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pmid: "33353981"
title: "NAD"
authors: "Covarrubias AJ, Perrone R, Grozio A, Verdin E"
journal: "Nature reviews. Molecular cell biology"
pubdate: "2021 Feb"
doi: "10.1038/s41580-020-00313-x"
source: "PMC Full Text"

NAD

Autores

Covarrubias AJ, Perrone R, Grozio A, Verdin E

Periodico

Nature reviews. Molecular cell biology (2021 Feb)

Conteudo

Metabolismo do NAD+ e seus papéis nos processos celulares durante o envelhecimento
A nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) é uma coenzima para reações redox, tornando-a central para o metabolismo energético. O NAD+ também é um cofator essencial para enzimas não-redox dependentes de NAD+, incluindo sirtuínas, CD38 e poli(ADP-ribose) polimerases. O NAD+ pode influenciar direta e indiretamente muitas funções celulares-chave, incluindo vias metabólicas, reparo do DNA, remodelação da cromatina, senescência celular e função das células imunológicas. Esses processos e funções celulares são críticos para manter a homeostase tecidual e metabólica e para o envelhecimento saudável. Notavelmente, o envelhecimento é acompanhado por um declínio gradual nos níveis de NAD+ tecidual e celular em múltiplos organismos modelo, incluindo roedores e humanos. Esse declínio nos níveis de NAD+ está causalmente ligado a inúmeras doenças associadas ao envelhecimento, incluindo declínio cognitivo, câncer, doença metabólica, sarcopenia e fragilidade. Muitas dessas doenças associadas ao envelhecimento podem ser retardadas e até mesmo revertidas pela restauração dos níveis de NAD+. Portanto, direcionar o metabolismo do NAD+ surgiu como uma abordagem terapêutica potencial para melhorar doenças relacionadas ao envelhecimento e prolongar a expectativa de vida saudável e a longevidade humana. No entanto, muito ainda precisa ser aprendido sobre como o NAD+ influencia a saúde humana e a biologia do envelhecimento. Isso inclui uma compreensão mais profunda dos mecanismos moleculares que regulam os níveis de NAD+, como restaurar efetivamente os níveis de NAD+ durante o envelhecimento, se isso é seguro e se a reposição de NAD+ terá efeitos benéficos em humanos em processo de envelhecimento.
A nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) é uma coenzima importante para reações redox, tornando-a central para o metabolismo energético. O NAD+ também é um cofator essencial para enzimas não-redox dependentes de NAD+, incluindo sirtuínas e poli(ADP-ribose) polimerases (PARPs).
O NAD+ foi identificado pela primeira vez por seu papel na regulação das taxas metabólicas em extratos de levedura e, posteriormente, como o principal aceptor de hidreto em reações redox. Essa capacidade do NAD+ de aceitar um íon hidreto, formando sua versão reduzida, NADH, é crítica para as reações metabólicas de todas as formas de vida e regula a atividade de desidrogenases envolvidas em múltiplas vias catabólicas, incluindo glicólise, glutaminólise e oxidação de ácidos graxos. Os elétrons aceitos nessas reações são então doados para a cadeia de transporte de elétrons para formar ATP em eucariotos. O NAD+ também pode ser fosforilado para formar NADP+, que também atua como aceptor de hidreto para formar NADPH e é usado na proteção contra estresse oxidativo e em vias anabólicas que requerem poder redutor, como a síntese de ácidos graxos.
Além do metabolismo energético, o NAD+ é utilizado como cofator ou substrato por centenas de enzimas e, portanto, possui múltiplos papéis na regulação de processos e funções celulares, muitos dos quais ainda estão sendo investigados. As ligações entre os níveis de NAD+ e a saúde foram estabelecidas há quase um século. Em 1937, Conrad Elvehjem descobriu que a doença pelagra (caracterizada por dermatite, diarreia e demência) é causada por uma deficiência dietética de niacina e resultava em níveis baixos de NAD+ e NADP+. Recentemente, níveis baixos de NAD+ foram associados a múltiplos estados patológicos, incluindo doenças metabólicas e neurodegenerativas, e sabe-se agora que níveis mais baixos de NAD+ se correlacionam com o envelhecimento em roedores e humanos. Como resultado, há um interesse renovado em entender como o metabolismo do NAD+ impacta a origem das doenças, particularmente as doenças relacionadas ao envelhecimento. Nesse sentido, restaurar os níveis de NAD+ com os precursores de NAD+ nicotinamida ribosídeo (NR) e nicotinamida mononucleotídeo (NMN) surgiu como uma importante abordagem terapêutica para tratar doenças relacionadas à idade e parece ter efeitos benéficos in vivo, pelo menos em modelos de roedores.

Nesta Revisão, focamos nos últimos 5 anos de trabalho na área do NAD+. Em particular, examinamos os mecanismos moleculares pelos quais os precursores de NAD+ e, em última análise, os níveis de NAD+ influenciam a fisiologia e a saúde durante o envelhecimento e estados patológicos. Esses mecanismos são provavelmente complexos e multifatoriais, e por isso os discutimos em várias seções. Primeiro, revisamos novas descobertas sobre como as principais vias biossintéticas e degradativas do NAD+ são moduladas durante o envelhecimento. Segundo, discutimos as possíveis consequências de níveis mais baixos de NAD+ em processos moleculares importantes para doenças relacionadas ao envelhecimento, incluindo reparo de DNA, regulação da epigenética e expressão gênica, regulação do metabolismo celular e equilíbrio redox. Terceiro, descrevemos os mecanismos dependentes de NAD+ no envelhecimento, incluindo distúrbios metabólicos, desregulação do sistema imunológico, senescência celular e neurodegeneração. Finalmente, revisamos os numerosos estudos pré-clínicos recentes de alta qualidade que investigaram métodos para restaurar os níveis de NAD+ para tratar doenças relacionadas ao envelhecimento. Estes incluem numerosos estudos usando precursores de NAD+ e fármacos de pequenas moléculas que promovem a biossíntese de NAD+. Concluímos discutindo essas diferentes estratégias e os resultados desses estudos para delinear as perspectivas de terapias baseadas na modulação dos níveis de NAD+ na promoção da saúde e longevidade humana.

Metabolismo celular do NAD+
O NAD+ é altamente compartimentalizado no citoplasma, mitocôndrias e núcleo, que representam seus principais pools subcelulares (Caixa Suplementar 1). Esses pools são regulados independentemente uns dos outros e, de forma consistente, as enzimas envolvidas na biossíntese ou degradação do NAD+ também são altamente compartimentalizadas. O NAD+ é um metabólito e coenzima crítico para múltiplas vias metabólicas e processos celulares. Primeiro, a redução do NAD+ é necessária para manter o balanço energético e o estado redox de uma célula. O NAD+ também é continuamente renovado por três classes de enzimas consumidoras de NAD+: as glicoidrolases de NAD+, também chamadas de NADases (CD38, CD157 e SARM1), a família de proteínas desacilases das sirtuínas e as PARPs, que possuem várias funções celulares importantes. Estas utilizam o NAD+ como substrato ou cofator e geram nicotinamida (NAM) como subproduto (FIG. 1). Portanto, o NAD+ medeia múltiplos processos biológicos importantes e está sempre em alta demanda (Caixas Suplementares 2 e 3). Para sustentar os níveis de NAD+, a NAM pode ser reciclada de volta ao NAD+ através da via de recuperação da NAM (para detalhes, veja a CAIXA 1). Além disso, algumas células, principalmente no fígado, podem sintetizar NAD+ de novo a partir de múltiplas fontes dietéticas. Assim, o NAD+ é constantemente sintetizado, catabolizado e reciclado na célula para manter níveis intracelulares estáveis de NAD+ (FIG. 1). No entanto, durante o envelhecimento, esse equilíbrio entre processos catabólicos e anabólicos pode mudar, e a degradação do NAD+ pode superar a capacidade das células de produzir NAD+ de novo ou sua capacidade de reciclar ou recuperar efetivamente a NAM. Além disso, o excesso de NAM pode ser catabolizado por vias metabólicas alternativas (para detalhes, veja a CAIXA 2), desviando-o efetivamente da via de recuperação da NAM e impactando ainda mais os níveis de NAD+. Além de seu papel comum como enzimas consumidoras de NAD+, as glicoidrolases de NAD+, sirtuínas e PARPs têm papéis distintos no envelhecimento e em doenças relacionadas à idade. Enquanto o aumento da ativação das sirtuínas surgiu como uma forma de aumentar a longevidade e a saúde, a ativação aberrante de PARPs e glicoidrolases de NAD+, como a CD38, pode exercer o efeito oposto e exacerbar fenótipos de envelhecimento (veja adiante).
Vias biossintéticas do NAD+
NAD+ pode ser sintetizado de novo a partir do L-triptofano por meio da via da quinurenina ou a partir de precursores vitamínicos, como o ácido nicotínico (NA), pela via de Preiss–Handler (FIG. 1a). Além do NAD+, a via da quinurenina também utiliza L-triptofano para produzir ácido quinurênico, serotonina e ácido picolínico, entre outras moléculas bioativas. Notavelmente, a contribuição relativa da via de síntese de novo para os níveis de NAD+ ainda não é bem compreendida. Fora do fígado, a maioria das células não expressa o conjunto completo de enzimas necessárias para converter triptofano em NAD+ pela via da quinurenina. A maior parte do triptofano é metabolizada em NAM no fígado, onde é liberado no soro, captado por células periféricas e convertido em NAD+ pela via de recuperação de NAM. Além disso, em algumas circunstâncias, células imunes, como macrófagos, também produzem NAD+ a partir do triptofano (discutido mais adiante). Assim, além do fígado, a via biossintética de novo parece ser um mecanismo mais indireto que contribui para os níveis sistêmicos de NAD+, sendo a maior parte do NAD+ proveniente da via de recuperação de NAM (CAIXA 1).
Rotas de consumo de NAD+
Consumo por sirtuínas.
Desde sua descoberta, as sirtuínas têm recebido muita atenção por regularem processos metabólicos-chave, respostas ao estresse e a biologia do envelhecimento. A família de sirtuínas de mamíferos é composta por sete genes e proteínas (SIRT1–SIRT7) com diferentes localizações subcelulares (núcleo para SIRT1 e SIRT6; nucléolo para SIRT7; mitocôndria para SIRT3, SIRT4 e SIRT5; e citosol para SIRT1, SIRT2 e SIRT5) (FIG. 1b), atividades enzimáticas e alvos downstream. A localização subcelular dessas enzimas dependentes de NAD+ enfatiza como flutuações locais dos pools intracelulares de NAD+, que são eles próprios regulados pelas sirtuínas, podem impactar seletivamente funções das sirtuínas específicas de organelas e o metabolismo celular.
As sirtuínas estão continuamente ativas em nossas células. SIRT1 e SIRT2 parecem ser responsáveis por cerca de um terço do consumo total de NAD+ em condições basais. Além disso, um aumento nos níveis de NAD+ está fortemente correlacionado com a ativação das sirtuínas durante o jejum e a restrição calórica. Vale também notar que a atividade das sirtuínas está acoplada ao relógio circadiano, no qual SIRT1 e SIRT6 regulam a atividade dos fatores de transcrição centrais do relógio e do transcriptoma circadiano downstream. Adicionalmente, SIRT1 e uma enzima-chave da via de recuperação de NAD+, a nicotinamida fosforibosiltransferase (NAMPT) (CAIXA 1), são atores-chave na regulação circadiana dos níveis de NAD+, e a NAMPT é regulada pelo relógio circadiano, o que fornece um loop de retroalimentação, resultando em oscilação circadiana dos níveis de NAD+.
Estudos iniciais em leveduras demonstraram papéis das sirtuínas no silenciamento gênico, o que em 2000 foi atribuído à sua atividade como desacetilases dependentes de NAD+. A atividade enzimática das sirtuínas foi inicialmente relatada como abrangendo principalmente a remoção de um grupo acetil de resíduos de lisina de proteínas-alvo em um processo de duas etapas: primeiro, o NAD+ é clivado em NAM e ADP-ribose; segundo, o grupo acetil na proteína-alvo é transferido para a ADP-ribose, permitindo a formação do intermediário peptidil-ADP-ribose. A acetil-ADP-ribose é subsequentemente liberada (FIG. 2a). Além disso, alguns membros da família das sirtuínas medeiam acilações não acetil de lisina (por exemplo, succinilação, malonilação e acilação de ácidos graxos), cujas funções celulares são até agora pouco compreendidas. SIRT4 e SIRT6 também funcionam como ADP-ribosiltransferases, indicando que as sirtuínas contribuem para a regulação celular também através de mecanismos além da modulação da acetilação de proteínas, que requerem investigação adicional.

Embora medir os níveis de NAD+ e a atividade das sirtuínas em compartimentos subcelulares tenha sido dificultado por desafios tecnológicos, devido a recentes avanços técnicos (Caixa Suplementar 4), agora temos alguns insights sobre os papéis celulares distintos dessas enzimas. Especificamente, evidências recentes mostraram que as SIRT1, SIRT6 e SIRT7 nucleares são reguladores críticos da reparação do DNA e da estabilidade genômica, e que as SIRT3, SIRT4 e SIRT5 mitocondriais e a SIRT1 nuclear regulam a homeostase e o metabolismo mitocondriais. Em aparente contraste com seu papel na promoção da biogênese mitocondrial através da desacetilação do coativador 1α do receptor ativado por proliferador de peroxissomo-γ, a SIRT1 também tem sido implicada na renovação de mitocôndrias defeituosas por mitofagia. No entanto, em ambos os casos, a SIRT1 parece ser um fator chave na manutenção da qualidade mitocondrial. No geral, as sirtuínas emergiram como atores-chave nos esforços para entender e caracterizar como os níveis de NAD+ afetam a homeostase celular em uma ampla variedade de processos celulares que impactam o envelhecimento (Caixa Suplementar 2), e aumentar sua atividade é um foco central das terapias destinadas a combater o envelhecimento.

Consumo por PARPs.
A família de proteínas PARP humanas é composta por 17 proteínas caracterizadas pela atividade de poli(ADP-ribosil) polimerase ou mono(ADP-ribosil) polimerase. Resumidamente, a clivagem mediada por PARP do NAD+ produz NAM e ADP-ribose como subprodutos, na qual a ADP-ribose é adicionada como polímeros simples ou covalentemente ligados à própria PARP e a outras proteínas aceitadoras, em um processo chamado 'poli(ADP-ribosil)ação' (PARilação) (FIG. 2b). Entre todos os PARPs, apenas PARP1, PARP2 e PARP3 se localizam no núcleo (FIG. 1b) em resposta a danos precoces no DNA e têm um papel chave na reparação de danos ao DNA (Caixa Suplementar 2).
PARP1 é o membro mais bem caracterizado do grupo, e sozinho é responsável por cerca de 90% da atividade total de PARP, pelo menos em resposta a danos no DNA. Após ativação, a PARP1 sofre PARilação, junto com histonas e outras proteínas que atuam como um arcabouço para recrutar e ativar outras enzimas e proteínas de reparo do DNA no local da lesão, a fim de iniciar o reparo do DNA. Devido à alta atividade da PARP1, o dano ao DNA está associado a um consumo massivo de NAD+. A PARP1, em seu papel como molécula sinalizadora responsiva ao NAD+, tem sido amplamente associada ao processo de envelhecimento. No entanto, a PARP1 é um dos principais consumidores de NAD+ não apenas em células com dano agudo ao DNA, mas também em condições normais e outras condições fisiopatológicas, apoiando um papel fundamental da PARP1 na regulação da homeostase do NAD+.

Por exemplo, em camundongos alimentados com dieta rica em gordura, aqueles tratados com inibidores de PARP ou que não possuíam PARP1 e PARP2 apresentaram níveis aumentados de NAD+, aumento da atividade de SIRT1 e melhora da função mitocondrial, e foram protegidos da resistência à insulina. A forte correlação entre ativação da PARP1, declínio nos níveis de NAD+ e inibição da atividade de SIRT1 é observada em pacientes com xeroderma pigmentoso grupo A, bem como em doenças progeroides, ataxia telangiectasia e síndrome de Cockayne. Notavelmente, o tratamento de camundongos com síndrome de Cockayne com inibidores de PARP1 ou suplementos de NAD+ promoveu extensão da vida útil e melhorou os fenótipos graves causados pela hiperativação da PARP1, fornecendo fortes evidências de que as consequências negativas a jusante da ativação da PARP1 são mediadas pela desregulação da homeostase do NAD+ em resposta a danos extensos ao DNA e estresse genotóxico.

Ressalta-se que a capacidade da PARP1 de antagonizar a atividade de SIRT1 se deve muito provavelmente ao fato de essas enzimas estarem localizadas no mesmo compartimento celular — neste caso, o núcleo — e competirem pelo mesmo pool de NAD+. No entanto, uma vez que a PARP1 apresenta menor Km e maior Vmax em relação ao NAD+ do que a SIRT1, a PARP1 provavelmente supera a SIRT1 na competição pelo NAD+ devido à sua maior afinidade de ligação e cinética mais rápida.
A PARP2 é estruturalmente relacionada à PARP1. Elas compartilham um domínio catalítico semelhante, necessário para diversos processos celulares, incluindo reparo de DNA e regulação transcricional, e são responsáveis por cerca de 10% da atividade da PARP. A atividade da PARP2 também pode influenciar a biodisponibilidade de NAD+. Assim como camundongos knockout para Parp1, camundongos knockout para Parp2 exibem atividade aumentada de SIRT1 e função metabólica melhorada, sendo protegidos contra obesidade induzida por dieta rica em gordura. A PARP3 também é importante no reparo de DNA, sugerindo uma grande sobreposição e potencial redundância entre PARP1, PARP2 e PARP3. As funções das outras PARPs (PARP4–PARP17) na homeostase de NAD+ e no metabolismo global em células ou órgãos ainda não foram totalmente determinadas, mas acredita-se que sejam menos importantes na modulação dos níveis intracelulares de NAD+. No geral, direcionar as PARPs, e em particular a PARP1, é uma estratégia terapêutica promissora na área do envelhecimento. No entanto, mais estudos são necessários para compreender plenamente a contribuição das PARPs para o declínio dos níveis de NAD+ relacionado à idade.
Consumo por CD38 e CD157.
CD38 e CD157 são ectoenzimas multifuncionais com atividades de glico-hidrolase e ADP-ribosil ciclase. A glico-hidrólise de NAD+ é a principal reação catalítica que cliva a ligação glicosídica dentro do NAD+ para gerar NAM e ADP-ribose, enquanto a atividade de ADP-ribosil ciclase gera ADP-ribose cíclico (FIG. 2c). A CD38 também realiza uma reação de troca de bases, substituindo a NAM de NAD(P)+ por NA em condições ácidas e gerando dinucleotídeo de adenina e ácido nicotínico (fosfato) (NAAD(P)) (FIG. 2c). Vale notar que ADP-ribose cíclico, NAAD(P) e ADP-ribose são todos segundos mensageiros chave na mobilização de Ca2+, ilustrando o papel central da CD38 na ativação da sinalização de Ca2+ e na modulação de processos celulares essenciais, como ativação de células imunológicas, sobrevivência e metabolismo. Importante, além de NAD+ e NADP+, o NMN está emergindo como um substrato alternativo da CD38 (REFS), enquanto a CD157 consome NR como substrato alternativo (FIG. 2c). Assim, direcionar CD38 e CD157 com inibidores de pequenas moléculas pode tornar esses metabólitos precursores de NAD+ comumente usados mais eficientes na restauração dos níveis de NAD+ em indivíduos idosos. Muito pouco se sabe sobre o propósito das funções enzimáticas da CD157 na biologia celular ou no envelhecimento. No entanto, evidências recentes mostram que, assim como a CD38, a CD157 é regulada positivamente em tecidos envelhecidos e pode ter um papel em doenças relacionadas ao envelhecimento, como artrite reumatoide e câncer.
Embora CD38 e CD157 sejam geneticamente homólogas e pertençam à mesma família enzimática, sua estrutura, localização e papel em doenças diferem. CD38 é uma proteína transmembrana com orientação tipo II e/ou tipo III identificada no final dos anos 1970 como um marcador de ativação de células T, mas agora sabe-se que é expressa de forma ubíqua, particularmente durante a inflamação. CD157 é uma proteína ancorada a glicofosfatidilinositol, que foi identificada pela primeira vez no compartimento mieloide do sistema hematopoiético. No entanto, CD157 também é expressa por outras células, incluindo progenitores de células B, células de Paneth e células endoteliais no intestino, pâncreas e rim.

Além de sua função enzimática, CD38 e CD157 atuam como receptores celulares. Por exemplo, CD38 é um receptor de adesão que interage com CD31 para mediar o tráfego de células imunes e a extravasamento através do endotélio. O eixo CD38–CD31 parece promover uma resposta proliferativa em linfócitos da leucemia linfocítica crônica, sugerindo um papel prejudicial de CD38 em cânceres do sangue (ver Caixa Suplementar 3). No entanto, muito pouco se sabe sobre as consequências funcionais da interação CD38–CD31. Além disso, acredita-se que CD38 medeie a imunidade por meio de funções antimicrobianas, dado que um fenótipo principal de camundongos knockout para Cd38 é sua incapacidade de montar respostas imunes contra bactérias. Ainda não se sabe se a função enzimática de CD38 é necessária para suas funções antibacterianas e até que ponto essas funções dependem de NAD+. No entanto, é plausível que o papel de CD38 na resistência antimicrobiana esteja relacionado ao sequestro de NAD+ ou metabólitos relacionados ao NAD+ de bactérias que necessitam de NAD+ para sobrevivência e crescimento.

O papel de CD157 como receptor ainda não foi totalmente explorado. Várias linhas de evidência sugerem que a ativação de CD157 por anticorpos monoclonais específicos promove o tráfego de neutrófilos e monócitos. Além disso, CD157 interage com integrinas para formar um receptor reconhecido pela proteína 1 responsiva ao scrapie (SCRG1), promovendo autorrenovação, migração e diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais humanas. No entanto, ainda não está claro se essas funções de receptor são relevantes para o metabolismo de NAD+.

Consumo por SARM1.
SARM1 foi recentemente atribuído à família das NAD+ glicoidrolases e ciclases, juntamente com CD38 e CD157. A atividade enzimática do SARM1 (FIG. 2c) depende do domínio Toll/receptor de interleucina (TIR), que anteriormente não se sabia possuir atividade catalítica, sendo geralmente envolvido em interações proteína–proteína. Se o SARM1 regula o NAD+ em condições fisiológicas e em que medida ainda é desconhecido. No entanto, a degradação do NAD+ mediada pelo SARM1 desempenha um papel fundamental na degeneração axonal após lesão axonal (ver a seção Neurodegeneração). O SARM1 é expresso principalmente em neurônios e promove a morfogênese neuronal e a inflamação; contudo, o SARM1 também é expresso por células imunes, como macrófagos e linfócitos T, e regula suas funções. O SARM1 foi originalmente descoberto como um regulador negativo da resposta imune inata por meio da interação direta com TRIF (proteína adaptadora contendo domínio TIR que induz interferon-β), a jusante da sinalização do receptor Toll-like. No entanto, o papel imunorregulador do SARM1 permanece em grande parte não caracterizado. Embora o SARM1 tenha sido originalmente relatado como necessário para a produção da quimiocina CCL5 em macrófagos, evidências recentes revelaram que o SARM1 não é expresso em macrófagos e que o fenótipo de quimiocina observado foi devido a um efeito de fundo da linhagem de camundongos knockout para Sarm1. Apesar de seu papel controverso em células imunes, o SARM1 desempenha um papel fundamental indiscutível na degeneração axonal e está emergindo como um alvo terapêutico para prevenir ou melhorar doenças neurodegenerativas e lesões cerebrais traumáticas (conforme discutido na seção Neurodegeneração).

Papéis celulares do NAD+
Além dos principais grupos de NAD+-
Além dos principais grupos de enzimas consumidoras de NAD+ discutidos até agora, o NAD+ é amplamente utilizado como cofator ou substrato para reações bioquímicas, com mais de 300 enzimas dependendo do NAD+ para sua atividade. Consequentemente, o NAD+ é um mediador de funções celulares essenciais e da adaptação às necessidades metabólicas. Alguns desses processos celulares críticos incluem vias metabólicas, homeostase redox, manutenção e reparo do DNA para salvaguardar a estabilidade genômica, regulação epigenética e remodelação da cromatina, e autofagia. Coletivamente, essas funções são importantes para manter a saúde e a homeostase sistêmicas. No entanto, durante o envelhecimento, os níveis decrescentes de NAD+ podem impactar esses processos e exacerbar doenças relacionadas ao envelhecimento (FIG. 3; Caixa Suplementar 2).
Mecanismos dependentes de NAD+ no envelhecimento
Durante o envelhecimento, os níveis de NAD+ diminuem e muitas enzimas associadas à degradação e biossíntese de NAD+ são alteradas. A relação entre NAD+ e os 10 marcadores do envelhecimento foi extensivamente revisada (ver também Tabela Suplementar 1). Além disso, essa diminuição nos níveis de NAD+ durante o envelhecimento tem sido associada ao desenvolvimento e progressão de doenças relacionadas ao envelhecimento, incluindo aterosclerose, artrite, hipertensão, declínio cognitivo, diabetes e câncer. Nesta seção, focamos nos principais processos celulares que influenciam ou são influenciados pelo envelhecimento, como disfunção metabólica, falha no reparo do DNA e instabilidade genômica, inflamaging, senescência celular e neurodegeneração, e discutimos sua regulação pelos níveis de NAD+. Todos esses processos e os distúrbios relacionados à idade associados a eles provavelmente se beneficiarão da reposição de NAD+. Restaurar os níveis de NAD+ com precursores dietéticos e direcionar enzimas de degradação de NAD+ com inibidores de pequenas moléculas surgiu como uma potencial estratégia terapêutica para restaurar os níveis de NAD+, oferecendo assim oportunidades para aliviar o declínio e as doenças relacionadas à idade (FIG. 4) (veja também a próxima seção).
Disfunção metabólica
A obesidade é uma epidemia crescente em todo o mundo. Indivíduos com obesidade têm maior probabilidade de desenvolver doença metabólica caracterizada por aumento da adiposidade, resistência à insulina, níveis elevados de glicose no sangue, pressão alta e dislipidemia. Como resultado, esses indivíduos apresentam maior risco de desenvolver diabetes tipo 2, doença cardiovascular, doença hepática gordurosa não alcoólica, aterosclerose, acidente vascular cerebral e câncer. Consequentemente, a obesidade acelera e agrava o envelhecimento, e tem sido associada a uma expectativa de vida reduzida. Nas últimas duas décadas, evidências crescentes se acumularam de que direcionar o metabolismo do NAD+ pode fornecer benefícios terapêuticos e ajudar a tratar doenças metabólicas e o envelhecimento.
O NAD+ foi descoberto pela primeira vez ao regular as taxas metabólicas de extratos de levedura, e, portanto, as ligações entre NAD+ e metabolismo são conhecidas há quase um século. Agora sabemos que o NAD+ está no centro do metabolismo e regula o fluxo metabólico de múltiplas vias metabólicas (para detalhes, veja BOX 1 e Supplementary Box 2). Consequentemente, a homeostase do NAD+ é necessária para o funcionamento adequado de vários tecidos metabólicos, incluindo gordura, músculo, intestinos, rins e fígado (revisado em). No entanto, outra descoberta fundamental foi feita mais recentemente em Saccharomyces cerevisiae, mostrando que a proteína da longevidade Sir2 (a sirtuína de levedura) exibia seus efeitos promotores de longevidade de uma maneira dependente de NAD+. Essa descoberta inovadora sugeriu que a atividade de Sir2 pode estar ligada ao estado metabólico. Em apoio a essa hipótese, agora foi demonstrado em sistemas de mamíferos que manipulações metabólicas que prolongam a vida, como exercício, restrição calórica, alimentação com restrição de tempo e uma dieta cetogênica, bem como ritmos circadianos saudáveis (incluindo padrões regulares de sono), funcionam em parte aumentando os níveis de NAD+, o que leva à ativação das sirtuínas.

Alterar ou interromper o estado metabólico, por exemplo, como consequência de uma dieta rica em gordura, perda de peso pós-parto e interrupção do ritmo circadiano, pode levar a níveis mais baixos de NAD+ e, consequentemente, à redução da atividade das sirtuínas, bem como de outros processos celulares dependentes de NAD+ (veja Supplementary Box 2 para detalhes). Por outro lado, o aumento dos níveis celulares de NAD+ foi recentemente demonstrado reduzir o estresse redutivo e direcionar a direcionalidade das reações metabólicas. Além disso, níveis mais elevados de NAD+ podem promover a atividade desacetilase e desacilase tanto da SIRT1 nuclear quanto da SIRT3 mitocondrial, que regulam a função mitocondrial e protegem contra doenças metabólicas induzidas por dieta rica em gordura.
Em conjunto, esses estudos fundamentais forneceram fortes evidências e a justificativa de que direcionar as vias de degradação de NAD+ ou aumentar os níveis de NAD+ pode influenciar processos metabólicos e ser protetor contra doenças metabólicas. Em apoio adicional a esse modelo, numerosos estudos mostraram agora que modelos de camundongos, incluindo camundongos knockout para Parp1 e knockout para Cd38, ou camundongos tratados com inibidores de PARP ou CD38, apresentam níveis suprafisiológicos de NAD+. Eles também são protegidos da obesidade, têm taxas metabólicas aumentadas e apresentam metabolismo da glicose (relativamente) normal durante dietas ricas em gordura e durante o envelhecimento. Além disso, camundongos recebendo dieta rica em gordura apresentam aumento da inflamação, o que reduz a expressão de NAMPT e diminui a atividade da via de salvamento de NAD+ (CAIXA 1), fornecendo uma possível explicação mecanística para o declínio dos níveis de NAD+ durante a obesidade. De acordo com esse mecanismo, camundongos com deleção específica de NAMPT em adipócitos têm níveis mais baixos de NAD+ em seus tecidos adiposos, maior resistência à insulina e maior disfunção metabólica, que pode ser revertida com suplementação de NMN. Além disso, vários estudos recentes mostraram que suplementos de NAD+ (NR e NMN), que podem restaurar os baixos níveis de NAD+ associados ao envelhecimento, também são protetores contra a obesidade em modelos roedores, sugerindo que esses suplementos poderiam ser explorados como terapêuticos para restaurar a saúde metabólica em pacientes humanos com obesidade. Vários ensaios clínicos recentes começaram a investigar a eficácia de precursores de NAD+ em pacientes humanos com obesidade para melhorar a saúde metabólica e o metabolismo da glicose. Até agora, a maioria desses estudos foi realizada em indivíduos saudáveis (ver TABELA 1) para testar as doses efetivas de NR e NMN que podem aumentar os níveis de NAD+ com segurança. No entanto, dois estudos recentes randomizados e duplo-cegos trataram pacientes com sobrepeso e obesidade com NR por 6 semanas e 12 semanas. Infelizmente, embora a NR pudesse aumentar efetivamente os níveis de NAD+ nesses indivíduos, os participantes de nenhum dos estudos mostraram sinais de perda de peso, aumento da sensibilidade à insulina ou melhora da função mitocondrial, entre outros parâmetros metabólicos estudados. Assim, ainda não está claro se direcionar o metabolismo de NAD+ pode ser eficaz no tratamento de doenças metabólicas em indivíduos com obesidade ou em indivíduos idosos.
Desregulação da função das células imunológicas
A inflamação do envelhecimento está sendo reconhecida agora como uma marca do envelhecimento e um impulsionador chave de doenças (FIG. 3Aa), incluindo doenças associadas ao envelhecimento, e foi descrita como um fator de risco proeminente para morbidade e morte. A inflamação crônica tem efeitos profundos no metabolismo sistêmico, por meio de uma complexa comunicação cruzada entre células imunológicas e células metabólicas, como hepatócitos e adipócitos, influenciando processos metabólicos como a captação de glicose e lipídios, e a sensibilidade à insulina. Apesar do aumento do interesse em imunometabolismo na última década, pouco se sabe sobre como o NAD+ influencia a inflamação crônica e a função das células imunológicas. Discutiremos o quadro emergente a seguir.
Imunidade inata.
A inflamação crônica de baixo grau, caracterizada pela ativação aberrante do sistema imunológico inato, expressão aumentada de citocinas pró-inflamatórias, como fator de necrose tumoral (TNF), IL-6 e IL-1β, e ativação de complexos imunológicos, como o inflamassoma NLRP3, está sendo reconhecida agora como um impulsionador chave de doenças relacionadas ao envelhecimento e metabólicas. Além disso, está emergindo que a ativação alterada de macrófagos e a polarização fenotípica são uma fonte chave dessa inflamação. Por exemplo, em tecidos obesos como a gordura visceral, monócitos periféricos são recrutados por adipócitos estressados, levando a uma infiltração progressiva de macrófagos pró-inflamatórios do tipo M1 e ao deslocamento dos macrófagos M2 residentes anti-inflamatórios. Essa mudança nos estados de polarização dos macrófagos na gordura visceral é acompanhada por expressão aumentada de citocinas pró-inflamatórias, resistência à insulina e taxas reduzidas de lipólise. Elie Metchnikoff, o descobridor do macrófago, foi o primeiro a observar a abundância aumentada de macrófagos em tecidos envelhecidos há mais de 100 anos. Embora essa observação tenha sido inicialmente desconsiderada, agora há evidências crescentes de que o envelhecimento não apenas leva a um aumento na abundância de macrófagos, mas também é acompanhado por um estado e função de polarização alterados dos macrófagos, o que está emergindo como um impulsionador chave da inflamação do envelhecimento.
Alguns dos primeiros trabalhos sugerindo que o NAD+ afeta a função dos macrófagos mostraram que a inibição da NAMPT e a subsequente depleção dos pools de NAD+ em macrófagos diminuíram a secreção de citocinas pró-inflamatórias, como o TNF, e causaram alterações morfológicas, como a redução do espalhamento dessas células. Estudos recentes mostraram que o NAD+ é um regulador crítico da função dos macrófagos e que a ativação dos macrófagos está associada à regulação positiva das vias biossintéticas ou degradativas do NAD+, dependendo do destino adquirido. Por exemplo, nosso laboratório mostrou recentemente que a polarização de macrófagos pró-inflamatórios (M1) está associada à expressão aumentada de CD38, levando a um maior consumo de NAD+. Por outro lado, a polarização de macrófagos anti-inflamatórios (M2) foi associada a um aumento nos níveis de NAD+ que dependia da NAMPT. O bloqueio da via de salvamento do NAM (CAIXA 1) tanto em macrófagos M1 quanto em macrófagos M2 reduziu significativamente a expressão gênica de genes selecionados associados aos fenótipos M1 e M2. Esse efeito pôde ser revertido com a suplementação dos precursores de NAD+ NMN e NR, que contornam e resgatam a inibição da NAMPT. Os macrófagos M2 necessitaram significativamente de mais NR/NMN para resgatar a ativação dos macrófagos do que os macrófagos M1, sugerindo que o NAD+ é um metabólito crítico para a ativação geral dos macrófagos, e seu metabolismo é regulado de forma diferencial para controlar processos biológicos e funções distintos em macrófagos M1 e M2.
Consistente com nossos resultados, um estudo recente descobriu que a polarização de macrófagos M1 está associada à degradação aumentada de NAD+ e que a inibição da NAMPT bloqueia as mudanças glicolíticas em macrófagos M1, limitando as respostas pró-inflamatórias in vitro e reduzindo a inflamação sistêmica in vivo em resposta à sepse. Este estudo e outro relatório recente sugerem que essa renovação do NAD+, particularmente durante as primeiras horas da polarização de macrófagos M1, depende de danos ao DNA induzidos por espécies reativas de oxigênio e da ativação da PARP1. No entanto, resultados publicados recentemente de nosso laboratório não detectaram evidências de danos ao DNA ou ativação da PARP1 durante a polarização de macrófagos M1. Em contraste, nossos resultados sugerem que a CD38 é a principal enzima consumidora de NAD+ em macrófagos M1. Esses resultados são consistentes com trabalhos recentes que mostram que os macrófagos M1 são protegidos de danos ao DNA induzidos por espécies reativas de oxigênio como resultado do aumento da transcrição de genes envolvidos na defesa antioxidante, como SOD2 (REFS). Assim, essas observações contraditórias destacam a necessidade de delinear melhor os principais consumidores de NAD+ durante a polarização de macrófagos pró-inflamatórios e anti-inflamatórios para determinar se o declínio observado nos níveis de NAD+ depende do contexto e do tempo e para determinar os mecanismos moleculares pelos quais os níveis de NAD+ influenciam a expressão gênica pró-inflamatória e anti-inflamatória e as funções dos macrófagos.
No envelhecimento, a redução dos níveis de NAD+ está associada ao aumento do acúmulo de macrófagos residentes pró-inflamatórios do tipo M1 no fígado e na gordura, caracterizados pelo aumento da expressão de CD38 e pela maior atividade da NADase. Por meio de métodos in vitro e in vivo, descobriu-se que esses macrófagos M1 com superexpressão de CD38 são ativados diretamente por citocinas inflamatórias secretadas por células senescentes (discutido em mais detalhes posteriormente). Além disso, os macrófagos do envelhecimento são caracterizados por síntese de novo prejudicada de NAD+, o que por si só pode impactar a função dos macrófagos durante o envelhecimento.
Em relação ao inflamaging, os estudos descritos acima sugerem que os macrófagos pró-inflamatórios do tipo M1 (além das células senescentes; ver adiante) podem ser uma fonte importante de citocinas pró-inflamatórias em tecidos envelhecidos. O envelhecimento está associado ao aumento da ativação do inflamassomo NLRP3, expresso principalmente por células imunes mieloides, e a um subsequente aumento na expressão de IL-1β, uma citocina importante implicada na promoção de doenças relacionadas ao envelhecimento. A expressão aumentada de citocinas pró-inflamatórias pode impulsionar um ciclo vicioso de inflamaging, levando a maior inflamação, dano tecidual e ao DNA, ativação adicional de grandes consumidores de NAD+, como CD38 e PARPs, e declínio fisiológico acelerado relacionado à idade.
Portanto, a segmentação das vias de imunometabolismo dos macrófagos, em particular aquelas que regulam as vias biossintéticas ou degradativas do NAD+, poderia ser explorada como uma estratégia terapêutica para ativar ou suprimir funções dos macrófagos e regular os estados de polarização dos macrófagos. Isso é certamente pertinente para regular o inflamaging, mas também poderia servir para aliviar doenças impulsionadas por inflamação crônica, como doenças neurodegenerativas e doenças autoinflamatórias, e também como uma estratégia terapêutica no câncer, onde a polarização dos macrófagos pode ser tanto promotora de tumor (M2) quanto inibidora de tumor (M1).
Imunidade adaptativa.
Assim como para o sistema imune inato, o envelhecimento é caracterizado por uma capacidade reduzida de construir uma resposta imune adaptativa eficaz devido a funções alteradas das células imunes adaptativas, conhecido como imunossenescência.
O envelhecimento leva a um desequilíbrio ou enviesamento das populações de células imunes, incluindo níveis reduzidos de células T e B naive, perda da diversidade do receptor de antígeno de células T e um aumento nos níveis de células T de memória virtual. O papel regulador do NAD+ e das enzimas consumidoras de NAD+ na biologia das células T foi demonstrado; no entanto, sua contribuição para o envelhecimento da imunidade adaptativa é amplamente desconhecida. Por um lado, o NAD+ extracelular foi proposto como um sinal de perigo que causa morte celular em subpopulações específicas de células T, como as células T reguladoras. Por outro lado, o NAD+ parece exibir propriedades imunomoduladoras, como influenciar a polarização de células T. No entanto, ainda não se sabe se o NAD+ promove um fenótipo específico de células T e se a manipulação do metabolismo do NAD+ com precursores de NAD+ poderia resultar em propriedades imunomoduladoras semelhantes.
Uma característica estabelecida do envelhecimento imune adaptativo é a expansão da população de memória de células T CD8+CD28− altamente citotóxicas, caracterizada pela alta secreção de moléculas efetoras como granzima B. Essa população celular é caracterizada por níveis reduzidos de SIRT1 e FOXO1, resultando em uma capacidade glicolítica aumentada e produção de granzima B. Esses estudos destacam o potencial da reprogramação metabólica via manipulação de vias associadas ao NAD+ na disfunção imune adaptativa relacionada à idade. A regulação positiva do eixo NAD+–SIRT1–FOXO1 via inibição de CD38 aumenta as funções efetoras em células híbridas T helper 1 e 17, e estudos futuros usando inibidores de CD38 ou precursores de NAD+ podem potencialmente mostrar o potencial terapêutico de alvejar o NAD+ no sistema imune adaptativo envelhecido.
Outra característica imunológica do envelhecimento imune adaptativo é o aumento no número de células T exaustas, caracterizadas pela expressão de moléculas receptoras inibitórias (por exemplo, PD1 e TIM3), capacidade proliferativa diminuída e funções efetoras reduzidas. PD1 é um componente do ponto de controle imune, cujo bloqueio é comumente usado como uma estratégia anticancerígena, mas também foi proposto para restaurar a função efetora de células T envelhecidas. Com relação ao metabolismo do NAD+, um estudo recente mostrou que a superexpressão de CD38 estava associada a uma população de CD8 T disfuncional e exausta em cânceres resistentes ao bloqueio de PD1, destacando o potencial de expandir estudos sobre a inibição de CD38 para células T exaustas relacionadas à idade. No entanto, embora extremamente intrigante, essa hipótese ainda precisa ser explorada em profundidade, e mais estudos serão necessários para determinar a eficácia pré-clínica dessa abordagem.
Assim, de modo geral, mais trabalho precisa ser feito para determinar se a manipulação dos níveis de NAD+ é eficaz em reverter a disfunção imunológica relacionada ao envelhecimento no sistema imune adaptativo e, igualmente importante, se tais manipulações são seguras.
Senescência celular
Durante o envelhecimento, células expostas ao estresse metabólico, genotóxico ou induzido por oncogenes sofrem uma parada essencialmente irreversível do ciclo celular, conhecida como senescência celular. Um dos principais fenótipos das células senescentes e a forma como se acredita que promovem doenças é o aumento da expressão de mediadores inflamatórios, principalmente citocinas e quimiocinas, conhecido como fenótipo secretor associado à senescência (SASP), que contribui para a homeostase tecidual prejudicada ao interferir na regeneração de células-tronco, reparo tecidual e de feridas e inflamação associada ao envelhecimento (FIG. 3Aa). Como o número de células senescentes aumenta gradualmente com a idade, a senescência celular tem sido associada a várias doenças relacionadas ao envelhecimento, e a eliminação de células senescentes com senolíticos farmacológicos pode ser um tratamento eficaz para várias doenças anteriormente intratáveis, incluindo a doença de Alzheimer. Além disso, tratamentos que visam aumentar os níveis celulares de NAD+ durante o envelhecimento são alvos promissores para prolongar a saúde, mas como o NAD+ impacta a senescência celular não está claro. Foi recentemente demonstrado que células senescentes aumentam a expressão da enzima de salvamento de NAM, NAMPT (CAIXA 1), e que o SASP de células senescentes depende dos níveis de NAD+. Tratar células senescentes com NMN pode intensificar o SASP, levando ao aumento da inflamação crônica, e pode promover o desenvolvimento de cânceres impulsionados pela inflamação. Essas descobertas sugerem que a administração de suplementos que aumentam o NAD+, como NR e NMN, pode ter o custo de efeitos colaterais de longo prazo, como o aumento da inflamação crônica e do desenvolvimento de câncer. Assim, uma maior compreensão dos benefícios e efeitos colaterais não intencionais do aumento dos níveis de NAD+ será uma área importante de foco em estudos futuros e ensaios clínicos em andamento. Como a inflamação é um processo muito complexo e multifuncional, estudos adicionais são necessários para entender melhor como os níveis de NAD+ influenciam diferentes estados inflamatórios e em que contexto, e para determinar como, mecanicamente, o metabolismo do NAD+ impacta a biologia das células inflamatórias imunes e senescentes.
Apesar de observações bem documentadas de células senescentes se acumulando em tecidos envelhecidos e do concomitante declínio dos níveis de NAD+ nesses tecidos, nenhum estudo relaciona o acúmulo de células senescentes inflamatórias aos níveis de NAD+ durante o envelhecimento. Recentemente, foi demonstrado que os níveis de CD38 aumentam em tecidos de mamíferos com a idade, e o CD38 foi proposto como a principal enzima consumidora de NAD+ responsável pelo declínio nos níveis de NAD+ durante o envelhecimento. No entanto, os mecanismos que impulsionam o aumento da expressão de CD38 em tecidos envelhecidos e quais células expressam CD38 nesses tecidos não são claros.

Observações recentes sugerem que as células imunes inatas, especialmente os macrófagos, podem ser a principal população celular que responde ao SASP com degradação de NAD+, contribuindo assim para o declínio generalizado dos níveis de NAD+ no organismo. Mostramos que macrófagos co-cultivados ou expostos a meio condicionado de células senescentes têm expressão aumentada da enzima consumidora de NAD+ CD38 e proliferação aumentada. Importante, outro grupo também mostrou de forma independente que células senescentes e seu SASP ativam a expressão de CD38 e promovem a atividade de NADase dependente de CD38 em macrófagos. Além disso, mostramos em modelos de camundongos envelhecidos e camundongos tratados com o quimioterápico indutor de senescência doxorrubicina que o acúmulo de células senescentes em tecidos metabólicos, como gordura visceral e fígado, pode ativar diretamente a expressão de CD38 em macrófagos residentes nos tecidos.

Em apoio adicional à conexão entre inflamação do envelhecimento, carga de células senescentes e NAD+, um estudo recente em camundongos também mostrou que células com mitocôndrias disfuncionais iniciam um programa pró-inflamatório, com a secreção de citocinas pró-inflamatórias. Isso foi associado a uma maior carga de células senescentes, aumento da disfunção metabólica e física, e envelhecimento prematuro. Nesse contexto, a suplementação com NR foi capaz de resgatar parcialmente essa síndrome de multimorbidade, em parte reduzindo a inflamação e a carga de células senescentes — em contraste com a descoberta discutida acima de que precursores de NAD+ podem aumentar a expressão de SASP. Assim, a regulação da senescência pelo NAD+ parece ser complexa.

No geral, essas descobertas sugerem que o direcionamento de células imunes como células T, macrófagos e células senescentes deve ser considerado em abordagens que visam restaurar os níveis de NAD+ durante o envelhecimento. No entanto, até que se saiba mais sobre os efeitos colaterais de longo prazo do aumento dos níveis de NAD+, esse trabalho deve prosseguir com cautela.

Neurodegeneração
O envelhecimento está fortemente associado à maioria das doenças neurodegenerativas e é acompanhado pela diminuição dos níveis celulares de NAD+ no cérebro de mamíferos. A depleção de NAD+ é relatada em vários modelos de envelhecimento acelerado que apresentam neurodegeneração, bem como em doenças neurodegenerativas, incluindo doença de Alzheimer, doença de Parkinson e esclerose lateral amiotrófica (ELA). A causa subjacente e os mecanismos da perda de NAD+ no cérebro durante doenças neurodegenerativas relacionadas à idade ainda são amplamente desconhecidos. No entanto, múltiplas linhas de evidência apoiam um papel neuroprotetor para o NAD+ (FIG. 3Ab).

Primeiro, a degeneração axonal, que é um precursor de muitos distúrbios neuronais relacionados à idade, é caracterizada por rápida depleção de NAD+. Durante condições fisiológicas normais, a enzima biossintética de NAD+ nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferase 2 (NMNAT2) (FIG. 1; BOX 1) é um fator de sobrevivência nos axônios, nos quais precisa ser constantemente reabastecida via transporte axonal anterógrado devido à sua rápida renovação. No entanto, durante a degeneração axonal, o transporte axonal de NMNAT2 é bloqueado e o pool axonal da proteína é rapidamente degradado, levando a uma depleção crítica de NAD+ no axônio. Além disso, a enzima consumidora de NAD+ SARM1 é ativada por lesão axonal e medeia a degeneração axonal promovendo a degradação de NAD+. Isso foi originalmente demonstrado em camundongos com degeneração walleriana lenta (Wlds), que são protegidos da degeneração axonal, mostrando ausência de expressão de SARM1 e níveis mais elevados de NAD+ neuronal, devido à superexpressão de uma proteína de fusão quimérica de NMNAT1, que permite sua redistribuição do núcleo para o axônio, onde pode substituir a atividade de NMNAT2 (REFS). O papel do SARM1 na promoção do dano axonal foi demonstrado em vários outros modelos in vivo. Camundongos knockout para Sarm1 são protegidos da degeneração axonal e podem resgatar os graves defeitos de crescimento axonal e a morte perinatal induzidos pela falta de NMNAT2 (REFS). Recentemente, um modelo de camundongo transgênico superexpressando uma versão dominante negativa de SARM1 em neurônios mostrou um atraso significativo na degeneração axonal e sugere o efeito promissor da terapia gênica ou de pequenas moléculas direcionadas ao SARM1 para o tratamento de neuropatias.
No geral, estudos com camundongos Wlds mostram amplamente a função neuroprotetora das enzimas biossintéticas NMNAT1, NMNAT2 e NMNAT3 (REFS) e seu papel protetor em vários distúrbios neurodegenerativos, incluindo a doença de Parkinson. No entanto, o mecanismo permanece incerto. Além da regulação da degradação de NAD+ dependente de SARM1 discutida acima, a degradação de seu substrato e precursor de NAD+, o NMN, pelas NMNATs parece proteger os axônios da degeneração. Em contraste com o papel neuroprotetor do NAD+, o precursor NMN foi relatado como tendo um papel neurotóxico, promovendo a ativação de SARM1 e a geração de ADP-ribose cíclico, levando à destruição axonal. No entanto, a evidência de que o acúmulo de NMN leva à degeneração axonal precisa ser validada e permanece controversa. Não obstante, essa possibilidade levanta questões sobre o potencial terapêutico de aumentar a síntese de NAD+ suplementando precursores de NAD+, como o NMN.
Linhas adicionais de evidência que apoiam um papel neuroprotetor para o NAD+ também incluem estudos usando P7C3, um carbazol aminopropílico relatado como um ativador alostérico da NAMPT na via de salvamento de NAM (CAIXA 1). O P7C3 mostrou-se neuroprotetor em modelos murinos de doença de Parkinson, doença de Alzheimer e ELA. Além disso, enzimas consumidoras de NAD+ diferentes de SARM1 foram relatadas como desempenhando um papel na depleção intracelular de NAD+ durante doenças neurodegenerativas relacionadas ao envelhecimento. Por exemplo, a expressão de CD38 aumenta no curso da progressão da doença de Alzheimer, e um modelo de camundongo para doença de Alzheimer com deficiência de CD38 (camundongos knockout para Cd38), que resulta em níveis elevados de NAD+ em seus cérebros, apresenta um fenótipo de doença mais leve. Consistente com o papel neuroprotetor do NAD+, camundongos knockout para Cd38 também são protegidos da morte de células neuronais após lesão cerebral isquêmica. Múltiplas células no cérebro, incluindo micróglia, astrócitos, neurônios e células endoteliais, expressam CD38 (REFS), e o tratamento de micróglia e astrócitos com citocinas inflamatórias induz a expressão de CD38. Consistente com essa descoberta, a expressão de CD38 foi associada à neuroinflamação com maiores quantidades de macrófagos/micróglia pró-inflamatórios em cérebros de camundongos. O CD38 também foi relatado como afetando o comportamento social, assim como seu homólogo CD157 (REFS), corroborando o impacto funcional do NAD+ na função neuronal. Embora não haja evidência direta de um papel causal do CD38 em doenças neurodegenerativas, como discutido acima, o CD38 está emergindo como uma enzima chave envolvida no inflamaging e na senescência, que estão fortemente associados a doenças neurodegenerativas. Por fim, a ativação de PARP1 também está associada à patogênese da doença de Alzheimer e da doença de Parkinson. Estudos in vivo usando vários modelos de doença de Alzheimer e doença de Parkinson mostraram que a perda de PARP1 protege contra disfunções cerebrais e declínio cognitivo. No entanto, a contribuição da ativação de PARP1 para a depleção de NAD+ durante a neurodegeneração permanece amplamente inexplorada.
Considerando os achados em conjunto, há evidências crescentes de que o NAD+ é um metabólito central para a manutenção de um sistema nervoso saudável e pode impactar a biologia de múltiplos tipos de células cerebrais, sugerindo que neutralizar o declínio dos níveis de NAD+ associado ao envelhecimento pode ser uma abordagem terapêutica viável para tratar doenças neurodegenerativas. A restauração dos níveis de NAD+ com suplementos de NAD+ e a superexpressão das duas enzimas biossintéticas NAMPT e NMNAT1 foram encontradas para prevenir a degeneração axonal. Além disso, os precursores de NAD+ NR e NMN melhoram a saúde das células neuronais, a memória e a função cognitiva em modelos de rato e camundongo da doença de Alzheimer, e também mostraram propriedades neuroprotetoras em modelos de Drosophila melanogaster da doença de Parkinson e em modelos de camundongo de ELA. Importante, há agora vários ensaios clínicos em andamento usando precursores de NAD+, especialmente NR, para tratar distúrbios neurológicos e promover o envelhecimento saudável (TABELA 2). Esses ensaios, sem dúvida, expandirão nossa compreensão do metabolismo do NAD+ nos processos neurodegenerativos humanos.

Alvo terapêutico do declínio dos níveis de NAD+

Nas últimas duas décadas, a importância do NAD+ no envelhecimento saudável e na longevidade foi reconhecida. Estudos pré-clínicos em diferentes modelos animais, como Caenorhabditis elegans, D. melanogaster, roedores e células primárias humanas, estabeleceram firmemente que há um declínio dependente da idade nos níveis de NAD+, que varia de 10% a 65%, dependendo de diferentes órgãos e da idade. O NAD+ pode ser regulado por escolhas alimentares e de estilo de vida (FIG. 4). Também pode ser modulado farmacologicamente e, até agora, três abordagens principais foram exploradas para aumentar os níveis de NAD+: suplementação dietética com precursores de NAD+ envolvidos nas vias de salvamento do NAD+; modulação de enzimas biossintéticas de NAD+, em particular aquelas que regulam a etapa limitante da taxa das vias de síntese de novo e de salvamento (α-amino-β-carboximuconato ε-semialdeído descarboxilase (ACMSD) e NAMPT, respectivamente); e a inibição de enzimas envolvidas na degradação do NAD+, como PARPs e CD38. O aumento dos níveis de NAD+ mostrou eficácia em uma variedade de modelos de camundongo de doenças humanas (TABELA 1), levando a numerosos ensaios clínicos de impulsionadores de NAD+ em humanos durante o envelhecimento (TABELA 2). Considerando o escopo desta Revisão, não detalharemos os ensaios clínicos relacionados ao NAD+ e encaminhamos o leitor para revisões mais abrangentes sobre este tópico.
A maioria dos estudos pré-clínicos em roedores sugere um forte potencial translacional para terapias que aumentam os níveis de NAD+. Estudos em humanos são menos avançados e, até o momento, os ensaios clínicos que avaliam a farmacocinética e a toxicologia dos precursores de NAD+ demonstraram principalmente que a administração de NMN e NR é segura e pode aumentar eficientemente os níveis de NAD+ em voluntários saudáveis (TABELA 2). Vale ressaltar que houve mais ensaios clínicos de fase I utilizando NR do que aqueles utilizando NMN, e estes forneceram resultados conflitantes. Um ensaio mostrou que a administração de NR a curto prazo tem alguns efeitos benéficos em idosos saudáveis, e outro mostrou resultados positivos em pacientes com ELA. No entanto, a NR mostrou pouco ou nenhum efeito em homens idosos com obesidade (veja também a discussão na seção Disfunção metabólica e TABELA 2). Portanto, mais estudos clínicos em humanos são necessários para determinar a dose adequada, o período de tratamento e o resultado toxicológico a longo prazo, juntamente com a consideração da diversidade dos participantes, para melhor abordar a tradução da estratégia de aumento de NAD+.

Suplementação dietética
Os efeitos de diferentes precursores de NAD+ na longevidade e na saúde de leveduras e C. elegans foram extensivamente investigados. Tanto em leveduras do tipo selvagem quanto em C. elegans, concentrações baixas (micromolares) de NR prolongam a longevidade de maneira dependente de sirtuínas. Além disso, a extensão da longevidade foi observada na administração de NAM a C. elegans do tipo selvagem. No entanto, uma dose suprafisiológica de NAM (1–5 mM em comparação com 200 μM usada em experimentos com extensão de longevidade) também foi associada à redução da longevidade em leveduras e C. elegans. Assim, não está claro se a administração de NAM é benéfica ou prejudicial no contexto do envelhecimento. Uma explicação potencial para essa discrepância é que o NAM influencia as funções do NAD+ direta e indiretamente. Além de ser um precursor direto de NAD+ na via de salvamento, o NAM também é um subproduto do catabolismo do NAD+ e, em altas concentrações milimolares, demonstrou atuar como um inibidor por feedback para enzimas dependentes de NAD+, como PARPs e sirtuínas in vitro. No entanto, os resultados relativos aos efeitos inibitórios de uma alta dose de NAM foram inconclusivos em vários estudos com animais. Outra possível razão para o papel inibitório do NAM na atividade do NAD+ poderia ser que um aumento no nível de NAM leva a um aumento proporcional da metilação do NAM. Isso, por sua vez, afeta a disponibilidade celular de grupos metila, que são importantes para a metilação do DNA e modulação da expressão gênica (CAIXA 2). Níveis elevados de NAM metilado foram associados à patogênese do diabetes tipo 2, doença de Parkinson e doenças cardíacas. Portanto, mais estudos são necessários para elucidar as doses e os períodos de tratamento mais seguros de NAM.
A estratégia de aumentar o NAD+ também foi adotada para prolongar a vida útil em distúrbios relacionados à idade. A reposição de NAD+, usando NR e/ou NMN, também foi eficaz em retardar o fenótipo progeroide e prolongar a vida útil em modelos relevantes de C. elegans de xeroderma pigmentoso grupo A, ataxia telangiectasia e síndrome de Cockayne, e em um modelo de verme da síndrome de Werner (uma doença progeroide). O tratamento com NMN aumentou significativamente os níveis de NAD+ e a vida útil máxima também em um modelo de camundongo com ataxia telangiectasia. O tratamento com NR também melhorou as funções das células-tronco musculares ao regular o metabolismo mitocondrial em um modelo de camundongo com distrofia muscular.

Poucos estudos até o momento investigaram os efeitos de NMN, NAM e NR no prolongamento da saúde e/ou vida útil em camundongos selvagens. Em um estudo, a alimentação de longo prazo (1 ano) de camundongos com NMN a partir dos 5 meses de idade aumentou a sensibilidade à insulina em todo o corpo, o metabolismo energético e a atividade física, e melhorou os perfis lipídicos sem efeitos tóxicos óbvios. Em outro estudo, a administração de longo prazo de NAM preveniu doenças relacionadas a uma dieta rica em gordura, promovendo a saúde, mas não teve efeitos significativos na vida útil. Finalmente, a administração de NR em camundongos idosos mostrou um aumento pequeno, mas significativo, na vida útil (5%). Refletindo esses resultados, a maioria dos estudos pré-clínicos usando precursores de NAD+ focou em prolongar a saúde ao combater diferentes doenças relacionadas à idade caracterizadas por declínios nos níveis de NAD+ (TABELA 1). Foi demonstrado que o NMN melhora a função mitocondrial em vários órgãos, incluindo músculo esquelético, rim, fígado, coração, olhos, cérebro e sistema cardiovascular, e pode mitigar o estresse oxidativo na vasculatura, incluindo melhorias nas respostas de acoplamento neurovascular no córtex envelhecido do cérebro. Esses efeitos da suplementação de NMN podem ser mediados por sirtuínas. Por exemplo, a SIRT3 medeia as melhorias induzidas por NMN na função metabólica cardíaca e extracardíaca em um modelo de camundongo com cardiomiopatia. A suplementação de NMN também aumentou o número de células endoteliais e melhorou a função das células endoteliais ao aumentar o fluxo sanguíneo e a resistência em camundongos idosos por um mecanismo dependente de SIRT1.

Por último, foi demonstrado que uma forma reduzida de NR, NRH, é mais estável e potente que a NR no aumento do conteúdo intracelular de NAD+, o que ocorre através de uma nova via metabólica na qual a adenosina quinase converte NRH em NMNH, que é então oxidado a NMN ou ainda metabolizado por NMNATs para produzir NADH e depois NAD+ (REFS). Assim, estudos futuros serão necessários para comparar a eficácia do uso de NRH em relação aos precursores de NAD+ mais comumente usados, NAM, NR e NMN, como terapêutico, juntamente com seus potenciais efeitos colaterais.
Em resumo, os resultados pré-clínicos promissores discutidos acima para os precursores de NAD+ demonstram que a ampliação de NAD+ pode promover a saudabilidade e até mesmo a expectativa de vida em mamíferos. Esses efeitos benéficos dos precursores de NAD+ possivelmente podem ser relevantes para humanos e estão atualmente sendo testados em ensaios clínicos (TABELA 2).
Modulação da biossíntese de NAD+
As vias de salvamento e de síntese de novo de NAD+ também são alvos potenciais para terapias que aumentam os níveis de NAD+ in vivo. Especificamente, ativadores de NAMPT, a enzima limitante da taxa na via de salvamento de NAD+, e de NMNATs, que contribuem para as vias de síntese de novo e de salvamento de NAD+ (FIG. 1), foram sugeridos como possíveis intervenções terapêuticas para aumentar os níveis de NAD+ nos tecidos. De fato, o agente neuroprotetor P7C3 aumenta a atividade de NAMPT e eleva os níveis de NAD+ em células humanas tratadas com doxorrubicina, sugerindo que pode ser um terapêutico funcional para o envelhecimento e processos de doenças relacionadas à idade, como a neurodegeneração. No entanto, a real eficácia do P7C3 em aumentar a atividade da NAMPT permanece controversa. Recentemente, outra pequena molécula, SBI-797812, foi proposta como um potente ativador de NAMPT ativo na faixa nanomolar. Este composto aumentou a produção de NMN mediada por NAMPT in vitro e, importante, os níveis de NAD+ em linhagens celulares e in vivo. Apesar do efeito limitado do SBI-797812 de aumentar apenas os níveis hepáticos de NAD+ in vivo, esta é uma abordagem farmacológica promissora para elevar os níveis intracelulares de NAD+. Além disso, a inibição farmacológica de ACMSD por TES-991 e TES-102524 aumenta a síntese de novo de NAD+ e a atividade de SIRT1, melhorando, em última análise, a função mitocondrial no fígado, rins e cérebro de camundongos. Embora essas estratégias sejam promissoras para o aumento terapêutico dos níveis de NAD+, um dos desafios que permanece é identificar com maior precisão como algumas dessas moléculas, como o P7C3, funcionam no nível molecular, determinando seus alvos e explorando possíveis efeitos fora do alvo.
Além de modular os níveis de NAD+, nos últimos anos, atenção tem sido dada à modulação do equilíbrio redox NAD+/NADH principalmente através da administração da quinona redox-cíclica β-lapachona, um co-substrato exógeno da NAD(P)H:quinona aceitadora oxidoredutase 1 (NQO1), que regenera NAD+ a partir de NADH. Foi demonstrado que a NQO1 é aumentada pela restrição calórica (embora não tenha sido suficiente para mediar os efeitos antienvelhecimento desta intervenção dietética), e o aumento da atividade da NQO1 pela administração de β-lapachona preveniu o declínio dependente da idade da função motora e cognitiva em camundongos idosos, melhorando a disfunção mitocondrial. No entanto, a NQO1 é comumente superexpressa na maioria dos tumores sólidos, nos quais a administração de β-lapachona induz desequilíbrio do ciclo redox e estresses oxidativos; portanto, a β-lapachona pode ter uma variedade de efeitos dependendo do contexto e deve ser administrada com cautela.
Inibição do consumo de NAD+
Direcionar as enzimas e vias de degradação do NAD+ é talvez a área mais promissora do desenvolvimento terapêutico recente. Especificamente, direcionar as PARPs e NADases, incluindo CD38, CD157 e SARMs, tem grande potencial para tratar doenças relacionadas à idade associadas ao declínio nos níveis de NAD+. Em C. elegans, a inibição de PARP resulta em um aumento significativo da longevidade em vermes selvagens, em um modelo de ataxia telangiectasia e sob condições hiperglicêmicas.

Inibidores de PARP1, como olaparibe e rucaparibe, são comercializados como adjuvantes à quimioterapia ou monoterapias para o câncer. Eles sensibilizam os tumores ao dano ao DNA, mas têm uso limitado devido à toxicidade. A CD38 é uma das principais NADases em mamíferos e desempenha um papel fundamental no declínio relacionado à idade dos níveis de NAD+ (veja a seção Mecanismos dependentes de NAD+ no envelhecimento). Vários inibidores de CD38 já existem ou estão em desenvolvimento, alguns dos quais aumentam os níveis de NAD+ in vivo. Por exemplo, a apigenina, um flavonoide natural, aumenta os níveis de NAD+ em células humanas e no tecido hepático de camundongos, e melhora a homeostase da glicose e lipídios em modelos de obesidade em camundongos. Mais recentemente, foi demonstrado que a apigenina regula negativamente a expressão de CD38 e aumenta a razão NAD+/NADH intracelular e a atividade da enzima antioxidante mitocondrial mediada por SIRT3 nos rins de ratos diabéticos. Outro inibidor flavonoide de CD38, a luteolinidina, aumenta os níveis de NAD+ e protege o endotélio e o miocárdio após isquemia miocárdica em camundongos. Clinicamente, a luteolina tem efeitos neuroprotetores em crianças com autismo, embora os níveis de NAD+ não tenham sido avaliados diretamente nesse contexto. Além disso, vários derivados da 4-aminoquinolina, incluindo o composto 78c, inibem a CD38 e aumentam os níveis de NAD+ no músculo, fígado e coração de camundongos. O composto 78c também previne declínios relacionados à idade nos níveis de NAD+ em camundongos, e foi demonstrado que o tratamento de camundongos idosos com esse composto melhora a disfunção metabólica, reduz o acúmulo de danos ao DNA e melhora a função muscular. Embora os autores do estudo não tenham relatado alterações na longevidade diretamente, eles relataram a ativação da via AMPK de prolongamento da vida e a redução da ativação das vias mTOR–p70S6K e ERK. Mais recentemente, o composto 78c protegeu contra lesão endotelial e de cardiomiócitos pós-isquêmica em camundongos. No geral, evidências crescentes sugerem que direcionar a CD38 e enzimas relacionadas ao consumo de NAD+, como as PARPs, tem grande potencial como um alvo para aumentar o NAD+ e estender a saúde humana, e várias abordagens farmacológicas estão em desenvolvimento para inibir a CD38 e sua atividade NADase (TABELA 1).

Conclusões e perspectiva
Quase 90 anos após sua descoberta inicial, a NAD+ está emergindo como um metabólito central no campo do envelhecimento, e o declínio dos níveis de NAD+ está se tornando uma característica estabelecida de várias doenças associadas à idade. O campo da NAD+ está avançando rapidamente e evoluiu como uma das principais áreas de pesquisa empolgantes na pesquisa biomédica. Nos últimos 5 anos, houve uma infinidade de avanços, incluindo o desenvolvimento de ferramentas e tecnologias empolgantes (Caixa Suplementar 4), para aprofundar nossa compreensão de como os níveis de NAD+ influenciam ou são influenciados por vias complexas de sinalização, metabólicas e celulares. Além disso, com o uso de rastreamento de isótopos estáveis e biossensores de NAD+, também houve grandes avanços e refinamentos em nossa compreensão de como os níveis de NAD+ são regulados tanto no nível celular quanto no nível sistêmico. Agora temos uma compreensão maior dos mecanismos que levam ao declínio dos níveis de NAD+ com a idade e do papel emergente de enzimas consumidoras de NAD+, como CD38 e SARM1, juntamente com as PARPs, nesse processo. Além disso, sabe-se agora que esse declínio nos níveis de NAD+ afeta múltiplos processos celulares dependentes da idade, incluindo reparo de DNA, estresse oxidativo e função de células imunológicas. Além disso, ensaios pré-clínicos recentes demonstraram, usando diferentes modelos animais, que a depleção de NAD+ é uma via chave em doenças associadas à idade, incluindo distúrbios neurodegenerativos, metabólicos e progeroides. No entanto, ainda não está claro quais células e enzimas impulsionam o declínio dos níveis de NAD+ em distúrbios específicos. Além disso, quais alvos ou vias podem ser explorados para restaurar eficiente e seguramente a homeostase da NAD+ ainda estão sob investigação. A boa notícia é que diferentes estratégias de aumento de NAD+ mostraram ser eficazes em prolongar a saúde e a longevidade (veja a seção Abordagem terapêutica do declínio dos níveis de NAD+ e TABELA 1). Assim, o uso de precursores de NAD+, como NMN e NR, juntamente com pequenas moléculas que aumentam a biossíntese de NAD+ ou inibem sua degradação, oferece uma abordagem terapêutica empolgante para tratar doenças relacionadas ao envelhecimento e aumentar a saúde humana. Isso é particularmente importante, pois as populações idosas estão crescendo rapidamente, e as doenças relacionadas ao envelhecimento devem causar um grande ônus social e econômico nas próximas décadas. No entanto, a capacidade de tradução das terapias de aumento de NAD+ para humanos continua sendo a questão-chave a ser respondida.
Vários ensaios clínicos em humanos estão em andamento para avaliar a segurança e eficácia da suplementação de NAD+ (TABELA 2) e, importante, ensaios de fase inicial com administração de curto prazo de NR/NMN demonstraram ser seguros e aumentar os níveis de NAD+ em participantes saudáveis. No entanto, apesar dos resultados promissores iniciais, ainda não se sabe se a suplementação de longo prazo com precursores de NAD+ tem efeitos colaterais. Além disso, muitas outras questões precisam ser respondidas para aprofundar nossa compreensão do potencial das terapias de aumento de NAD+: existe alguma especificidade tecidual/doença para NMN e NR? Quais são as doses terapêuticas de precursores de NAD+ necessárias para diferentes doenças? A combinação de estratégias de aumento de NAD+, como inibidores de CD38 e/ou PARP1 com suplementação de precursores de NAD+, poderia ser algo a considerar? Espera-se que os próximos resultados dos ensaios clínicos atuais esclareçam nossas questões não resolvidas e estabeleçam as bases para direções futuras na decifração do papel do NAD+ durante o envelhecimento em humanos.
Material Suplementar
Interesses concorrentes
E.V. é cofundador científico da Napa Therapeutics e atua no conselho consultivo científico da Seneque. E.V., A.J.C. e R.P. recebem apoio de pesquisa da Napa Therapeutics. E.V. e A.G. recebem apoio de pesquisa da BaReCia. A.G. atua como Diretor Científico da Seneque USA e é um dos inventores de uma patente (PCT/US18/46233) para o transportador de nicotinamida mononucleotídeo SLC12A8, cujo requerente é a Washington University em St. Louis e que foi licenciada pela Teijin Limited (Japão).

Informações de revisão por pares
A Nature Reviews Molecular Cell Biology agradece a J. Auwerx, M. Hirschey e T. Nakagawa por sua contribuição para a revisão por pares deste trabalho.

Informações suplementares
Informações suplementares estão disponíveis para este artigo em https://doi.org/10.1038/s41580-020-00313-x.

Reações redox
Reações químicas de oxidação-redução que envolvem uma transferência de elétrons entre duas espécies.

Hidreto
Formalmente, o ânion do hidrogênio (H−). O termo é comumente usado para descrever um composto binário que o hidrogênio forma com outros elementos eletropositivos.

Ácido cinurênico
Um ácido quinolina-2-carboxílico com um grupo hidroxi no C-4 (ácido 4-hidroxiquinolina-2-carboxílico). É um produto do metabolismo do l-triptofano.

Ácido picolínico
Um ácido piridinamonocarboxílico no qual o grupo carboxi está localizado na posição 2 (ácido piridina-2-carboxílico). É um intermediário no metabolismo do l-triptofano.

Vesículas extracelulares
Partículas delimitadas por bicamada lipídica de origem endossomal e de membrana plasmática que são liberadas por células no meio extracelular.

Resistência à insulina
Uma resposta prejudicada à insulina exógena ou endógena para aumentar a captação e utilização de glicose, resultando em níveis elevados de glicose no sangue.

Xeroderma pigmentoso
Uma doença genética autossômica recessiva rara caracterizada por um defeito no sistema de reparo do DNA (principalmente no sistema de reparo por excisão de nucleotídeos) que causa sensibilidade aumentada aos efeitos danosos ao DNA da radiação ultravioleta.

Doenças progeroides
Um grupo de doenças genéticas raras caracterizadas por características clínicas típicas do envelhecimento fisiológico e devido principalmente a defeitos no sistema de reparo do DNA ou na laminina A.

Ataxia telangiectasia
Uma doença genética autossômica recessiva rara causada por defeitos no gene ATM, que está envolvido na divisão celular e no reparo do DNA. É caracterizada por neurodegeneração, imunodeficiência, sensibilidade aumentada à radiação e suscetibilidade ao câncer.

Síndrome de Cockayne
Uma doença genética autossômica recessiva rara causada por defeitos no gene ERCC6 ou ERCC8, que está envolvido no reparo do DNA. É caracterizada por fotossensibilidade grave, neurodegeneração e envelhecimento prematuro.

Hormese
Uma resposta de dose bifásica a um agente caracterizada por um efeito estimulatório ou benéfico em dose baixa e um efeito inibitório ou tóxico em dose alta.

AKT
Uma proteína quinase específica de serina/treonina que participa de múltiplas vias de sinalização relacionadas ao metabolismo, sobrevivência celular, motilidade, transcrição e progressão do ciclo celular.
K m
Constante de Michaelis–Menten que representa a concentração de substrato na qual a reação atinge metade da velocidade máxima (Vmax) no modelo cinético enzimático de Michaelis–Menten.
V max
A taxa máxima de reação alcançada pelo sistema em concentração saturada de substrato no modelo cinético enzimático de Michaelis–Menten.
Ectoenzimas
Enzimas localizadas na superfície externa da membrana de uma célula, com seu sítio catalítico disponível para o ambiente externo da célula.
Proteína transmembrana com orientação tipo II
Proteína integral da membrana celular com a extremidade amino no lado citoplasmático e a extremidade carboxi no lado extracelular da membrana. O domínio transmembrana está localizado próximo à extremidade amino. As proteínas transmembrana tipo III apresentam orientação oposta.
Proteína ancorada por glicofosfatidilinositol
Proteína solúvel ligada à membrana celular por uma âncora glicolipídica (glicofosfatidilinositol).
Células de Paneth
Células epiteliais altamente especializadas localizadas no intestino delgado que secretam peptídeos e proteínas antimicrobianos.
Inflamação do envelhecimento (Inflammageing)
Definida como a inflamação crônica de baixo grau e a desregulação/exaustão de células imunes que ocorre gradualmente durante o processo de envelhecimento. A inflamação do envelhecimento está emergindo como um fator causal chave para muitas doenças relacionadas à idade.
Inflamassoma NLRP3
Um complexo multiproteico composto pelas proteínas ASC, NLRP3 e caspase 1 que é ativado em resposta a patógenos ou danos estéreis a células e tecidos. Quando ativado, o complexo leva à clivagem das pró-formas das citocinas IL-1β e IL-18, que por sua vez se tornam ativadas e secretadas para amplificar ainda mais a inflamação e as respostas imunes.
Células T de memória virtual
Uma subpopulação de células T CD8+ que possuem um fenótipo semelhante ao de memória (semidiferenciado), mas que nunca foram expostas a um antígeno estranho (virgens de antígeno).
Células T reguladoras
Uma subpopulação de células T CD4+ que modulam o sistema imunológico, suprimindo a resposta imune e mantendo a tolerância a autoantígenos.
Ponto de controle imunológico (Immune checkpoint)
Moléculas presentes na superfície de diferentes tipos celulares (isto é, células T, células apresentadoras de antígenos e células cancerígenas) que regulam a resposta imune por meio de vias de sinalização imune inibitórias ou ativadoras.
Senolíticos
Agentes que têm como alvo e eliminam células senescentes.
Degeneração Walleriana
Um processo ativo de degeneração que ocorre após qualquer lesão ou interrupção dos axônios dos neurônios, que, em última análise, leva à morte celular.
Micróglia
Tipo de célula glial localizada em todo o cérebro e medula espinhal que funciona como um macrófago residente e é a primeira e principal forma de defesa imune ativa no sistema nervoso central.
Astrócitos
Células gliais altamente especializadas em forma de estrela localizadas no cérebro e na medula espinhal, envolvidas em diversos processos, incluindo suporte à barreira hematoencefálica, fornecimento de nutrientes aos neurônios, reparo e cicatrização após lesões, e facilitação da neurotransmissão.

α-Amino-β-carboximucônico ε-semialdeído descarboxilase

Na biossíntese de novo de NAD+, é a enzima que catalisa a descarboxilação do α-amino-β-carboximucônico ε-semialdeído para α-aminomucônico ε-semialdeído.

Flavonoide

Membro de uma classe de metabólitos secundários polifenólicos encontrados em plantas.

AMPK

Proteína quinase ativada por 5′-AMP, uma enzima que, em resposta a alterações na razão ATP:AMP, fosforila alvos a jusante para redirecionar o metabolismo em direção ao aumento do catabolismo e à diminuição do anabolismo.

mTOR–p70S6K

Via de sinalização que envolve a serina/treonina proteína quinase mTOR e a serina/treonina proteína quinase ativada por mitógeno p70S6K, regulando a síntese proteica e a proliferação, diferenciação e sobrevivência celular.

ERK

Quinase regulada por sinal extracelular envolvida no crescimento celular ao controlar muitas proteínas necessárias na regulação da tradução.

Ritmos circadianos comportamentais e metabólicos alterados em camundongos com oscilação de NAD+ interrompida

Localização, localização, localização: compartimentalização da síntese e funções do NAD em células de mamíferos

NAD+ no envelhecimento, metabolismo e neurodegeneração

Biossensor revela múltiplas fontes para NAD+ mitocondrial

Análise quantitativa dos fluxos de síntese e degradação do NAD

A síntese de novo de NAD em macrófagos especifica a função imunológica no envelhecimento e na inflamação

O aciloma mitocondrial emerge: proteômica, regulação por sirtuínas e implicações metabólicas e patológicas

Particionamento da transcrição circadiana por SIRT6 leva ao controle segregado do metabolismo celular

Interdependência de AMPK e SIRT1 para adaptação metabólica ao jejum e exercício no músculo esquelético

Ciclo de feedback do relógio circadiano através da biossíntese de NAD+ mediada por NAMPT

Controle circadiano da via de salvamento do NAD+ por CLOCK-SIRT1

O silenciamento transcricional e a proteína da longevidade Sir2 são uma histona desacetilase dependente de NAD

Ativação da proteína desacetilase SIRT6 por ácidos graxos de cadeia longa e desacilação generalizada por sirtuínas de mamíferos

SIRT6 regula a secreção de TNF-α através da hidrólise de lisina acilada por ácidos graxos de cadeia longa

Sirtuínas mitocondriais: reguladoras da acilação proteica e do metabolismo

O panorama crescente da acetilação de lisina conecta metabolismo e sinalização celular

SIRT4 inibe a glutamato desidrogenase e se opõe aos efeitos da restrição calórica em células beta pancreáticas

O homólogo murino de Sir2, SIRT6, é uma ADP-ribosiltransferase nuclear

SIRT1 controla a transcrição do gene do coativador-1α do receptor ativado por proliferador de peroxissomo γ (PGC-1α) no músculo esquelético através do Loop Autorregulatório de PGC-1α e Interação com MyoD

SIRT1 interage funcionalmente com o regulador metabólico e coativador transcricional PGC-1α
Desacetilação de PGC-1α pela SIRT1: importância para a função muscular esquelética e biogênese mitocondrial induzida pelo exercício
Nicotinamida melhora a qualidade mitocondrial através da ativação da autofagia em células humanas
Mitofagia induzida por nicotinamida: evento mediado por alta relação NAD+/NADH e ativação da proteína SIRT1
Rumo a uma nomenclatura unificada para ADP-ribosiltransferases de mamíferos
O papel das enzimas PARP-1 e PARP-2 na regulação metabólica e nas doenças
Estrutura cristalina do fragmento catalítico da poli(ADP-ribose) polimerase-2 murina
Poli(ADP-ribose) polimerase 3 (PARP3), um novo participante na resposta celular a danos no DNA e na progressão mitótica
Poli(ADP-ribose) polimerases no reparo de quebras de fita dupla: foco em PARP1, PARP2 e PARP3
PARP-1, PARP-2 e ATM na resposta a danos no DNA: sinergia funcional no desenvolvimento do camundongo
Os papéis multifacetados da PARP1 no reparo do DNA e na remodelação da cromatina
A inibição de PARP-1 aumenta o metabolismo mitocondrial através da ativação de SIRT1
A inibição farmacológica das poli(ADP-ribose) polimerases melhora o condicionamento físico e a função mitocondrial no músculo esquelético
Uma dieta rica em gordura e NAD+ ativam Sirt1 para resgatar o envelhecimento precoce na síndrome de Cockayne
Comunicação cruzada entre poli(ADP-ribose) polimerase e enzimas sirtuínas
O direcionamento seletivo de PARP-2 inibe a sinalização do receptor de andrógeno e o crescimento do câncer de próstata através da interrupção da função de FOXA1
PARP-2 regula a expressão de SIRT1 e o gasto energético corporal total
Resíduos ácidos nos sítios ativos de CD38 e ADP-ribosil ciclase determinam as atividades de síntese e hidrólise de NAAPD
Segundos mensageiros de dinucleotídeos de adenina e sinalização de cálcio em linfócitos T
Ativação direta do canal TRPM2 pelo cADPR através de interações específicas com o bolsão de ligação de ADPR
Arquitetura do canal TRPM2 humano
Hidrólise de NADP pela CD38 plaquetária na ausência de síntese e degradação de ADP-ribose cíclica 2′-fosfato
CD38 determina o declínio de NAD relacionado à idade e a disfunção mitocondrial através de um mecanismo dependente de SIRT3
O novo eixo SCRG1/BST1 regula a autorrenovação, migração e potencial de diferenciação osteogênica em células-tronco mesenquimais
Uma análise cinética de estado pré-estacionário e estacionário da atividade de N-ribosil hidrolase de hCD157
Células senescentes promovem o declínio de NAD+ nos tecidos durante o envelhecimento através da ativação de macrófagos CD38+
CD157: de proteína imunorreguladora a potencial alvo terapêutico
Estágios discretos da diferenciação intrrímica humana: análise de timócitos normais e linfoblastos leucêmicos da linhagem de células T
O marcador de diferenciação de linfócitos CD38: nova visão sobre sua atividade ectoenzimática e seu papel como transdutor de sinal
A expressão modulada de Mo5, um antígeno de membrana plasmática mielomonocítica humana
CD38 e CD157: uma longa jornada de marcadores de ativação a moléculas multifuncionais
CD38 humano (ADP-ribosil ciclase) é um contra-receptor de CD31, um membro da superfamília Ig
CD38 humano e seu ligante CD31 definem uma via de sinalização única de linfócitos T da lâmina própria
As células de mieloma humano expressam o ligante CD38, CD31
As interações CD38/CD31 ativam vias genéticas que levam à proliferação e migração em células de leucemia linfocítica crônica
A produção de ADP-ribose cíclico pelo CD38 regula a liberação de cálcio intracelular, o influxo de cálcio extracelular e a quimiotaxia em neutrófilos e é necessária para a eliminação bacteriana in vivo
O receptor nuclear LXR limita a infecção bacteriana de macrófagos hospedeiros por meio de um mecanismo que impacta o metabolismo celular de NAD
A ecto-enzima multifacetada CD38: papéis na imunomodulação, câncer, envelhecimento e doenças metabólicas
CD157 é um importante mediador da adesão e migração de neutrófilos
O domínio Toll/interleucina-1 do receptor SARM1 possui atividade intrínseca de clivagem de NAD que promove degeneração axonal patológica
A ativação de SARM1 desencadeia a degeneração axonal localmente por meio da destruição de NAD
Sarm1/Myd88–5 regula a resposta imune intrínseca neuronal a lesões axonais traumáticas
A deficiência de Sarm1 prejudica a função sináptica e leva a déficits comportamentais, que podem ser amenizados por um modulador alostérico de mGluR
O adaptador humano SARM regula negativamente a sinalização do receptor Toll-like dependente da proteína adaptadora TRIF
A morte de células T após ativação imune é mediada por SARM localizado nas mitocôndrias
Um mimético permeável à célula de NMN ativa SARM1 para produzir ADP-ribose cíclico e induzir morte celular não apoptótica
SARM regula a produção de CCL5 em macrófagos ao promover o recrutamento de fatores de transcrição e RNA polimerase II para o promotor de Ccl5
Mutações passageiras confundem fenótipos de camundongos deficientes em SARM1
NAD no envelhecimento cerebral e distúrbios neurodegenerativos
A epidemiologia da obesidade: um panorama geral
Os riscos médicos da obesidade
A obesidade pode acelerar o processo de envelhecimento
Homeostase de NAD+ na saúde e na doença
A proteína silenciadora SIR2 e seus homólogos são deacetilases de proteínas dependentes de NAD
Uma atividade de deacetilase de proteína dependente de NAD+ filogeneticamente conservada na família de proteínas Sir2
Elevação do nível de NAD no sangue após exercício moderado em mulheres jovens e camundongos
O treinamento com exercícios aeróbicos e resistidos reverte o declínio dependente da idade na capacidade de salvamento de NAD no músculo esquelético humano
A AMPK regula o gasto energético modulando o metabolismo de NAD e a atividade de SIRT1
Efeitos do sexo, linhagem e ingestão de energia nos marcadores de envelhecimento em camundongos
A dieta cetogênica modula enzimas dependentes de NAD e reduz danos ao DNA no hipocampo
NAD controla a reprogramação circadiana por meio da translocação nuclear de PER2 para combater o envelhecimento
O precursor de NAD(+) nicotinamida ribosídeo melhora o metabolismo oxidativo e protege contra a obesidade induzida por dieta rica em gordura
Mononucleotídeo de nicotinamida, um intermediário chave de NAD, trata a fisiopatologia do diabetes induzido por dieta e idade em camundongos
A nicotinamida ribosídeo materna melhora a perda de peso pós-parto, o desenvolvimento juvenil da prole e a neurogênese da prole adulta
O estresse redutor hepático de NADH subjaz à variação comum em características metabólicas
SIRT3 regula a oxidação de ácidos graxos mitocondriais por desacetilação enzimática reversível
A deficiência de SIRT3 e a hiperacetilação de proteínas mitocondriais aceleram o desenvolvimento da síndrome metabólica
O resveratrol melhora a função mitocondrial e protege contra doenças metabólicas ao ativar SIRT1 e PGC-1alfa
Sirt1 protege contra danos metabólicos induzidos por dieta rica em gordura
A enzima CD38 (uma NAD glico-hidrolase, EC 3.2.2.5) é necessária para o desenvolvimento da obesidade induzida por dieta
O papel do metabolismo do ADP-ribose na regulação metabólica, diferenciação do tecido adiposo e metabolismo
Um inibidor potente e específico de CD38 melhora a disfunção metabólica relacionada à idade ao reverter o declínio de NAD tecidual
A biossíntese de NAD+ mediada por NAMPT em adipócitos regula a função do tecido adiposo e a sensibilidade à insulina em múltiplos órgãos em camundongos
Efeitos do ribosídeo de nicotinamida na função pancreática endócrina e hormônios incretínicos em homens não diabéticos com obesidade
A suplementação com ribosídeo de nicotinamida altera a composição corporal e as concentrações de acetilcarnitina no músculo esquelético em humanos obesos saudáveis
Inflammaging: uma nova perspectiva imunometabólica para doenças relacionadas à idade
Inflamação, metaflamação e distúrbios imunometabólicos
Inflamação crônica na etiologia de doenças ao longo da vida
Macrófagos em doenças inflamatórias crônicas relacionadas à idade
Alterações metabólicas em macrófagos envelhecidos: ingredientes para o inflammaging?
Os níveis intracelulares de NAD regulam a síntese da proteína do fator de necrose tumoral de maneira dependente de sirtuína
A síntese de salvamento de NAD+ mediada por NAMPT controla as alterações morfofuncionais dos macrófagos
A dependência de macrófagos inflamatórios no salvamento de NAD é uma consequência do dano ao DNA mediado por espécies reativas de oxigênio
O LPS protege os macrófagos do parthanatos independente de AIF pela regulação negativa da expressão de PARP1, indução da expressão de SOD2 e uma mudança metabólica para glicólise aeróbica
Autodefesa de macrófagos contra lesão oxidativa: lutando por sua própria sobrevivência
A ecto-enzima CD38 em células imunes é induzida durante o envelhecimento e regula os níveis de NAD+ e NMN
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 inflamassoma canônico Nlrp3 liga a inflamação sistêmica de baixo grau ao declínio funcional no envelhecimento
A transcriptômica de célula única de 20 órgãos de camundongo cria uma Tabula Muris
Direcionamento de macrófagos associados a tumores no câncer
NAD extracelular: um sinal de perigo que dificulta as células T reguladoras
O NAD+ extracelular molda o compartimento de células T reguladoras Foxp3+ através da via ART2-P2X7
O NAD protege contra a EAE ao regular a diferenciação de células T CD4
O NAD regula o destino das células Treg e promove a sobrevivência do aloenxerto via uma produção sistêmica de IL-10 que é independente de células T CD4 CD25 Foxp3
Expansão de células T CD8+ CD28- citotóxicas em pessoas idosas saudáveis, incluindo centenários
Células T CD28-: seu papel no declínio da função imune associado à idade
Reprogramação metabólica de células T de memória CD8 humanas através da perda de SIRT1
O eixo CD38-NAD+ regula a resposta imunoterápica de células T antitumorais
Caracterização de células T CD8+ exaustas associadas à idade definidas pelo aumento da expressão de Tim-3 e PD-1
Regulação positiva associada à idade do receptor coestimulatório negativo PD-1 em células T CD4+ de camundongos
Tendências no desenvolvimento clínico de inibidores de PD-1/PD-L1
Inibidores de checkpoint imunológico de PD-L1 como terapêutica contra o câncer
Restauração parcial da função das células T em camundongos idosos pelo bloqueio in vitro da via PD-1/PD-L1
O bloqueio de PD-1 em células CD8 subprimadas induz células PD-1CD38 disfuncionais e resistência ao anti-PD-1
Imunossupressão mediada por CD38 como mecanismo de escape de células tumorais do bloqueio de PD-1/PD-L1
Fenótipos secretores associados à senescência revelam funções não autônomas celulares do RAS oncogênico e do supressor tumoral p53
Um atlas proteômico de secretomas associados à senescência para o desenvolvimento de biomarcadores de envelhecimento
O potencial clínico de drogas senolíticas
A eliminação de células gliais senescentes previne a patologia dependente de tau e o declínio cognitivo
Células senescentes: um alvo emergente para doenças do envelhecimento
Intermediários do NAD: a biologia e o potencial terapêutico do NMN e do NR
O metabolismo do NAD governa o secretoma pró-inflamatório associado à senescência
Células T com mitocôndrias disfuncionais induzem multimorbidade e senescência prematura
Ensaio in vivo de NAD revela o conteúdo intracelular de NAD e o estado redox no cérebro humano saudável e suas dependências de idade
Mitofagia defeituosa em 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
A ribosídeo de nicotinamida restaura a cognição através do aumento da regulação do coativador 1α do receptor-γ ativado por proliferador que regula a degradação da β-secretase 1 e a expressão gênica mitocondrial em modelos de camundongos com Alzheimer
O precursor de NAD+ ribosídeo de nicotinamida resgata defeitos mitocondriais e perda neuronal em modelos de iPSC e mosca da doença de Parkinson
Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) – uma nova abordagem terapêutica para a doença de Parkinson. Comparação da aplicação oral e parenteral
Avaliação da via biossintética de NAD em pacientes com ELA e efeito da modulação dos níveis de NAD em modelos de camundongos com ELA ligada à hSOD1
Degeneração axonal durante o envelhecimento e seu papel funcional em distúrbios neurodegenerativos
Degeneração axonal como alvo terapêutico no SNC
Nmnat2 endógeno é um fator de sobrevivência essencial para a manutenção de axônios saudáveis
O comprometimento mitocondrial ativa a via Walleriana através da depleção de NMNAT2, levando à degeneração axonal dependente de SARM1
Um mecanismo local medeia a proteção dependente de NAD contra a degeneração axonal
O aumento da biossíntese nuclear de NAD e a ativação de SIRT1 previnem a degeneração axonal
NMNAT1 inibe a degeneração axonal através do bloqueio da depleção de NAD mediada por SARM1
Resgate de defeitos axonais periféricos e do SNC em camundongos com deficiência de NMNAT2
Ausência de SARM1 resgata o desenvolvimento e a sobrevivência de axônios deficientes em NMNAT2
Terapia gênica direcionada à SARM1 bloqueia degeneração axonal patológica em camundongos
Proteção axonal pela superexpressão de Nmnat3 com envolvimento da autofagia na degeneração do nervo óptico
Expressão da nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferase na matriz mitocondrial retarda a degeneração walleriana
O trabalho complexo de proteases e secretases na degeneração walleriana: além da neuregulina-1
Degeneração walleriana: uma via emergente de morte axonal que liga lesão e doença
Nicotinamida e WLD atuam juntos para prevenir neurodegeneração no glaucoma
Ativação da SIRT3 pelo precursor NAD+ nicotinamida ribosídeo protege contra perda auditiva induzida por ruído
Um aumento no precursor NAD nicotinamida mononucleotídeo (NMN) após lesão promove degeneração axonal
(−)-P7C3-S243 protege um modelo de rato da doença de Alzheimer de déficits neuropsiquiátricos e neurodegeneração sem alterar deposição amiloide ou glia reativa
Eficácia neuroprotetora de carbazóis aminopropílicos em um modelo de camundongo de esclerose lateral amiotrófica
A patologia da doença de Alzheimer é atenuada em um modelo de camundongo deficiente em CD38
Mapeamento unicelular de alta dimensionalidade de células imunes do sistema nervoso central revela subconjuntos mieloides distintos em saúde, envelhecimento e doença
Efeito da nicotinamida mononucleotídeo sobre déficits respiratórios mitocondriais cerebrais em um modelo murino relevante para a doença de Alzheimer
Camundongos knockout para CD38 mostram proteção significativa contra dano cerebral isquêmico apesar do alto nível de poli-ADP-ribosilação
Papel duplo da CD38 na ativação microglial e na morte celular induzida por ativação
CD38/ADP-ribose cíclico regula a sinalização de cálcio em astrócitos: implicações para neuroinflamação e demência associada ao HIV-1
Um atlas unicelular de macrófagos cerebrais de camundongos revela identidades transcricionais únicas moldadas pela ontogenia e ambiente tecidual
CD38 é crítico para o comportamento social ao regular a secreção de ocitocina
Um estudo imuno-histoquímico, enzimático e comportamental da CD157/BST-1 como um neuroregulador
Inflamação crônica (inflammaging) e sua contribuição potencial para doenças associadas à idade
Terapia senolítica alivia a senescência de células progenitoras de oligodendrócitos associada a Aβ e déficits cognitivos em um modelo de doença de Alzheimer
Poli(ADP-ribose)polimerase-1 modula as respostas microgliais ao β-amiloide
Tratamento com nicotinamida reduz os níveis de estresse oxidativo, apoptose e atividade de PARP-1 em um modelo de rato induzido por Aβ(1–42) da doença de Alzheimer
Efeitos do inibidor da poli(ADP-ribose) polimerase 3-aminobenzamida na barreira hematoencefálica e neurônios dopaminérgicos de ratos com doença de Parkinson induzida por lipopolissacarídeo
A ativação da poli(ADP-ribose) polimerase medeia o parkinsonismo induzido por 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetra-hidropiridina (MPTP)
Poli(ADP-ribose) polimerase 1 e proteína quinase ativada por AMP medeiam degeneração neuronal dopaminérgica progressiva em um modelo de camundongo da doença de Parkinson
A suplementação de NAD normaliza características-chave da doença de Alzheimer e respostas a danos no DNA em um novo modelo de camundongo com DA com deficiência introduzida no reparo do DNA

O mononucleotídeo de nicotinamida inibe a ativação da JNK para reverter a doença de Alzheimer

O mononucleotídeo de nicotinamida protege contra o comprometimento cognitivo e a morte neuronal induzidos por oligômeros de β-amiloide

A ribosídeo de nicotinamida, um nutriente traço em alimentos, é uma vitamina B3 com efeitos no metabolismo energético e na neuroproteção

O aumento da proteostase mitocondrial reduz a proteotoxicidade do β-amiloide

A mitofagia inibe a patologia de β-amiloide e tau e reverte déficits cognitivos em modelos da doença de Alzheimer

O aumento do metabolismo de salvamento do NAD é neuroprotetor em um modelo PINK1 da doença de Parkinson

Doses elevadas 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

Implicações do metabolismo alterado do NAD em distúrbios metabólicos

O metabolismo do NAD como alvo para a saúde metabólica: encontramos a bala de prata?

A suplementação crônica de ribosídeo de nicotinamida é bem tolerada e eleva o NAD em adultos saudáveis de meia-idade e idosos

Um ensaio clínico randomizado controlado por placebo de ribosídeo de nicotinamida em homens obesos: segurança, sensibilidade à insulina e efeitos de mobilização lipídica

Eficácia e tolerabilidade do EH301 para esclerose lateral amiotrófica: um estudo piloto humano randomizado, duplo-cego, controlado por placebo

A ribosídeo de nicotinamida aumenta o NAD metaboloma do músculo esquelético humano envelhecido e induz assinaturas transcriptômicas e anti-inflamatórias

A ribosídeo de nicotinamida promove o silenciamento de Sir2 e prolonga a vida útil através das vias Nrk e Urh1/Pnp1/Meu1 para NAD+

A via NAD+/sirtuína modula a longevidade através da ativação da UPR mitocondrial e da sinalização FOXO

O papel das sirtuínas na regulação da vida útil está ligado à metilação da nicotinamida

Jr & Smith, J. S. A depuração de nicotinamida por Pnc1 regula diretamente o silenciamento e a longevidade mediados por Sir2

A inibição da poli(ADP-ribose) polimerase mediada por nicotinamida e caspase está associada à parada do ciclo celular (G2) e apoptose independentes de p53

Mecanismo de inibição da sirtuína pela nicotinamida: alteração da especificidade do cossubstrato NAD+ de uma enzima Sir2

Possíveis efeitos adversos da nicotinamida em altas doses: mecanismos e avaliação de segurança

O aumento de NAD restaura a mitofagia e limita o envelhecimento acelerado na síndrome de Werner

A reposição de NAD+ melhora a função muscular na distrofia muscular e contrapõe a PARilação global

A reposição de NAD+ melhora a função mitocondrial e de células-tronco e aumenta a vida útil em camundongos

A administração de longo prazo de mononucleotídeo de nicotinamida mitiga o declínio fisiológico associado à idade em camundongos

A nicotinamida melhora aspectos da saúde, mas não a vida útil, em camundongos

O declínio do NAD+ induz um estado pseudo-hipóxico que interrompe a comunicação núcleo-mitocondrial durante o envelhecimento

O mononucleotídeo de nicotinamida preserva a função mitocondrial e aumenta a sobrevivência no choque hemorrágico
Comparação direta entre tratamento de curto prazo com o precursor de NAD+ nicotinamida mononucleotídeo (NMN) e 6 semanas de exercício em camundongos fêmeas obesos
A nicotinamida mononucleotídeo, um precursor de NAD, resgata a suscetibilidade associada à idade para LRA de maneira dependente da sirtuína 1
Normalização do equilíbrio redox de NAD+ como terapia para insuficiência cardíaca
A biossíntese de NAD+ mediada por NAMPT é essencial para a visão em camundongos
A nicotinamida mononucleotídeo requer SIRT3 para melhorar a função cardíaca e a bioenergética em um modelo de cardiomiopatia da ataxia de Friedreich
A suplementação com nicotinamida mononucleotídeo reverte a disfunção vascular e o estresse oxidativo com o envelhecimento em camundongos
A suplementação com nicotinamida mononucleotídeo (NMN) resgata a função endotelial cerebromicrovascular e as respostas de acoplamento neurovascular e melhora a função cognitiva em camundongos idosos
O comprometimento de uma rede de sinalização endotelial NAD+-H2S é uma causa reversível do envelhecimento vascular
Uma forma reduzida de ribosídeo de nicotinamida define um novo caminho para a biossíntese de NAD e atua como um precursor de NAD biodisponível por via oral
A recuperação de NRH e a conversão em NAD requerem atividade de cinase de NRH pela adenosina cinase
Estrutura da nicotinamida/ácido nicotínico mononucleotídeo adenililtransferase humana. Base para a dupla especificidade de substrato e ativação do agente oncolítico tiazofurina
Os produtos químicos neuroprotetores P7C3 funcionam ativando a enzima limitante da taxa na recuperação de NAD
Aumentando o NAD com uma pequena molécula que ativa a NAMPT
A síntese de novo de NAD melhora a função mitocondrial e melhora a saúde
Os benefícios da restrição calórica na longevidade e na tumorigênese quimicamente induzida são transmitidos independentemente de NQO1
O aumento do NAD celular pela ação enzimática de NQO1 melhora o comprometimento auditivo relacionado à idade
Beta-lapachona, um modulador do metabolismo de NAD, previne o declínio da saúde em camundongos idosos
Revisão dos mecanismos de ação da poli(ADP-ribose) polimerase (PARP) e fundamentação para direcionamento em câncer e outras doenças
A inibição de PARP-1 resgata a vida útil curta em C. elegans hiperglicêmico e melhora a secreção de GLP-1 em células humanas
Inibidores de PARP: a corrida está em andamento
A depleção de NAD+ é necessária e suficiente para a morte neuronal mediada pela poli(ADP-ribose) polimerase-1
O inibidor de PARP rucaparibe induz alterações nos níveis de NAD em células e tecidos hepáticos conforme avaliado por MRS
A inibição de PARP-1 previne a morte celular endotelial induzida por estresse oxidativo e nitrosativo através da transativação do receptor VEGFR2
A apigenina flavonoide é um inibidor da NAD+ase CD38: implicações para o metabolismo de NAD+ celular, acetilação de proteínas e tratamento da síndrome metabólica
A inibição de CD38 pela apigenina melhora o estresse oxidativo mitocondrial através da restauração da razão NAD/NADH intracelular e da atividade de Sirt3 em células tubulares renais em ratos diabéticos
A luteolinidina protege o coração pós-isquêmico através da inibição de CD38 com preservação de NAD(P)(H)
Um estudo piloto aberto de uma formulação contendo o flavonoide anti-inflamatório luteolina e seus efeitos no comportamento em crianças com transtornos do espectro autista
Descoberta, síntese e avaliação biológica de tiazoloquin(az)olin(on)as como potentes inibidores de CD38
Inibição de CD38 com a tiazoloquin(az)olin(on)a 78c protege o coração contra lesão pós-isquêmica
A farmacologia de CD38/NADase: um alvo emergente em câncer e doenças do envelhecimento
Nicotinamida previne patologia e declínio cognitivo em camundongos com Alzheimer: evidências de melhora na bioenergética neuronal e processamento da autofagia
Mononucleotídeo de nicotinamida inibe a degradação de NAD+ pós-isquêmica e melhora dramaticamente o dano cerebral após isquemia cerebral global
Mononucleotídeo de nicotinamida atenua a lesão cerebral após hemorragia intracerebral ao ativar a via de sinalização Nrf2/HO-1
A reposição de NAD com mononucleotídeo de nicotinamida protege a integridade da barreira hematoencefálica e atenua a transformação hemorrágica tardia induzida pelo ativador de plasminogênio tecidual após isquemia cerebral
SIRT2 induz a quinase de ponto de verificação BubR1 para aumentar a longevidade
A perda da homeostase de NAD leva à degeneração progressiva e reversível do músculo esquelético
Induzir a resposta de proteína desenovelada mitocondrial pela reposição de dinucleotídeo de adenina e nicotinamida reverte a doença hepática gordurosa em camundongos
Ribosídeo de nicotinamida melhora a metaflamação hepática ao modular o inflamassoma NLRP3 em um modelo de roedor de diabetes tipo 2
A biossíntese de dinucleotídeo de adenina e nicotinamida promove a regeneração hepática
Ribosídeo de nicotinamida, uma forma de vitamina B3 e precursor de NAD+, alivia as dimensões nociceptiva e aversiva da neuropatia periférica induzida por paclitaxel em ratas fêmeas
Ribosídeo de nicotinamida combate diabetes tipo 2 e neuropatia em camundongos
HSP90 regula o reparo do DNA por meio da interação entre XRCC1 e DNA polimerase β
NRK1 controla o metabolismo de mononucleotídeo de nicotinamida e ribosídeo de nicotinamida em células de mamíferos
Slc12a8 é um transportador de mononucleotídeo de nicotinamida
Compartimentalização subcelular e propriedades catalíticas diferenciais das três isoformas humanas de nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferase
Caracterização estrutural de uma NMN/NaMN adenililtransferase citosólica humana e implicação na biossíntese de NAD humana
Compartimentalização da sinalização dependente de NAD+
Nmnat3 é dispensável na manutenção dos níveis mitocondriais de NAD in vivo
A depleção catastrófica de NAD+ em linfócitos T ativados por inibição de Nampt reduz a desmielinização e a incapacidade na EAE
Níveis mitocondriais de NAD+ sensíveis a nutrientes determinam a sobrevivência celular
A morte celular de miócitos cardíacos dependente de poli(ADP-ribose) polimerase-1 durante a insuficiência cardíaca é mediada pela depleção de NAD+ e redução da atividade da desacetilase Sir2alfa
Em PAR com PARP: sinalização de estresse celular através de poli(ADP-ribose) e PARP-1
A via de biossíntese de NAD mediada por nicotinamida fosforribosiltransferase regula a atividade de Sir2 em células de mamíferos
Estrutura da Nampt/PBEF/visfatina, uma enzima biossintética de NAD+ em mamíferos
Secreção de eNAMPT mediada por SIRT1 do tecido adiposo regula o NAD+ hipotalâmico e a função em camundongos
A atividade de desacetilase da SIRT6 regula a atividade da NAMPT e os pools de NAD(P)(H) em células cancerosas
eNAMPT contido em vesículas extracelulares retarda o envelhecimento e prolonga a vida útil em camundongos
Clonagem e caracterização do cDNA codificante de um novo fator de potencialização de células pré-B humanas
Papéis fisiológicos e fisiopatológicos da NAMPT e do metabolismo do NAD
eNAMPT monomérico no desenvolvimento de diabetes experimental em camundongos: um alvo potencial para o tratamento do diabetes tipo 2
Nicotinamida fosforribosiltransferase/visfatina não catalisa a formação de mononucleotídeo de nicotinamida no plasma sanguíneo
Nicotinamida N-metiltransferase: mais do que uma enzima de depuração da vitamina B3
O silenciamento da nicotinamida N-metiltransferase protege contra obesidade induzida por dieta
A ativação da NNMT pode contribuir para o desenvolvimento de doença hepática gordurosa ao modular o metabolismo do NAD
O peso corporal prediz a atividade da nicotinamida N-metiltransferase na gordura de camundongos
A nicotinamida N-metiltransferase regula o metabolismo de nutrientes hepáticos através da estabilização da proteína Sirt1
Macronutrientes dietéticos de longo prazo e expressão gênica hepática em camundongos envelhecidos
Inibidor de pequena molécula da nicotinamida N-metiltransferase ativa células-tronco musculares senescentes e melhora a capacidade regenerativa do músculo esquelético envelhecido
Estimulação direta da síntese de NADP através da fosforilação da NAD quinase mediada por Akt
Alterações específicas de sexo e tecido na sinalização mTOR com a idade em camundongos C57BL/6J
Metabolismo do NAD+
a | Via biossintética do dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NAD+). Os níveis de NAD+ são mantidos por três vias biossintéticas independentes. A via da quinurenina (ou via de síntese de novo) utiliza o aminoácido dietético triptofano para gerar NAD+. O triptofano entra na célula através dos transportadores SLC7A5 e SLC36A4. Dentro da célula, o triptofano é convertido em N-formilquinurenina pela enzima limitante indolamina 2,3-dioxigenase (IDO) ou pela enzima limitante triptofano 2,3-dioxigenase (TDO). A N-formilquinurenina é transformada em l-quinurenina, que é posteriormente convertida em 3-hidroxiquinurenina (3-HK) pela quinurenina 3-monooxigenase (KMO) e em ácido 3-hidroxiantranílico (3-HAA) pela triptofano 2,3-dioxigenase (KYNU). A próxima etapa é realizada pela oxigenase do ácido 3-hidroxiantranílico (3HAO) para gerar α-amino-β-carboximucanato ε-semialdeído (ACMS). Este composto pode se condensar e rearranjar espontaneamente em ácido quinolínico, que é transformado pela fosforribosiltransferase do quinolato (QPRT) em mononucleotídeo de nicotinamida (NAMN), ponto no qual converge com a via Preiss–Handler. A via Preiss–Handler utiliza o ácido nicotínico (NA) dietético, que entra na célula através dos transportadores SLC5A8 ou SLC22A13, e a enzima fosforribosiltransferase do ácido nicotínico (NAPRT) para gerar NAMN, que é então transformado em dinucleotídeo de adenina e ácido nicotínico (NAAD) pelas nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferases (NMNAT1, NMNAT2 e NMNAT3). O processo é completado pela transformação de NAAD em NAD+ pela NAD+ sintetase (NADS). A via de reciclagem de NAD+ recicla a nicotinamida (NAM) gerada como subproduto das atividades enzimáticas das enzimas consumidoras de NAD+ (sirtuínas, poli(ADP-ribose) polimerases (PARPs) e a NAD+ glicoidrolase e as sintases de ADP-ribose cíclico CD38, CD157 e SARM1). Inicialmente, a nicotinamida fosforribosiltransferase intracelular (iNAMPT) recicla NAM em mononucleotídeo de nicotinamida (NMN), que é então convertido em NAD+ através das diferentes NMNATs. A NAM pode ser alternativamente metilada pela enzima nicotinamida N-metiltransferase (NNMT) e secretada pela urina. No espaço extracelular, a NAM é gerada como subproduto das ectoenzimas CD38 e CD157 e pode ser convertida em NMN pela NAMPT extracelular (eNAMPT). O NMN é então desfosforilado pela CD73 em ribosídeo de nicotinamida (NR), que é transportado para dentro da célula através de um transportador de nucleosídeo desconhecido (ponto de interrogação).
O NMN pode ser importado para a célula através de um transportador específico de NMN (SLC12A8 no intestino delgado). Intracelularmente, o NR forma NMN através das quinases 1 e 2 de ribosídeo de nicotinamida (NRK1 e NRK2). O NMN é então convertido em NAD+ pelas enzimas NMNAT1, NMNAT2 e NMNAT3. b | Metabolismo do NAD+ em diferentes compartimentos subcelulares. A homeostase do NAD+ é um equilíbrio entre síntese, consumo e regeneração em diferentes compartimentos subcelulares, que são regulados por enzimas consumidoras de NAD+ específicas de cada compartimento, transportadores subcelulares e reações redox. Os precursores de NAD+ entram na célula através das três vias biossintéticas (parte a). No citoplasma, a NAM é convertida em NMN pela NAMPT intracelular (iNAMPT). O NMN é então convertido em NAD+ pela NMNAT2, que é a isoforma citosol-específica dessa enzima. O NAD+ é utilizado durante a glicólise, gerando NADH, que é transferido para a matriz mitocondrial através do transporte de malato/aspartato e do transporte de gliceraldeído-3-fosfato. O NADH mitocondrial importado via transporte de malato/aspartato é oxidado pelo complexo I na cadeia de transporte de elétrons (ETC), enquanto o dinucleotídeo de flavina adenina reduzido (FADH2) resultante do transporte de gliceraldeído-3-fosfato é oxidado pelo complexo II. Recentemente, o transportador mitocondrial de NAD+ em mamíferos, SLC25A51, foi identificado, e demonstrou-se ser responsável pela captação de NAD+ intacto na organela. A via de recuperação (salvage) para NAD+ nas mitocôndrias ainda não foi totalmente elucidada, mas o papel de uma isoforma específica de NMNAT (NMNAT3) foi proposto. Nas mitocôndrias, o NAD+ é consumido pelas SIRT3–SIRT5 mitocondriais dependentes de NAD+, gerando NAM. Ainda não se sabe se a NAM pode ser convertida de volta em NMN ou convertida em NAD+ dentro da mitocôndria, ou se outros precursores podem ser transportados através da membrana mitocondrial para abastecer a síntese de NAD+. O pool nuclear de NAD+ provavelmente se equilibra com o citosólico por difusão através do poro nuclear; no entanto, a dinâmica completa ainda é amplamente inexplorada. Uma isoforma nuclear-específica de NMNAT (NMNAT1) foi descrita e faz parte da via nuclear de recuperação de NAM para NAD+. MNAM, N1-metilnicotinamida; TCA, ácido tricarboxílico.
Três principais classes de enzimas consumidoras de NAD+.
a | As sirtuínas removem grupos acil de resíduos de lisina em proteínas alvo usando dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD+) como co-substrato. O NAD+ é clivado, gerando nicotinamida (NAM) e ADP-ribose, onde a ADP-ribose serve como aceptora do grupo acil, gerando acetil-ADP-ribose (acetil-ADPR).
b | As poli(ADP-ribose) polimerases (PARP1–PARP3) usam NAD+ como co-substrato para mono(ADP-ribosil)ar ou poli(ADP-ribosil)ar proteínas alvo, gerando NAM como subproduto.
c | Reações das NAD+ glicoidrolases e sintases de ADP-ribose cíclico (cADPR) (CD38, CD157 e SARM1). A principal atividade catalítica deste grupo de proteínas é a hidrólise de NAD+ em NAM e ADP-ribose. Em menor grau, CD38, CD157 e SARM1 têm atividade de ADP-ribosil ciclase, gerando NAM e cADPR a partir do NAD+. Em condições ácidas, a CD38 também pode realizar uma reação de troca de base, substituindo a NAM do NAD(P)+ por ácido nicotínico (NA), gerando dinucleotídeo de adenina nicotínico (fosfato) (NAAD(P)). Relata-se que CD38 e CD157 são capazes de usar substratos alternativos em suas reações catalíticas. A CD38 pode degradar NMN em NAM e ribose monofosfato (RMP), enquanto a CD157 pode degradar NR, gerando NAM e ribose (R). NR, nicotinamida ribosídeo.
Metabolismo do NAD+ no envelhecimento.
A | Níveis reduzidos de dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NAD+) foram implicados em vários processos associados ao envelhecimento (ver também Caixa Suplementar 2). Aa | O envelhecimento está associado à ativação aberrante de células imunes pró-inflamatórias ou 'inflammageing', levando a uma inflamação crônica de baixo grau. Isso é causado em parte pelo acúmulo de células senescentes, que, por meio de um fenótipo secretor associado à senescência (SASP), promovem a polarização fenotípica dos macrófagos em direção a um estado M1 pró-inflamatório, impulsionando assim a inflamação. Há evidências de que, em resposta ao SASP, nesses macrófagos a expressão das enzimas consumidoras de NAD+ CD38 e poli(ADP-ribose) polimerases (PARPs) aumenta, levando ao declínio dos níveis de NAD+, e que esses mecanismos contribuem de forma importante para a diminuição dos níveis de NAD+ no envelhecimento. Além disso, foi demonstrado que em células T envelhecidas a função mitocondrial declina, e isso leva ao aumento da secreção de citocinas pró-inflamatórias que promovem o estado de inflamação e também induzem senescência. Ab | A degeneração axonal, que é um precursor de muitos distúrbios neuronais relacionados à idade, é caracterizada por rápida depleção de NAD+. Durante condições fisiológicas normais, as enzimas biossintéticas de NAD+, nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferases (NMNATs), são protetoras contra a degeneração axonal, e sua expressão suporta a manutenção dos axônios e previne a neurodegeneração. Em particular, a NMNAT2 é um importante fator de sobrevivência nos axônios, para o qual precisa ser constantemente entregue a partir do soma — onde é sintetizada — para dar conta de sua rápida renovação, e esses processos de transporte são perturbados durante a degeneração axonal. Além disso, a enzima consumidora de NAD+ SARM1 é ativada por lesão axonal e medeia a degeneração axonal ao promover a degradação de NAD+. Ac | A autofagia é um processo catabólico celular chave que permite que as células se adaptem à disponibilidade variável de nutrientes e serve no controle de qualidade celular, permitindo a remoção de organelas e proteínas defeituosas. A autofagia é regulada a jusante dos níveis de NAD+ através das sirtuínas (principalmente SIRT1). O declínio dos níveis de NAD+ reduz o fluxo autofágico geral, bem como a remoção seletiva de mitocôndrias via mitofagia, sugerindo que a autofagia defeituosa pode ser uma consequência da depleção de NAD+ durante o envelhecimento, contribuindo para a disfunção celular. B | Como o NAD+ é um cofator para várias enzimas, a perda de NAD+ impacta uma infinidade de processos celulares.
Por exemplo, o NAD+ é necessário para a atividade de reguladores epigenéticos como a SIRT1, e a diminuição do seu nível causa alterações nas modificações das histonas, afetando assim a organização e função da cromatina na expressão gênica. Há evidências de que a perda de NAD+ associada ao envelhecimento está relacionada ao aumento da expressão de PARPs, que pode ser causada pelo aumento dos níveis de danos ao DNA e pela necessidade de reparo do DNA durante o envelhecimento (painel Ba). O NAD+ também afeta a atividade transcricional dos componentes centrais do relógio circadiano CLOCK e BMAL, regulando assim a expressão circadiana de genes metabólicos importantes, bem como da nicotinamida fosforribosiltransferase (NAMPT), que por sua vez é necessária para a oscilação circadiana dos níveis de NAD+ (painel Bb). A diminuição dos níveis de NAD+ também interfere na atividade das PARPs e sirtuínas no reparo do DNA, levando à instabilidade genômica: uma marca do envelhecimento e do câncer (painel Bc). ADPR, ADP-ribose; ATG, proteína relacionada à autofagia; FOXO, proteína forkhead box O; ROS, espécies reativas de oxigênio.
Abordagens terapêuticas para restaurar os níveis de NAD+ e seu impacto na saúde.
O envelhecimento está associado à diminuição dos níveis de dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NAD+), que promovem ou exacerbam doenças relacionadas à idade. Assim, restaurar os níveis de NAD+ emergiu como uma abordagem terapêutica para prevenir e tratar doenças relacionadas ao envelhecimento e para restaurar a saúde e o vigor durante o processo de envelhecimento (parte a). Algumas estratégias potenciais que aumentam os níveis de NAD+ incluem mudanças no estilo de vida, como aumentar a prática de exercícios, reduzir a ingestão calórica, ter uma alimentação saudável e seguir um padrão consistente de ritmo circadiano diário, aderindo a hábitos de sono e horários de refeições saudáveis. Outra abordagem é o uso de inibidores ou ativadores de pequenas moléculas para impulsionar a biossíntese de NAD+ e o uso de suplementos alimentares, incluindo precursores de NAD+, como mononucleotídeo de nicotinamida e ribosídeo de nicotinamida. Todas essas abordagens promovem os níveis teciduais de NAD+ e são benéficas para a saúde. Isso inclui melhora da função tecidual e de órgãos, proteção contra declínio cognitivo, melhora da saúde metabólica, redução da inflamação e aumento de benefícios fisiológicos, como maior atividade física, que podem coletivamente prolongar o período de saúde do paciente e potencialmente a longevidade (parte b).
Estudos pré-clínicos em modelos murinos de doenças humanas utilizando estratégias de aumento de NAD+
Mecanismo de ação Composto Modelo Resultado Refs Precursores de NAD+ Nicotinamida Camundongos machos selvagens C57BL/6J alimentados com dieta rica em gordura e dieta padrão Previne a esteatose hepática induzida pela dieta e melhora o metabolismo da glicose e o estado redox no fígado. Aumenta a via das pentoses fosfato e reduz a carbonilação de proteínas. Nenhuma alteração na longevidade Camundongos 3xTgAD relevantes para a doença de Alzheimer Aumento dos níveis de antioxidantes, depuração autofagia-lisossomo e resistência ao estresse oxidativo/função/integridade mitocondrial. Diminuição dos níveis de peptídeo Aβ e tau fosforilada. Melhorias na plasticidade neuronal/função cognitiva NMN Camundongos machos selvagens C57BL/6N Inibe o ganho de peso induzido pela idade, aumenta a sensibilidade à insulina, os níveis de lipídios plasmáticos, a atividade física e o gasto energético e melhora a função mitocondrial muscular Camundongos selvagens C57BL/6J Melhora o metabolismo oxidativo mitocondrial do músculo esquelético em camundongos idosos Ratos machos Long-EvansLesão renal aguda induzida por isquemia-reperfusão ou cisplatina em camundongos Sirt1+/−, C57BL/6 e 129S2/Sv Melhora a função mitocondrial, diminui a inflamação, melhora a reserva fisiológica e diminui a mortalidade, apesar de não ter efeito significativo na pressão arterial ou dano oxidativoProtege a função renal da lesão induzida por cisplatina em camundongos selvagens, mas não em camundongos Sirt1+/− Camundongos fêmeas obesas induzidas por dieta rica em gordura Melhora a tolerância à glicose e aumenta a atividade da citrato sintase hepática e o acúmulo de triglicerídeos Camundongos estressados por constrição aórtica transversa, camundongos machos knockout condicionaisCamundongos machos knockout cardíaco-específico para Fxn (modelo de cardiomiopatia da ataxia de Friedreich) e camundongos machos Sirt3-knockout/Fkn-knockout Melhora a função mitocondrial e protege camundongos da insuficiência cardíacaMelhora as funções cardíacas e reduz o desperdício de energia e melhora a utilização de energia em camundongos Fxn-knockout, mas não em camundongos Sirt3-knockout/Fkn-knockout Camundongos Namp-knockout específicos de bastonetes, disfunção retiniana induzida por luz (129S1/SvlmJ) Resgata a degeneração retiniana e protege a retina de lesão induzida por luz Camundongos machos e fêmeas relevantes para a doença de Alzheimer (AD-Tg) Diminui os níveis de APP e aumenta a função mitocondrial Camundongos machos C57BL/6Camundongos machos C57BL/6 Melhora a dilatação dependente do endotélio da artéria carótidaResgata as respostas de acoplamento neurovascular aumentando a vasodilatação mediada por NO endotelial e melhora a memória de trabalho espacial e a coordenação da marcha Infusão intracerebroventricular de oligômero Aβ1–42 em Wister macho
camundongos transgênicos ratsAPPswe/PS1dE9 (modelo de doença de Alzheimer) e camundongos do tipo selvagem Melhora o aprendizado e a memória Melhora a função cognitiva Isquemia cerebral em camundongos C57BL/6 machos
Hemorragia intracerebral induzida por colágeno em camundongos CD1 machos
Camundongos CD1 com isquemia cerebral tratados com ativador do plasminogênio tecidual machos Reduz a morte celular de neurônios e melhora o desfecho neurológico
Reduz o edema cerebral e a morte celular e promove a recuperação do peso corporal e da função neurológica
Diminui a mortalidade, infarto cerebral, edema, apoptose e hemorragia e protege a integridade da barreira hematoencefálica Camundongos Tg(SIRT2);Bubr1H/+ machos e fêmeas Aumenta os níveis de NAD+ e restaura os níveis de BubR1 Nicotinamida ribosídeo
Camundongos C57BL/6 do tipo selvagem ou com nocaute específico do músculo de Nampt (machos ou fêmeas)
Camundongos do tipo selvagem ou mdx, e camundongos com nocaute de Mdx/Utrn
Camundongos C57BL/6 machos com nocaute específico de Sirt1 em células-tronco musculares e camundongos mdx
Homens de 70–80 anos Restaura a massa muscular, geração de força, resistência e capacidade respiratória mitocondrial em camundongos com nocaute de Nampt
Melhora a função muscular e reduz doenças cardíacas
Melhora a resistência, força de preensão e recuperação de lesão muscular induzida por cardiotoxina em camundongos idosos, induz a resposta de proteínas não dobradas mitocondriais e retarda a senescência em células-tronco, e aumenta a longevidade
Suprime níveis específicos de citocinas inflamatórias circulantes; nenhuma alteração na biogênese e metabolismo mitocondrial , Camundongos C57BL/6 do tipo selvagem alimentados com dieta rica em gordura, camundongos com nocaute hepático específico de Sirt1 alimentados com dieta rica em gordura e camundongos KK/HIJ com nocaute de Apoe alimentados com dieta rica em gordura
Camundongos C57BL/6 machos do tipo selvagem ou com nocaute hepático específico de Nampt Previne o fígado gorduroso e induz a resposta de proteínas não dobradas mitocondriais com efeitos diminuídos em camundongos com nocaute de Sirt1
Melhora a homeostase da glicose, aumenta o nível de adiponectina e reduz o nível de colesterol hepático.
Melhora a regeneração hepática, reduz a esteatose hepática e reverte o fenótipo de regeneração deficiente em camundongos knockout específicos do fígado para Nampt Ratas Sprague Dawley fêmeasCamundongos C57BL/6 selvagens machos alimentados com dieta rica em gordura Previne ou reverte a hipersensibilidade à dor induzida por paclitaxel, sem alteração na atividade locomotoraMelhora a tolerância à glicose, reduz o ganho de peso e a esteatose hepática e protege contra a neuropatia diabética Camundongos C57BL/6 selvagens ou Xpa−/−/Csa−/−Camundongos C57BL/6 selvagens e Atm−/− machosCamundongos C57BL/6 selvagens e Csbm/m machos Reduz o potencial de membrana mitocondrial e a produção de espécies reativas de oxigênioMelhora a coordenação motora e o comportamento e aumenta o número de células de Purkinje e a longevidade de camundongos Atm−/−Melhora a função de mitocôndrias isoladas do cerebelo 3xTgAD e 3xTgAD/Polb+/− camundongosNeurônios dopaminérgicos derivados de iPS de pacientes com DP relacionada a GBA Diminui os níveis de tau fosforilada, sem efeito nos níveis de Aβ, aumenta a neurogênese, LTP e função cognitiva, e reduz a neuroinflamação (NLRP3, caspase 3)Melhora a função mitocondrial ao aumentar a resposta à proteína desenovelada mitocondrial (HSP60) e aumenta a autofagia e a função lisossômica Insuficiência renal aguda induzida por cisplatina em camundongos C57Bl/6NTac Diminui os níveis de nitrogênio ureico no sangue e os níveis de marcadores de disfunção glomerular Moduladores da biossíntese de NAD+ P7C3 Linhagem celular de osteossarcoma U2OS e linhagem celular de câncer de pulmão H2122 Protege as células cultivadas da toxicidade mediada por doxorrubicina ao aumentar a atividade da NAMPT SBI-797812 Células de carcinoma pulmonar A549 e camundongos C57BL/6J machos Aumenta os níveis de NMN e NAD+ ao aumentar a atividade da NAMPT e aumenta modestamente os níveis hepáticos de NAD+ em camundongos TES-991 e TES-102524 Doença hepática gordurosa não alcoólica induzida por dieta MCD e lesão renal aguda induzida por isquemia-reperfusão em camundongos C57BL/6J selvagens machos Aumenta a síntese de novo de NAD+ ao inibir a ACMSD e aumenta as funções mitocondriais no fígado, rim e cérebro Inibidores de CD38 Apigenina Camundongos C57BL/6 selvagens alimentados com dieta rica em gordura Diminui a acetilação global de proteínas e melhora a homeostase da glicose e lipídios Luteolinidina Modelo de isquemia-reperfusão cardíaca em ratos Sprague Dawley machos Melhora a função contrátil vascular e cardíaca ao restaurar os pools de NADP(H) e NAD(H) 78c Camundongos C57Bl6 selvagens com obesidade induzida por dietaCamundongos C57BL/6 selvagensModelo de isquemia-reperfusão cardíaca em camundongos C57Bl/6J selvagens machos Eleva os níveis de NAD+ no fígado
músculoMelhora a tolerância à glicose, a função muscular, a capacidade de exercício e a função cardíaca ao atenuar as vias mTOR–p70S6K/ERK e de dano ao DNA associado aos telômerosProtege contra lesões endoteliais e de cardiomiócitos pós-isquêmicas. Melhora a preservação da função contrátil e do fluxo coronariano, e reduz o infarto
Aβ, β-amiloide; ACMSD, α-amino-β-carboximucônico ε-semialdeído descarboxilase; APP, proteína precursora amiloide; GBA, β-glucocerebrosidase; célula iPS, célula-tronco pluripotente induzida; LTP, potenciação de longa duração; dieta MCD, dieta deficiente em metionina–colina; NAD+, dinucleotídeo de nicotinamida e adenina; NMN, mononucleotídeo de nicotinamida; NAMPT, nicotinamida fosforribosiltransferase; DP, doença de Parkinson.
Ensaios clínicos humanos com foco no envelhecimento
NAD+ precursor Descrição Desenho Dose e duração No. NCT/UMIN NMN Estudo de eficácia contra sensibilidade à insulina e funções de células β em mulheres idosas Estudo randomizado, controlado por placebo, duplo-cegoMulheres na pós-menopausa e pré-diabéticasIdade 55–75 anos Administração oralAdministração de NMN a longo prazo: 250 mg diariamente por 8 semanas NCT03151239 Estudo de farmacocinética e segurança em voluntário saudável Estudo não randomizado, aberto, não controlado por placeboVoluntários saudáveis do sexo masculinoIdade de 40 a 60 anos Administração oralAdministração única de 100, 250 ou 500 mg de NMN UMIN000021309 Estudo de farmacocinética, segurança e efeitos em relação a vários níveis hormonais em voluntários saudáveis Estudo randomizado, de comparação de doses, duplo-cegoVoluntários saudáveisIdade de 50 a 70 anos Administração oralAdministração de NMN a longo prazo: 100 mg ou 200 mg por 24 semanas UMIN000025739 Estudo de farmacocinética, segurança e eficácia em relação ao metabolismo da glicose em voluntários saudáveis Estudo não randomizado, aberto, não controlado por placeboVoluntários saudáveis do sexo masculinoIdade de 40 a 60 anos Administração oralAdministração de NMN a longo prazo por 8 semanas. Dose não descrita UMIN000030609 Estudo de farmacocinética, segurança e eficácia em relação à pressão arterial e resistência física em voluntários saudáveis Estudo multicêntrico, randomizado, duplo-cego, controlado por placeboVoluntários saudáveis Idade de 40 a 65 anos Administração oralAdministração de NMN a longo prazo; 300 mg diariamente por 60 dias NCT04228640 Nicotinamida ribosídeo Estudo de segurança e eficácia em relação a atividades físicas em idosos Estudo não randomizado, aberto, cruzadoVoluntários saudáveis Idade de 55 a 79 anos Administração oralCruzamento de placebo por 6 semanas e NR 500 mg duas vezes ao dia por 6 semanas NCT02921659 Estudo de eficácia em relação a funções ósseas, musculares esqueléticas e metabólicas no envelhecimento Estudo randomizado, duplo-cego, controlado por placeboVoluntárias saudáveis do sexo femininoIdade de 65 a 80 anos Administração oral1.000 mg de NR diariamente em regime de 500 mg a cada 12 horas por 4,5 meses Após 4,5 meses, treinamento individual avançado será implementado com administração de 1.000 mg diariamente (500 mg a cada 12 horas) por mais 6 semanas.
Total de 6 meses NCT03818802 Estudo de eficácia em relação à pressão arterial sistólica elevada e rigidez arterial em adultos de meia-idade e idosos Estudo randomizado, controlado por placebo, duplo-cegoVoluntários saudáveisIdade de 50 a 79 anos Administração oralAdministração prolongada de NR: 1.000 mg diários por 3 meses NCT03821623 Estudo da fase de recuperação e melhora do desfecho após doença aguda Estudo randomizadoPacientes hospitalizados com dano tecidualIdade a partir de 18 anos Administração oralAdministração prolongada de NR: 250, 500 ou 1.000 mg diários por 3 meses NCT04110028 Estudo de farmacocinética e eficácia em relação à função cerebral, incluindo cognição e fluxo sanguíneo em pessoas com CCL Estudo randomizado Pacientes com CCL Idade a partir de 65 anos Administração oralDose de NR aumentada de 250 mg diários para 1 g diários conforme tolerado NCT02942888 Estudo do desempenho cognitivo no declínio cognitivo subjetivo e comprometimento cognitivo leve no envelhecimento Estudo cruzado, sequência de blocos randomizada, duplo-cego, controlado por placeboPacientes com CCLIdade a partir de 60 anos Administração oralAdministração prolongada de NR: 1.200 mg por 8 semanas NCT04078178 Estudo de segurança e eficácia em relação à sustentabilidade de NAD+ em idosos Estudo randomizado, controlado por placebo, duplo-cegoVoluntários saudáveisIdade de 60 a 80 anos Administração oral1XNRPT (250 mg de NR e 50 mg de pterostilbeno) uma vez ao dia ou 2XNRPT (500 mg de NR e 100 mg de pterostilbeno) duas vezes ao dia por 8 semanas NCT02678611 NAM Estudo da eficácia de uma mistura dos precursores de NAD+ NA, NAM e triptofano em relação à função física e função mitocondrial do músculo esquelético em idosos fisicamente comprometidos Estudo randomizado, duplo-cego, cruzadoVoluntários saudáveisIdade de 65 a 75 anos Administração oralAdministração prolongada de precursores de NAD+: total de 204 NE por porção em uma fonte de proteína do soro do leite por 31 dias NCT03310034 Estudo exploratório sobre alterações da proteína tau fosforilada no LCR no comprometimento cognitivo leve devido à doença de Alzheimer e demência leve da doença de Alzheimer Estudo duplo-cego, randomizado, controlado por placeboPacientes com doença de AlzheimerIdade a partir de 50 anos Administração oralAdministração prolongada de NAM: 1.500 mg diários por 48 semanas NCT03061474 Estudo de eficácia em relação à gravidade dos sintomas da doença de Parkinson Estudo duplo-cego, randomizado Pacientes com doença de Parkinson Idade a partir de 35 anos Administração oralAdministração prolongada de NAM: 200 mg diários por 18
meses NCT03808961
LCR, líquido cefalorraquidiano; CCL, comprometimento cognitivo leve; AN, ácido nicotínico; NAD+, dinucleotídeo de nicotinamida e adenina; NAM, nicotinamida; EN, equivalentes de niacina; NMN, mononucleotídeo de nicotinamida; NR, ribosídeo de nicotinamida.
Geração de NAD+ pela via de recuperação de NAM
A via de recuperação de nicotinamida (NAM) gera dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NAD+) a partir do precursor NAM ou do precursor vitamínico de NAD+ a montante, ribosídeo de nicotinamida (NR) ou mononucleotídeo de nicotinamida (NMN) (ver FIG. 1a), que podem ser encontrados em uma variedade de alimentos diários, como leite, frutas, vegetais e carne. Como o NAD+ não é permeável às células, acreditava-se que todos os precursores dietéticos, incluindo ácido nicotínico, NAM, NR e triptofano, são importados diretamente para as células e disponibilizados para a biossíntese de NAD+, com exceção do NMN. Em apoio a isso, o NMN extracelular deve ser convertido em NR pela 5'-nucleotidase CD73 antes de ser importado, criando assim uma conversão limitante de volta ao NMN intracelularmente pela quinase 1 do ribosídeo de nicotinamida (NRK1). Um estudo recente revelou a presença de um transportador específico de NMN, SLC12A8, que é altamente expresso no intestino delgado, sugerindo que o NMN representa um ponto de entrada direto na via biossintética de NAD+. Estudos adicionais são necessários para determinar a relevância fisiológica deste transportador para doenças, a cinética e os mecanismos de captação de NMN e de outros precursores de NAD+, e sua expressão e efeitos seletivos em cada tecido e/ou célula em mamíferos.
A reciclagem de NAD+ pela via de recuperação de NAM é uma etapa fundamental para restaurar os níveis de NAD+ após a degradação irreversível mediada pelas diferentes classes de enzimas consumidoras de NAD+, incluindo glicoidrolases (CD38, CD157 e SARM1), proteína desacilases (sirtuínas) e poli(ADP-ribose) polimerases (PARPs). Embora as atividades e usos do NAD+ difiram para cada uma dessas enzimas (ver FIG. 2), todas as enzimas consumidoras de NAD+ produzem NAM como subproduto da degradação de NAD+; este é convertido pela enzima da via de recuperação de NAM, nicotinamida fosforribosiltransferase (NAMPT), em NMN. O NMN também pode ser gerado a partir de NR pela NRK1 e NRK2 (REFERÊNCIAS) e convertido em NAD+ durante a última etapa da via de recuperação pelas nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferases NMNAT1, NMNAT2 e NMNAT3 (REFERÊNCIAS). Três isoformas de NMNAT possuem diferentes localizações subcelulares (NMNAT1, núcleo; NMNAT2, face citosólica do aparelho de Golgi; NMNAT3, mitocôndria) e foram relatadas como reguladoras dos níveis de NAD+ em seus respectivos compartimentos celulares, mas também influenciam outros estoques intracelulares de NAD+.
NAMPT é expressa de forma ubíqua e, na maioria das vezes, regulada positivamente em processos que dependem de altos níveis de NAD+, como a ativação de células imunes e o estresse genotóxico. A biossíntese de NAD+ mediada pela NAMPT influencia o metabolismo celular e as respostas ao estresse inflamatório, oxidativo e genotóxico ao modular as atividades das sirtuínas e da PARP. Além disso, a expressão da NAMPT é regulada pelo mecanismo do relógio circadiano (CLOCK–BMAL1) em um ciclo de feedback envolvendo a SIRT1, e isso se correlaciona com a oscilação circadiana dos níveis de NAD+ in vivo. A NAMPT existe em duas formas em mamíferos: NAMPT intracelular (iNAMPT) e NAMPT extracelular (eNAMPT). Para funcionar como uma enzima biossintética de NAD+, a NAMPT forma homodímeros. Muitos tipos celulares produzem eNAMPT, e sua secreção é ativamente regulada pela desacetilação mediada por SIRT1 ou SIRT6 no tecido adiposo e em linhagens de células cancerígenas, respectivamente. Mais recentemente, foi demonstrado que a eNAMPT é transportada em vesículas extracelulares na circulação sanguínea de camundongos e humanos (ver FIG. 1a) e é responsável por aumentar a biossíntese intracelular de NAD+ em neurônios hipotalâmicos primários. Além de seu papel na regulação da via de recuperação do NAM, a eNAMPT foi anteriormente identificada como uma suposta citocina (também conhecida como fator de realce de colônias de pré-células B (PBEF)). Os níveis de monômero de eNAMPT no soro estão aumentados em vários distúrbios imunológicos e metabólicos. No entanto, não está claro se a atividade enzimática da NAMPT é necessária para sua função semelhante a citocina. Portanto, discriminar entre as formas monomérica e dimérica da eNAMPT pode ser uma forma de resolver a controvérsia atual sobre a atividade enzimática e a função da eNAMPT. Em conjunto, esses estudos sugerem que a eNAMPT atua para manter o NAD+ em células distantes de forma autócrina e, notavelmente, também atua como um sinal endócrino para influenciar os níveis de NAD+ e a inflamação em tecidos distantes.
Catabolismo metabólico do NAD+ via NNMT e NADK
A nicotinamida N-metiltransferase (NNMT) é uma enzima que utiliza S-metiladenosina (SAM) como doador de metila para metilar o nitrogênio do anel da nicotinamida (NAM), convertendo-a em N1-metilnicotinamida (MNAM) (ver FIG. 1a). A MNAM pode ser ainda oxidada via oxidase aldeídica para produzir N1-metil-2-piridona-5-carboxamida e N1-metil-4-piridona-3-carboxamida, que, juntamente com a MNAM, são secretadas na urina. A conversão de NAM em MNAM pela NNMT efetivamente desvia a NAM de ser reciclada de volta para nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) pela via de recuperação de NAM e afeta os níveis globais de NAD+. Assim, tem havido um interesse crescente no papel da NNMT como reguladora chave dos níveis de NAD+ durante estados de doença, como obesidade, câncer e envelhecimento. Por exemplo, a expressão de NNMT aumenta no tecido adiposo branco visceral e no fígado durante a obesidade, e parece ter consequências majoritariamente negativas. Isso inclui a depleção do doador de metila SAM e de NAD+ no tecido adiposo branco e no fígado em resposta a uma dieta rica em gordura. Como resultado, o aumento da atividade da NNMT leva à redução da metilação dos promotores de genes envolvidos na fibrose e à expressão gênica aberrante de genes metabólicos e inflamatórios. Assim, a NNMT parece ser uma enzima metabólica crítica que liga o metabolismo de NAD+ ao controle da expressão gênica por meio de sua capacidade de regular os níveis de moléculas bioativas, como o consumo de NAD+ e SAM, para produzir MNAM.

O papel da NNMT na regulação de NAD+ sugere que a NNMT é importante no envelhecimento. Em apoio a isso, o homólogo da NNMT em Caenorhabditis elegans, ANMT-1, regula a produção de MNAM. Em vermes, a MNAM serve como substrato para a oxidase aldeídica GAD-3, que produz peróxido de hidrogênio, que, por sua vez, atua como um sinal de hormese para promover a longevidade. Vermes que não possuem anmt-1 não se beneficiam mais da extensão de vida dependente de sir-2.1. Esses dados sugerem que o consumo de NAD+ via NNMT é benéfico para a extensão da vida, pelo menos em C. elegans. No entanto, não está claro qual o papel da ativação da NNMT no envelhecimento de mamíferos, embora a expressão e a atividade da NNMT pareçam aumentar em roedores à medida que envelhecem. Por exemplo, nosso grupo recentemente observou um aumento na expressão do gene NNMT nos hepatócitos de camundongos envelhecidos, e um aumento semelhante foi observado em hepatócitos de camundongos mais velhos alimentados com uma dieta rica em proteína. Além disso, o tratamento de camundongos idosos com um inibidor de NNMT ativou células-tronco musculares senescentes e promoveu a regeneração muscular durante o envelhecimento. Assim, em contraste com C. elegans, em mamíferos, evidências iniciais sugerem que a NNMT pode promover doenças relacionadas ao envelhecimento. Portanto, direcionar a NNMT pode fornecer uma via terapêutica viável para tratar doenças relacionadas ao envelhecimento.
Outro destino metabólico do NAD+ é a fosforilação direta pela NAD+ quinase (NADK) para produzir NADP(H), que desempenha um papel fundamental como principal fonte de poder redutor, regulando o equilíbrio redox intracelular e processos anabólicos, como a lipogênese. Um estudo recente utilizando incorporação de marcadores isotópicos in vitro no NADP(H) mostrou que a NADK é responsável por 10% do consumo de NAD+. No entanto, o pool total de NADP+ é 20 vezes menor que o pool de NAD+. Além disso, em condições em que os níveis de NAD+ diminuem, como no envelhecimento, os níveis de NADP+ também diminuem. Assim, os níveis de NADP+ parecem estar diretamente ligados aos níveis de NAD+, subindo e descendo em conjunto, tornando improvável que a NADK seja um grande dreno de NAD+. No entanto, recentemente foi demonstrado que a NADK é um alvo direto da quinase AKT, fosforilando os resíduos Ser44, Ser46 e Ser48 e levando a uma ativação aumentada da NADK. Portanto, dado que a sinalização de AKT está anormalmente aumentada durante o envelhecimento, a ativação aberrante da NADK pode ser responsável por parte do declínio nos níveis de NAD+ durante o envelhecimento. Assim, serão necessários mais estudos para determinar o papel da NADK na regulação dos pools de NAD+ e NADP+ no envelhecimento e em doenças relacionadas à idade.