reparo de DNA
Sinalização de danos ao DNA nuclear para mitocôndrias no envelhecimento
NAD(+) no envelhecimento: mecanismos moleculares e implicações translacionais
A mitofagia inibe a patologia amiloide-beta e tau e reverte déficits cognitivos em modelos da doença de Alzheimer
Papéis opostos da expressão transitória e prolongada de p25 na plasticidade sináptica e na memória dependente do hipocampo
A metformina reverte alterações na função mitocondrial associadas à mutação TRAP1 na doença de Parkinson
As quinases de ribosídeo de nicotinamida exibem redundância na mediação do metabolismo de mononucleotídeo de nicotinamida e ribosídeo de nicotinamida em células musculares esqueléticas
Envelhecimento. Moléculas de sinalização lisossomal regulam a longevidade em Caenorhabditis elegans
Promovendo saúde e longevidade através da dieta: de organismos modelo a humanos
ARTD1/PARP1 regula negativamente a glicólise ao inibir a hexoquinase 1 independentemente da depleção de NAD+
A doença de Parkinson associada ao PINK1 é causada pela vulnerabilidade neuronal à morte celular induzida por cálcio
Uma nova via regula a memória e a plasticidade via SIRT1 e miR-134
A ativação de SARM1 desencadeia degeneração axonal localmente via destruição de NAD(+)
A Nmnat2 endógena é um fator de sobrevivência essencial para a manutenção de axônios saudáveis
Níveis baixos de NMNAT2 comprometem o desenvolvimento e a sobrevivência dos axônios
O declínio de NAD(+) induz um estado pseudo-hipóxico que interrompe a comunicação núcleo-mitocondrial durante o envelhecimento
O ribosídeo de nicotinamida restaura a cognição através do aumento da degradação da beta-secretase 1 regulada pelo coativador 1alfa do receptor ativado por proliferador de peroxissomo e da expressão gênica mitocondrial em modelos de camundongos com Alzheimer
A nicotinamida restaura a cognição em camundongos transgênicos com doença de Alzheimer através de um mecanismo envolvendo inibição da sirtuína e redução seletiva da fosfotau Thr231
A proteína CD73 como fonte de precursores extracelulares para a biossíntese sustentada de NAD+ em células tumorais tratadas com FK866
Slc12a8 é um transportador de mononucleotídeo de nicotinamida
Vias genéticas que regulam o envelhecimento em organismos modelo
Segundos mensageiros mobilizadores de cálcio derivados de NAD
A ativação de AMPK protege as células da senescência induzida por estresse oxidativo via restauração do fluxo autofágico e elevação intracelular de NAD(+)
A autofagia como promotora da longevidade: insights de organismos modelo
Elevação dos níveis celulares de NAD pelo ácido nicotínico e envolvimento da fosforribosiltransferase de ácido nicotínico em células humanas
O aumento da via de salvamento de NAD+ reverte a toxicidade de astrócitos primários que expressam superóxido dismutase 1 (SOD1) mutante ligada à esclerose lateral amiotrófica
Atividade aprimorada da SIRT6 abole o fenótipo neurotóxico de astrócitos que expressam SOD1 mutante associada à ELA
Nicotinamida melhora déficits motores e regula positivamente a expressão gênica de PGC-1alpha e BDNF em um modelo de camundongo da doença de Huntington
Transferência de mitocôndrias de astrócitos para neurônios após acidente vascular cerebral
Memória social, amnésia e autismo: a secreção de ocitocina no cérebro é regulada por metabólitos de NAD+ e polimorfismos de nucleotídeo único de CD38
A autofagia mantém o metabolismo e a função de células-tronco jovens e velhas
Complemento e micróglia medeiam a perda precoce de sinapses em modelos de camundongo da doença de Alzheimer
Instabilidade genômica na doença de Alzheimer
A suplementação de NAD(+) normaliza características-chave da doença de Alzheimer e respostas a danos no DNA em um novo modelo de camundongo com deficiência de reparo de DNA introduzida
mTORC1 e SIRT1 cooperam para promover a expansão de células-tronco adultas do intestino durante a restrição calórica
O silenciamento transcricional e a proteína de longevidade Sir2 são uma histona desacetilase dependente de NAD
O sistema ubiquitina-proteassoma e a memória: indo além da degradação de proteínas
A ubiquitina-protease específica 14 (USP14) é um regulador crítico da formação de memória de longo prazo
CaMKII regula a fosforilação e atividade do proteassoma e promove a desestabilização da memória após a recuperação
A acetilação direciona a huntingtina mutante para autofagossomos para degradação
Altas doses de nicotinamida previnem a disfunção mitocondrial oxidativa em um modelo celular e melhoram o déficit motor em um modelo de Drosophila da doença de Parkinson
CD38 é crítico para o comportamento social ao regular a secreção de ocitocina
A inibição de CA1 Nampt recapitula fenótipos cognitivos hipocampais em camundongos velhos, que o mononucleotídeo de nicotinamida melhora
O poli(ADP-ribose) impulsiona a neurodegeneração patológica da alfa-sinucleína na doença de Parkinson
Uma dieta de éster cetônico exibe propriedades ansiolíticas e poupadoras de cognição, e reduz as patologias amiloide e tau em um modelo de camundongo da doença de Alzheimer
O proteassoma no envelhecimento cerebral
Mitofagia e doença de Alzheimer: mecanismos celulares e moleculares
A desacetilase SIRT1 protege contra neurodegeneração em modelos de doença de Alzheimer e esclerose lateral amiotrófica
Propagação transneuronal de alfa-sinucleína patológica do intestino para o cérebro modela a doença de Parkinson
Inflamação intestinal crônica leve acelera a neuropatologia cerebral e a disfunção motora em camundongos mutantes para alfa-sinucleína
Mutações no gene parkin causam parkinsonismo juvenil autossômico recessivo
Padrões diferenciais de expressão de sirtuínas em tecido post mortem de esclerose lateral amiotrófica (ELA): propriedades neuroprotetoras ou neurotóxicas das sirtuínas na ELA?
Controle da taxa do ciclo do ácido tricarboxílico
Neurogênese hipocampal adulta: uma história de amadurecimento
Determinando o papel da neuroinflamação induzida por IL-4 na atividade microglial e beta-amiloide usando células microgliais BV2 e camundongos transgênicos APP/PS1
Mitofagia microglial mitiga a neuroinflamação na doença de Alzheimer
Alterações específicas de região na imunorreatividade da expressão de SIRT1 no sistema nervoso central de camundongos transgênicos SOD1(G93A) como modelo in vivo de esclerose lateral amiotrófica
Ribosídeo de nicotinamida melhora a metaflamação hepática ao modular o inflamassoma NLRP3 em um modelo roedor de diabetes tipo 2
A mitofagia basal é generalizada em Drosophila, mas minimamente afetada pela perda de Pink1 ou parkin
A ativação lisossomal elimina agregados e melhora a ativação de células-tronco neurais quiescentes durante o envelhecimento
Mutações em Parp protegem contra disfunção mitocondrial e neurodegeneração em um modelo Parkin da doença de Parkinson
Melhorar o metabolismo de recuperação de NAD(+) é neuroprotetor em um modelo PINK1 da doença de Parkinson
Corpos de Lewy em neurônios enxertados em indivíduos com doença de Parkinson sugerem propagação da doença do hospedeiro para o enxerto
Um bolsão de ligação conservado de NAD(+) que regula interações proteína-proteína durante o envelhecimento
Disfunção mitocondrial e estresse oxidativo em doenças neurodegenerativas
Fechamento conformacional do sítio catalítico da CD38 humana induzido por cálcio (punhal) (dupla punhal)
Nicotinamida previne patologia e declínio cognitivo em camundongos Alzheimer: evidência de melhora na bioenergética neuronal e processamento da autofagia
A interação citosólica da CD38 humana tipo III com CIB1 modula os níveis celulares de ADP-ribose cíclico
Desvio farmacológico da via de recuperação de NAD(+) protege neurônios da degeneração induzida por quimioterapia
SIRT3 medeia adaptações sinápticas hipocampais ao jejum intermitente e melhora déficits em camundongos mutantes APP
Prevenção, intervenção e cuidado da demência
PGC-1alfa, sirtuínas e PARPs na doença de Huntington e outras condições neurodegenerativas: NAD+ para governar a todos
Camundongos knockout para CD38 mostram proteção significativa contra dano cerebral isquêmico apesar de alto nível de poli-ADP-ribosilação
Mitofagia e neuroproteção
A via da quinurenina e doença neurodegenerativa
A via da quinase CAMKK2-AMPK medeia os efeitos sináptotóxicos dos oligômeros de Abeta através da fosforilação de Tau
Papel duplo da USP30 no controle da pexofagia basal e da mitofagia
3-Hidroxibutirato regula o metabolismo energético e induz a expressão de BDNF em neurônios corticais cerebrais
BDNF medeia respostas adaptativas do cérebro e do corpo a desafios energéticos
A suplementação crônica com ribosídeo de nicotinamida é bem tolerada e eleva NAD(+) em adultos saudáveis de meia-idade e idosos
Marcos do envelhecimento cerebral: modificação adaptativa e patológica por estados metabólicos
Mitocôndrias na neuroplasticidade e distúrbios neurológicos
Alternância metabólica intermitente, neuroplasticidade e saúde cerebral
Expressão, localização e caracterização bioquímica da nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferase 2
Manutenção da estabilidade genômica no sistema nervoso
Aspectos moleculares do declínio cognitivo relacionado à idade: o papel da sinalização GABA
A mitofagia basal ocorre independentemente de PINK1 em tecidos de camundongos com alta demanda metabólica
Autofagia comprometida e doenças neurodegenerativas
A síntese de novo de NAD(+) por macrófagos determina a função imunológica no envelhecimento e na inflamação
Localização neuronal do antígeno CD38 no cérebro humano
A neurogênese hipocampal adulta é abundante em indivíduos neurologicamente saudáveis e cai drasticamente em pacientes com doença de Alzheimer
O complemento na patogênese da doença de Alzheimer
A via NAD(+)/sirtuína modula a longevidade através da ativação da UPR mitocondrial e da sinalização FOXO
A fosforilação mediada pela quinase c-Jun N-terminal (JNK) do SARM1 regula a atividade de clivagem de NAD(+) para inibir a respiração mitocondrial
O metabolismo de NAD(+) governa o secretoma pró-inflamatório associado à senescência
Vias e compartimentalização subcelular da biossíntese de NAD em células humanas: da entrada de precursores extracelulares à geração de NAD mitocondrial
O papel da autofagia na doença neurodegenerativa
Coordenação da mitofagia e biogênese mitocondrial durante o envelhecimento em C. elegans
Mecanismos da mitofagia na homeostase, fisiologia e patologia celular
A deficiência do complexo I mesencefálico não se correlaciona com parkinsonismo em distúrbios de manutenção do DNA mitocondrial
A inibição de HDACs e sirtuínas específicas suprime a patogênese em um modelo de Drosophila da doença de Huntington
A deleção de SARM1 restringe a DHGNA induzida por dieta rica em gordura (HFD) através da redução da inflamação, estresse oxidativo e acúmulo de lipídios
Efeitos de um éster cetônico dietético sobre intermediários glicolíticos e do ciclo do ácido tricarboxílico hipocampais e aminoácidos em um modelo de camundongo 3xTgAD da doença de Alzheimer
Estabilidade proteica e resistência ao estresse oxidativo são determinantes da longevidade no roedor mais longevo, o rato-toupeira-pelado
A farmacocinética da nicotinamida em humanos e roedores
Ensaio clínico de fase II da nicotinamida para o tratamento da doença de Alzheimer leve a moderada
Inibição da nicotinamida fosforribosiltransferase: bioenergética celular revela um pool de NAD insensível mitocondrial
Doença de Parkinson
Complexidade beta-amiloide e tau - rumo a biomarcadores e terapias direcionadas melhorados
Nenhuma evidência de melhora cognitiva a partir do dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NADH) oral na demência
O NRK1 controla o metabolismo do mononucleotídeo de nicotinamida e da ribosídeo de nicotinamida em células de mamíferos
A inibição do mTOR induz autofagia e reduz a toxicidade de expansões de poliglutamina em modelos de mosca e camundongo da doença de Huntington
Os papéis multifacetados da PARP1 no reparo do DNA e na remodelação da cromatina
Inibição de PARP: PARP1 e além
As ligações mecanicistas entre a atividade do proteassoma, envelhecimento e doenças relacionadas à idade
O mecanismo de reação para CD38. Um único intermediário é responsável pelas química de ciclização, hidrólise e troca de bases
Uma dieta rica em gordura e NAD(+) ativam Sirt1 para resgatar o envelhecimento prematuro na síndrome de Cockayne
O precursor de NAD+ ribosídeo de nicotinamida resgata defeitos mitocondriais e perda neuronal em modelos de iPSC e mosca da doença de Parkinson
Atividade reduzida da sirtuína desacetilase em neurônios dopaminérgicos derivados de iPSC com LRRK2 G2019S
Manipulação das quinureninas cerebrais: alvos gliais, efeitos neuronais e oportunidades clínicas
Camundongos deficientes em C3 do complemento não apresentam declínio hipocampal relacionado à idade
Análise multicêntrica de mutações da glicocerebrosidase na doença de Parkinson
NAD+ diminuído em neurônios dopaminérgicos
Parkin e PINK1 atenuam a inflamação induzida por STING
Efeito antitumoral da inibição combinada de NAMPT e CD73 em um modelo de câncer de ovário
Melhorar a proteostase mitocondrial reduz a proteotoxicidade da beta-amiloide
Células estreladas pancreáticas sustentam o metabolismo tumoral através da secreção autofágica de alanina
Alfa-sinucleína nos corpos de Lewy
Ablação específica de Nampt em células-tronco neurais adultas recapitula seus defeitos funcionais durante o envelhecimento
A expressão de Nampt em neurônios excitatórios hipocampais e corticais é crítica para a função cognitiva
A via das quinureninas como alvo terapêutico em distúrbios cognitivos e neurodegenerativos
Peroxissomos recém-nascidos são um híbrido de pré-peroxissomos derivados de mitocôndrias e do retículo endoplasmático
As atividades das sirtuínas poderiam modificar o início e a progressão da ELA?
D-beta-hidroxibutirato resgata a respiração mitocondrial e mitiga características da doença de Parkinson
Mudanças no comprimento dos telômeros com o envelhecimento em neurônios e células gliais humanas reveladas por análise de hibridização in situ por fluorescência quantitativa
Nicotinamida ribosídeo é única e oralmente biodisponível em camundongos e humanos
Nicotinamida ribosídeo combate o diabetes tipo 2 e a neuropatia em camundongos
Abeta inibe o proteassomo e aumenta o acúmulo de amiloide e tau
Múltiplos tipos de canais de cálcio neuronais e sua modulação seletiva
NADH se liga e estabiliza os proteassomos 26S independentemente de ATP
Doença de Parkinson precoce hereditária causada por mutações em PINK1
Desregulação tecidual específica de HDACs selecionadas caracteriza a progressão da ELA em modelos murinos: caracterização farmacológica das vias SIRT1 e SIRT2
O potenciador de NAD nicotinamida ribosídeo estimula potentemente a hematopoiese através do aumento da eliminação mitocondrial
Quinureninas no SNC: avanços recentes e novas questões
NAD(+) no envelhecimento, metabolismo e neurodegeneração
Autofagia perturbada e reparo do DNA convergem para promover neurodegeneração na esclerose lateral amiotrófica e demência
Mitocôndrias e câncer
Remodelação e agregação generalizada do proteoma em C. elegans envelhecido
A ligação do poli(ADP-ribose) (PAR) ao fator indutor de apoptose é crítica para a morte celular dependente de PAR polimerase-1 (partanato)
Uma nuclease que medeia a morte celular induzida por danos ao DNA e poli(ADP-ribose) polimerase-1
Disfunção mitocondrial induz senescência com um fenótipo secretor distinto
Vitamina B3 modula a vulnerabilidade mitocondrial e previne glaucoma em camundongos idosos
SIRT2 controla a via das pentoses fosfato
Níveis de NAD+ mitocondrial sensíveis a nutrientes determinam a sobrevivência celular
A deleção de PINK1 mediada por CRISPR/Cas9 leva à neurodegeneração em macacos rhesus
NAD+/NADH e NADP+/NADPH nas funções celulares e morte celular: regulação e consequências biológicas
eNAMPT contido em vesículas extracelulares retarda o envelhecimento e prolonga a vida útil em camundongos
Nicotinamida mononucleotídeo, um intermediário chave do NAD(+), trata a fisiopatologia do diabetes induzido por dieta e idade em camundongos
Intermediários do NAD(+): a biologia e o potencial terapêutico do NMN e NR
Mediação da morte celular dependente da poli(ADP-ribose) polimerase-1 pelo fator indutor de apoptose
Papel neuroprotetor do PBEF em um modelo de isquemia cerebral em camundongos
A reposição de NAD(+) melhora a função mitocondrial e de células-tronco e aumenta a vida útil em camundongos
A terapia senolítica alivia a senescência de células progenitoras de oligodendrócitos associada à Abeta e déficits cognitivos em um modelo de doença de Alzheimer
Ensaio de NAD in vivo revela os conteúdos intracelulares de NAD e estado redox no cérebro humano saudável e suas dependências da idade
A inibição da quinurenina 3-monooxigenase no sangue melhora a neurodegeneração
Produção e catabolismo do dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NAD+) em células de mamíferos
(A) O NAD+ é produzido por três vias principais em mamíferos. A primeira é a biossíntese de novo a partir do triptofano (Trp), também chamada de via da quinurenina. O Trp entra na célula através dos transportadores SLC7A5 e SLC36A4. Dentro da célula, o Trp é convertido em formilquinurenina (FK), que é posteriormente convertida em quinurenina. A quinurenina pode ser convertida em ácido quinurênico (através das quinurenina aminotransferases/KATs) e, finalmente, em ácido quinaldico. Além disso, a quinurenina pode ser convertida em 3-hidroxiquinurenina (3-HK) pela quinurenina 3-monooxigenase (KMO), e posteriormente em ácido 3-hidroxiantranílico (3-HAA) pela triptofano 2,3-dioxigenase (KYNU). A próxima etapa é realizada pela 3-hidroxiantranilato oxigenase (3HAO) para produzir α-amino-β-carboximuconato-ϵ-semialdeído (ACMS). Através de uma reação espontânea, o ACMS se converte em ácido quinolínico, que posteriormente se formula em NAMN pela quinolato fosforribosiltransferase (QPRT), e em dinucleotídeo de ácido nicotínico e adenina (NAAD), e finalmente em NAD+. 3-HK, 3-HAA e ácido quinolínico são neurotóxicos (indicados com asterisco vermelho), enquanto o ácido quinurênico e o ácido picolínico são neuroprotetores (marcados com asterisco verde). A segunda via é a via de Preiss-Handler, durante a qual o ácido nicotínico (NA) é usado como precursor do NAD+. O NA entra na célula através dos transportadores SLC5A8 ou SLC22A3. A via de Preiss-Handler é iniciada pela conversão de NA em NAMN pela NA fosforribosiltransferase (NAPRT). O NAMN, um intermediário tanto na via da quinurenina quanto na via de Preiss-Handler, é convertido para formar NAAD pelas NAM mononucleotídeo transferases (NMNATs). Por fim, o NAAD é convertido em NAD+ pela NAD+ sintase (NADS). A terceira via é a via de recuperação, na qual as células geram NAD+ a partir da nicotinamida ribosídeo (NR) e reciclam a nicotinamida (NAM) de volta para NAD+ através da nicotinamida mononucleotídeo (NMN). Extracelularmente, o NAD+ ou a NAM podem ser convertidos em NMN, que por sua vez é desfosforilada em NR, possivelmente pela CD73. A NR é transportada para dentro da célula através de um transporte de nucleosídeo desconhecido. Intracelularmente, a NR forma NMN através da NRK1 ou NRK2 de maneira tecido-específica. A NMN é então convertida em NAD+ pelas NMNATs. A enzima NAM N-metiltransferase (NNMT) metila a NAM, usando S-adenosil metionina (SAM) como doador de metila. Isso remove a NAM da reciclagem e afeta indiretamente os níveis de NAD+.
(B) As quatro principais enzimas consumidoras de NAD+. Da esquerda: poli(ADP-ribose) polimerases (PARPs), especialmente PARP1 e PARP2, usam NAD+ como co-substrato para PARilar proteínas-alvo, gerando NAM como subproduto. A atividade de desacetilação da sirtuína (SIRT)1, SIRT3 e SIRT6 depende de NAD+, gerando NAM como subproduto, com NAM em níveis celulares elevados inibindo a atividade das SIRTs. As NADases ou sintases de ADP-ribose cíclico (cADPRSs) CD38 e CD157 hidrolisam NAD+ a NAM, gerando ADPR e cADPR; além disso, a CD38 pode degradar NMN a NAM, removendo o NMN da síntese de NAD+. A proteína 1 contendo motivos alfa estéreis e TIR (SARM1) foi recentemente identificada como uma NADase, que cliva NAD+ em NAM, cADPR e ADPR.
(C) As estruturas químicas do NAD+ e dos precursores de NAD+. Da esquerda: ácido nicotínico (NA), nicotinamida (NAM), ribosídeo de nicotinamida (NR), mononucleotídeo de nicotinamida (NMN) e forma oxidada de dinucleotídeo de adenina nicotinamida (NAD+).
Observe que CD38, CD73 e CD157 são proteínas de membrana. Para simplificar, não as anexamos à membrana neste modelo esquemático.
Homeostase Subcelular de NAD+
O equilíbrio do NAD+ é uma balança entre síntese, consumo e reciclagem em vários compartimentos subcelulares, incluindo o citosol e o Golgi, o núcleo e as mitocôndrias. A expressão de enzimas consumidoras de NAD+ específicas de cada compartimento subcelular, juntamente com os transportadores subcelulares e as reações redox do NAD+, afeta esse equilíbrio. Após a entrada na célula, os precursores do NAD+ são metabolizados em NAD+ por meio de três vias principais (Figura 1). No citosol, a nicotinamida (NAM) é convertida em mononucleotídeo de nicotinamida (NMN) pela forma intracelular da fosforribosiltransferase de nicotinamida (iNAMPT). O NMN é então convertido em NAD+ pela NMN transferase 2 (NMNAT2), associada à membrana externa do Golgi no citosol. O NAD+/NADH é utilizado durante a glicólise, e o NADH também é usado pelas lançadeiras malato-aspartato e gliceraldeído-3-fosfato, localizadas na membrana mitocondrial interna. Na matriz mitocondrial, a lançadeira malato-aspartato oxida NAD+ a NADH, enquanto a lançadeira gliceraldeído-3-fosfato converte flavina adenina dinucleotídeo (FADH) em FADH2, fornecendo doadores de elétrons para a Cadeia de Transporte de Elétrons (CTE). Na mitocôndria, o NMN é convertido em NAD+ pela NMNAT3. O NAD+ é utilizado pelo ciclo do TCA na mitocôndria para gerar ATP e, adicionalmente, é usado pelas sirtuínas mitocondriais 3–5 (SIRT3–5) dependentes de NAD+, gerando NAM. Ainda não se sabe se a NAM pode ser convertida de volta em NMN dentro da mitocôndria ou se é transportada/difundida para fora da mitocôndria para o citosol antes da conversão. Além disso, estudos indicaram a existência de transportadores de NAD+, NADH e NMN na membrana mitocondrial, mas nenhum transportador específico foi identificado até o momento. Um transportador de NAD+ foi encontrado nos peroxissomos, o SLC25A17, onde o NAD+ provavelmente participa da β-oxidação. Dentro do núcleo, o NMN é convertido em NAD+ pela NMNAT1, e o NAD+ é aqui consumido predominantemente pela SIRT1, 6, 7 e pela poli(ADP-ribose) polimerase 1–3 (PARP1–3). Assim como no citosol, a NAM é reciclada de volta para NMN pela iNAMPT.
Relações entre o NAD+ e os Dez Marcadores do Envelhecimento Cerebral
Os 10 marcadores do envelhecimento cerebral incluem disfunção mitocondrial; acúmulo de danos oxidativos; eliminação de resíduos prejudicada, incluindo autofagia, mitofagia e proteostase; desregulação do Ca2+; respostas adaptativas ao estresse comprometidas; rede neuronal disfuncional; reparo de DNA prejudicado; inflamação; neurogênese prejudicada; e senescência e encurtamento dos telômeros. Evidências de estudos com cultura de células, C. elegans e camundongos mostram que o aumento de NAD+ neutraliza as adversidades dos marcadores do envelhecimento cerebral. Consulte o texto para obter detalhes. iPSCs, células-tronco pluripotentes induzidas; NAD+, nicotinamida adenina dinucleotídeo; UPRmt, resposta a proteínas mal enoveladas mitocondriais.
A Depleção de NAD+ e a Mitofagia Prejudicada São Eventos Centrais em Doenças Neurodegenerativas Comuns
Com base nas evidências resumidas na presente revisão, propomos uma hipótese que pode explicar, em parte, por que a idade é o principal fator das doenças neurodegenerativas comuns. Em uma idade mais jovem, o NAD+ celular suficiente mantém a qualidade mitocondrial para sustentar a função neuronal normal por meio das regulações dependentes de NAD+ da autofagia/mitofagia, UPRmt, degradação proteassômica e biogênese mitocondrial. À medida que envelhecemos, o aumento do consumo de NAD+ leva à depleção de NAD+, resultando em homeostase mitocondrial e função neuronal prejudicadas. Dependendo da patogênese relacionada à doença no paciente, a depleção de NAD+ dependente da idade e a mitofagia prejudicada podem exacerbar a progressão da doença. Essa hipótese explica por que a idade torna as pessoas suscetíveis a doenças neurodegenerativas, mas não é suficiente. Centro: a mitocôndria no centro exibe as várias deficiências mitocondriais observadas nas quatro doenças neurodegenerativas DA, DP, DH e ELA. Estas incluem o comprometimento do Complexo I (CI) na ETC usando NADH como doador de elétrons, criando NAD+. Os comprometimentos tanto do CI quanto da produção de ATP criam espécies reativas de oxigênio (ERO), que aumentam o nível de estresse oxidativo, provavelmente afetando tanto a própria ETC quanto o ciclo do TCA, e aumentando a quantidade de dano oxidativo. Isso pode novamente afetar o fluxo de Ca2+ e o potencial de membrana, resultando em mitocôndrias disfuncionais. Além disso, a autofagia e/ou mitofagia comprometida tem sido associada a várias doenças neurodegenerativas, resultando no acúmulo de mitocôndrias disfuncionais. Os quatro painéis ao redor da mitocôndria ilustram as explicações sugeridas para a depleção de NAD+ e os efeitos a jusante da depleção de NAD+ na DA, DP, DH e ELA. Veja o texto para explicações detalhadas e referências. Quinurenina P, via da quinurenina.
Um Resumo das Evidências Laboratoriais de Ligações entre a Depleção/Suplementação de NAD+ e Distúrbios Neurológicos
Condition Precursor de NAD+ Efeitos da Suplementação em Modelos de Doenças Demonstrado em Referências Envelhecimento Cerebral NR ↑ UPRmt e prohibitinas → ↑ proliferação de células-tronco neurais (NSCs) e células-tronco musculares → ↑ neurogênese → ↑ longevidade Camundongos C57BL/6J de 22 a 24 meses (400 mg/kg/dia por 6 semanas) NMN ↑ NAD+ → ↑ SIRT1/SIRT2 → ↑ NSCs/células progenitoras provavelmente via ↑ neurogênese Camundongos C57BL/6 de 18 meses (300 mg/kg/dia por 12 meses), neurosferas (100 μM) DA NAM ↑ Expressão de SIRT1, níveis antioxidantes e depuração autofágica-lisossomal → ↑ resistência ao estresse oxidativo → ↑ função/integridade mitocondrial → ↓ Aβ e p-Tau → ↑ plasticidade neuronal/função cognitiva Neurônios corticais cultivados 3xTgAD (40 mg/kg/dia por 8 meses) ↑ p25/Cdk5 → ↓ p-Tau231 via degradação de p-Tau231 3xTgAD (200 mg/kg/dia por 4 meses) ↑ acet. A-Tubulina, talvez via inibição de SIRT2 → ↑ estabilidade dos microtúbulos NR ↑ NAD+ → ↑ SIRT3, SIRT6 e ↓ PARP1 + PAR devido a ↓ dano ao DNA (γH2AX) → ↓ p-Tau, sem efeito sobre Aβ → ↑ neurogênese, ↑ LTP e função cognitiva, ↓ neuroinflamação (NLRP3, Caspase 3) 3xTgAD e 3xTgAD/Polβ+/− (12 mM por 6 meses) ↑ NAD+ → ↑ PGC-1α (provavelmente via SIRT1) → ↑ degradação de BACE1 → ↓ Aβ → ↑ cognição Tg2576 (250 mg/kg/dia por 3 meses), fatias hipocampais de Tg2576 (10 μM) ↑ mitofagia e ↑ UPRmt → ↑ função mitocondrial → ↓ agregação de Aβ → ↑ condicionamento, memória e longevidade Modelo Aβ de C. elegans, camundongos 3xTgAD, camundongos APP/PS1, células APP-SH-SY5Y (1 ou 3 mM para vermes e células, 400 mg/kg/dia por 10 semanas) NMN ↑ mitofagia → ↑ integridade mitocondrial → ↑ função microglial incl. fagocitose → ↑ função neuronal APP/PS1, 3xTgAD, modelos Aβ1–42 e Tau de C. elegans (5 mM) CD38 KD ↑ NAD+ → ↓ Aβ → ↑ cognição Camundongos APP/PS1 DP NAM ↑ função mitocondrial, ↓ estresse oxidativo → ↓ dano ao DNA e oxidação de proteínas → ↑ função motora (Drosophila) Modelo celular induzido por MPP+ (101 mg/L), modelo de Drosophila transgênica para α-sin (15 ou 30 mg/100 g de dieta). ↑ NAD+ → ↑ função mitocondrial → ↑ neuroproteção → ↓ perda de neurônios dopaminérgicos Mutantes parkin ou pinkl de Drosophila (5 mM) NAD+ ↑ NAD+ → ↑ sensibilidade ao MeHg → ↓ dano neuronal induzido por MeHg → ↑ morfologia e comportamento de neurônios DAérgicos C. elegans tratado com MeHg (1 mM) ELA NR ou NMN em astrócitos: ↑ NAD+ → ↑ NADPH /↑ SIRT1, 3 e/ou 6 → ↓ acet.
de IDH2 / ativação de Nrf2 → ↑ resistência ao estresse oxidativo → ↑ função mitocondrial → ↓ toxicidade para neurônios cocultivados astrócitos primários de camundongos mutantes SOD1, astrócitos isolados post-mortem da medula espinhal de pacientes com ELA (5 mM) HD NAM NAM foi usado como inibidor de HDAC → ↑ acet. de mHtt → ↑ depuração autofágica de mHtt → reverteu efeitos tóxicos de mHtt Modelo de HD em C. elegans (5 mM) NAM foi usado como inibidor de HDAC/SIRT2 (Sir2) → inibição de Rpd3 e Sir2 → ↑ neuroproteção Drosophila transgênica para Htt (2 a 20 mM) ↑ PGC-1α e ↑ BDNF → sem efeito no fenótipo de agregação, ↑ das funções motoras Camundongos B6.HD6/1 (250 mg/kg por 12 semanas) NR ↑ NAD+ → ↑ ativ. de SIRT1/PGC-1α e SIRT3 → ↑ metabolismo oxidativo → ↑ neuroproteção → ↓ disfunção motora relacionada à HD e vias relacionadas Células STHdhQ111, modelos de camundongos R6/2 e BACHD (dados não publicados) Dados não publicados;
3xTgAD, modelo de camundongo transgênico triplo para a doença de Alzheimer; 3xTgAD/Polβ+/−, 3xTgAD heterozigoto para a DNA polimerase beta; Aβ, beta-amiloide; acet, acetilado; act, atividade; AD, doença de Alzheimer; ALS, esclerose lateral amiotrófica; APP/PS1, camundongos contendo transgenes humanos para APP com a mutação sueca e PSEN1 com uma mutação L166P; BACE1, beta-secretase; BDNF, fator neurotrófico derivado do cérebro; Cdk5, quinase 5 dependente de ciclina; Daergic, dopaminérgico; HD, doença de Huntington; HDAC, histona desacetilase; IDH2, isocitrato desidrogenase 2; LTP, potenciação de longa duração; MeHg, metilmercúrio; mHtt, huntingtina mutante; NAD+, dinucleotídeo de nicotinamida e adenina; NADPH, fosfato de NAD; NAM, nicotinamida; NLRP3, domínio pirina da família NLR contendo 3; NMN, mononucleotídeo de nicotinamida; NR, ribosídeo de nicotinamida; Nrf2, fator nuclear eritroide 2 relacionado ao fator 2; NSCs, células progenitoras neurais; PAR, poli(ADP) ribosilação; PARP1, PAR polimerase 1; PD, doença de Parkinson; PGC-1α, coativador 1-alfa do receptor gama ativado por proliferador de peroxissoma; p-Tau, Tau fosforilada; Rpd3, histona desacetilase Rpd3; SIRT, Sirtuína; UPRmt, resposta a proteínas desenoveladas mitocondriais; Tg2576, camundongos que expressam o gene humano da APP (proteína precursora amiloide) carregando a mutação sueca.
Um Resumo de Ensaios Clínicos com Precursores de NAD+: Foco na Função Cognitiva e Doenças Neurodegenerativas
Doença Precursor de NAD+ Dose e Duração do Tratamento Desfechos Principais Status e Resultados Referências/NCT DA e CCL NAM 1.500 mg duas vezes ao dia, por via oral por 48 semanas efeito sobre P-tau231 e tau total no LCR recrutando, sem resultados 1.500 mg duas vezes ao dia por 6 meses Escala de Avaliação da Doença de Alzheimer - Subescala Cognitiva (função cognitiva) concluído, nenhum efeito relatado ; NR escalonamento de dose, 250–1.000 mg por 10 semanas mudança em avaliações cognitivas, fluxo sanguíneo cerebral, níveis de NAD no plasma e desempenho físico em pacientes com CCL recrutando, sem resultados 500 mg duas vezes ao dia por 12 semanas memória, fluxo sanguíneo cerebral e função cognitiva recrutando, sem resultados NADH 10 mg/dia por 8–12 semanas (i.v.) escore cognitivo (MEEM) concluído, nenhum efeito no escore cognitivo escore cognitivo (MEEM) concluído, melhora no escore cognitivo DP NR 1.000 mg/dia por 52 semanas MDS-UPDRS, níveis de metabólitos de NAD no sangue ainda não recrutando, sem resultados 500 mg/dia por 30 dias mudanças no padrão relacionado à DP, perfil neurometabólico e função motora recrutando, sem resultados NA ou NAM 100 mg duas vezes ao dia por 18 meses mudanças na escala unificada de avaliação da DP, função cognitiva (MEEM), sono, mudanças na niacina e marcadores inflamatórios no LCR ainda não recrutando, sem resultados NADH 25–50 mg/dia, i.v. ou i.m. mudanças em incapacidades relacionadas à DP, incluindo movimentos concluído, benefícios em incapacidades relacionadas à DP, como movimento 25 mg/dia/4 dias i.v., após 2–4 semanas 25 mg/dia/4 dias i.m. mudanças na escala unificada de avaliação da DP, incluindo incapacidades e movimentos concluído, nenhum efeito do tratamento ELA EH301 não publicado Escala de Avaliação Funcional da ELA revisada, índice de escala de graduação muscular do MRC, CVF, atividade muscular, pesos de gordura e músculo concluído, melhorias de pelo menos 1 em 3 medidas clínicas em todos os pacientes em comparação com o placebo ; A-T NR 25 mg/kg/dia por 4 meses ataxia, disartria, qualidade de vida, parâmetros laboratoriais, inteligibilidade e estado de fadiga inscrição por convite, sem resultados AF NAM 4 g/dia ou maior dose tolerada (mín. 2 g/dia) por 1 ano ataxia, qualidade de vida, progressão da gravidade cerebelar e questões de segurança ainda não recrutando, sem resultados escalonamento de dose, 2–8 g por 9–12 meses nível de frataxina, ataxia e outras características clínicas; identificação de novos biomarcadores; e determinar segurança e tolerabilidade desconhecido, sem resultados Desnervação axonal em indivíduos saudáveis NR 900 mg duas vezes ao dia por 3 meses, por via oral desnervação da pele e reinervação da pele após desnervação experimental com capsaicina ainda não recrutando, sem resultados Função cognitiva, humor e sono em idosos saudáveis NR 300 mg/dia ou 1.000 mg/dia por 8 semanas diferenças entre tratamento com dose baixa e placebo/basal na função executiva (testes de sinais vitais do SNC) ativo, sem resultados
AD, doença de Alzheimer; ALS, esclerose lateral amiotrófica; ALS-FRSr, escala funcional de avaliação da ELA; A-T, ataxia telangiectasia; CNS, sistema nervoso central; CSF, líquido cefalorraquidiano; EH301, fármaco composto pela combinação de cloreto de 1-(b-D-Ribofuranosil) nicotinamida e 3,5-dimetoxi-40-hidroxi-transestilbeno; F-A, ataxia de Friedreich; FVC, capacidade respiratória funcional; i.m., intramuscular; i.v., intravenoso; MCI, comprometimento cognitivo leve; MMSE, miniexame do estado mental; MDS-UPDRS, Escala Unificada de Avaliação da Doença de Parkinson da Sociedade de Distúrbios do Movimento; MRC, Conselho de Pesquisa Médica; NAM, nicotinamida; NMN, mononucleotídeo de nicotinamida; NR, ribosídeo de nicotinamida; PD, doença de Parkinson; P-Tau, Tau fosforilada.