pmid: "29249689"
title: "NAD"
authors: "Yoshino J, Baur JA, Imai SI"
journal: "Cell metabolism"
pubdate: "2018 Mar 06"
doi: "10.1016/j.cmet.2017.11.002"
source: "PMC Full Text"

NAD

Autores

Yoshino J, Baur JA, Imai SI

Periodico

Cell metabolism (2018 Mar 06)

Conteudo

Intermediários de NAD+: A biologia e o potencial terapêutico de NMN e NR
A pesquisa sobre a biologia do NAD+ vem ganhando impulso, fornecendo muitos insights críticos sobre a patogênese do declínio funcional e das doenças associadas à idade. Em particular, dois intermediários-chave do NAD+, a nicotinamida ribosídeo (NR) e a nicotinamida mononucleotídeo (NMN), foram extensivamente estudados nos últimos anos. A suplementação desses intermediários de NAD+ tem mostrado efeitos preventivos e terapêuticos, melhorando as fisiopatologias e condições de doenças associadas à idade. Embora a farmacocinética e os destinos metabólicos de NMN e NR ainda estejam sob investigação intensiva, esses intermediários de NAD+ podem exibir comportamentos distintos e seus destinos parecem depender da distribuição tecidual e dos níveis de expressão das enzimas biossintéticas de NAD+, nucleotidases e transportadores putativos para cada um. Um conceito abrangente que conecta o metabolismo do NAD+ ao controle do envelhecimento e da longevidade em mamíferos foi proposto, e o cenário está agora preparado para testar se esses resultados pré-clínicos empolgantes podem ser traduzidos para melhorar a saúde humana.
Introdução
Nos últimos anos, testemunhamos um ressurgimento do interesse pela biologia do dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NAD+). Isso foi impulsionado em parte pelas descobertas de que dois intermediários da biossíntese de NAD+, a nicotinamida ribosídeo (NR) e a nicotinamida mononucleotídeo (NMN), aumentam efetivamente a concentração de NAD+ em uma variedade de tecidos, em muitos casos com efeitos benéficos ou terapêuticos. O objetivo desta revisão é resumir os avanços recentes na compreensão da biologia do NAD+, com foco nos efeitos dessas duas moléculas.
O NAD+ foi originalmente descoberto por Harden e Young em 1906 como um fator que poderia aumentar a taxa de fermentação em extratos de levedura. Ao longo dos anos seguintes, o NAD+ foi determinado como um nucleotídeo por von Euler-Chelpin e como tendo um papel em reações redox por Warburg. Elvehjem demonstrou que a nicotinamida é capaz de prevenir a pelagra canina (uma doença de deficiência de NAD+) ao contribuir para a biossíntese de NAD+, levando à eventual designação dos precursores clássicos de NAD+, nicotinamida e ácido nicotínico, como “vitamina B3”. Desde o reconhecimento do NAD+ (e do relacionado NADP+) como atores-chave no metabolismo celular, houve duas ocasiões separadas em que o número de publicações incluindo o termo “nicotinamida adenina dinucleotídeo” duplicou dentro de um período relativamente curto. A primeira ocorreu logo após Chambon, Weill e Mandel publicarem seu histórico artigo de 1963 relatando que a nicotinamida mononucleotídeo (NMN) ativava uma nova enzima nuclear dependente de DNA que sintetiza ácido poliadenílico. Suas descobertas levaram a uma série de descobertas fenomenais de poli-ADP-ribose e poli-ADP-ribose polimerases (PARPs). Durante esse período, Hayaishi e seus colegas começaram a revelar a via biossintética do NAD+ a partir do triptofano através de outro intermediário do NAD+, o ácido nicotínico mononucleotídeo, em mamíferos. Gholson também propôs o conceito de um ciclo de renovação ativo do NAD+ em 1966, prevendo “uma função importante, mas ainda desconhecida” do NAD+ no metabolismo celular. Em 1976, Rechsteiner e seus colegas forneceram evidências convincentes para a rápida renovação do NAD+, reafirmando que “parece provável que em células eucarióticas, o NAD tenha alguma outra função importante além do papel citoplasmático clássico na oxidação e redução”. Esta foi uma era empolgante na pesquisa da biologia do NAD+, mais de uma década repleta de descobertas críticas. A elucidação dessa “outra função importante” do NAD+ teve que ser aguardada até 1989 e depois 2000. Em 1989, Lee e seus colegas descobriram um novo metabólito do NAD+, o ADP-ribose cíclico, após incubação do NAD+ com extratos de ovos de ouriço-do-mar. A enzima responsável, a ADP-ribosil ciclase, foi encontrada primeiro em Aplysia em 1991 e depois em mamíferos como CD38. A segunda duplicação de artigos sobre NAD+ ocorreu entre 2000 e o presente. Em 2000, Guarente e Imai fizeram a descoberta crítica de que a SIR2 de levedura (regulador silencioso de informação 2) e um ortólogo de camundongo, SIRT1, possuem atividade de desacetilase de proteínas dependente de NAD+, alimentando novos interesses na biologia do NAD+.
De fato, a nicotinamida/ácido nicotínico mononucleotídeo adenililtransferase (NMNAT) humana, uma importante enzima biossintética de NAD+ cuja atividade foi originalmente relatada em 1952, foi finalmente isolada e totalmente caracterizada em 2001. Após essas descobertas, a nicotinamida fosforribosiltransferase (NAMPT), a enzima limitante que inicia a biossíntese de NAD+ a partir da nicotinamida em mamíferos, também foi isolada e caracterizada. Além disso, a nicotinamida ribosídeo, outro intermediário chave do NAD+, foi demonstrada como sendo incorporada ao NAD+ por meio das nicotinamida ribosídeo quinases (NRKs) por Bieganowski e Brenner em 2004. Neste início do século XXI, quase meio século após a primeira onda de entusiasmo sobre a biologia do NAD+, estamos agora em outra era empolgante deste campo científico clássico, mas recentemente revisitado.
Refletindo o rápido progresso nesta área, já existem diversos artigos de revisão excelentes sobre a biologia geral do NAD+ e sua relevância para doenças. Portanto, neste artigo de revisão, focaremos particularmente na biologia de dois intermediários-chave do NAD+, a NMN e a NR, em um contexto in vivo. Conforme mencionado acima, esses dois intermediários do NAD+ são conhecidos há muito tempo e são encontrados em uma grande variedade de alimentos do nosso dia a dia, como vegetais, frutas e carne (Figura 1A). Curiosamente, estudos recentes documentaram ambos em concentrações micromolares no leite humano e de vaca. No entanto, é relativamente recente que a importância e o potencial desses intermediários do NAD+ foram extensivamente investigados em vários modelos de roedores. Além disso, evidências crescentes sugerem que os níveis de NAD+ diminuem com a idade de forma sistêmica em diversos organismos, incluindo roedores e humanos, contribuindo para o desenvolvimento de muitas fisiopatologias associadas ao envelhecimento. Portanto, tem havido um interesse crescente no uso de intermediários do NAD+ como intervenções eficazes para amenizar ou até mesmo prevenir certos aspectos do declínio funcional associado à idade. Neste artigo de revisão, primeiro resumiremos o conhecimento atual sobre esses dois intermediários do NAD+, incluindo suas características farmacocinéticas e farmacológicas. Também discutiremos a importância fisiológica desses intermediários do NAD+ em sistemas de mamíferos e suas aplicações para o envelhecimento e doenças.
Mononucleotídeo de Nicotinamida (NMN)
A NMN é sintetizada a partir da nicotinamida, uma forma de vitamina B3 solúvel em água, e do 5′-fosforribosil-1-pirofosfato (PRPP), pela NAMPT, a enzima limitante da biossíntese de NAD+ em mamíferos (Figura 1A). A NMN também é sintetizada a partir da NR por meio de uma reação de fosforilação mediada pela NRK, que será discutida mais adiante na próxima seção. A conversão de NMN em NAD+ é catalisada pelas NMNATs (Figura 1B). Evidências acumuladas em estudos conduzidos em roedores demonstraram que a administração sistêmica de NMN aumenta efetivamente a biossíntese de NAD+ em vários tecidos periféricos, incluindo pâncreas, fígado, tecido adiposo, coração, músculo esquelético, rim, testículo, olhos e vasos sanguíneos (aorta), sob condições normais e fisiopatológicas. Embora ainda não esteja claro se a NMN pode atravessar a barreira hematoencefálica (BHE), a administração intraperitoneal de NMN aumenta rapidamente (em 15 minutos) os níveis de NAD+ em regiões do cérebro, como hipocampo e hipotálamo, sugerindo que a NMN pode atravessar a BHE e contribuir para a biossíntese de NAD+ no cérebro. Finalmente, foi relatado recentemente que a administração oral de longo prazo (1 ano) de NMN (até 300 mg/kg) é segura e bem tolerada, não causando quaisquer efeitos deletérios ou tóxicos óbvios em camundongos C57BL/6 normais do tipo selvagem.
Esses resultados sugerem que o NMN poderia oferecer amplas aplicações e potencial terapêutico. De fato, há um crescente corpo de evidências mostrando que o NMN tem efeitos benéficos em uma ampla variedade de funções fisiológicas chave e implicações terapêuticas em diversos modelos de doenças (Tabela 1).

De particular destaque são os notáveis benefícios metabólicos da administração de NMN. Estudos pioneiros sugerem que as células β pancreáticas são muito sensíveis ao declínio sistêmico de NAD+ e à administração de NMN. Uma única injeção em bolus de NMN (500 mg/kg) aumenta a secreção de insulina estimulada por glicose e, assim, melhora a tolerância à glicose em camundongos com diabetes induzido por idade e dieta, camundongos knockout heterozigotos para Nampt e camundongos selvagens idosos e com superexpressão de Sirt1 específica de células β (BESTO).

O NMN melhora não apenas a secreção de insulina, mas também a ação da insulina: o tratamento com NMN ameniza a resistência hepática à insulina induzida por dieta rica em gordura ao restaurar a biossíntese de NAD+, a atividade da SIRT1 e a expressão gênica relacionada à inflamação, estresse oxidativo e ritmos circadianos. A administração oral de NMN também aumenta a biossíntese de NAD+ no tecido adiposo e a atividade da SIRT1, e normaliza a hipoadiponectinemia grave e a resistência insulínica em múltiplos órgãos em camundongos knockout para Nampt específico de adipócitos (ANKO).

Além disso, a administração de NMN a longo prazo suprime a inflamação do tecido adiposo associada à idade e melhora a sensibilidade insulínica de todo o corpo independentemente dos efeitos no peso corporal em camundongos C57BL/6 selvagens alimentados com ração regular. Considerando que a biossíntese de NAD+ no tecido adiposo está gravemente prejudicada em camundongos obesos e idosos, esses achados sugerem que o NAD+ do tecido adiposo pode ser um bom alvo terapêutico para a resistência à insulina, que é um importante fator de risco para diabetes tipo 2 e doenças cardiovasculares.

O NMN também foi relatado por melhorar a função mitocondrial em vários órgãos metabólicos, incluindo músculo esquelético, fígado, coração e olhos. Camundongos tratados com NMN apresentam aumento da fosforilação oxidativa mitocondrial no músculo esquelético, provavelmente contribuindo para a perda de peso ao aumentar o gasto energético total. O NMN aumenta a atividade da SIRT3 e a oxidação lipídica mitocondrial hepática em camundongos mutantes circadianos e a atividade da citrato sintase hepática em camundongos obesos alimentados com dieta rica em gordura.

Um aspecto importante dos achados acima é que os animais idosos parecem ser mais responsivos ao tratamento com NMN, em comparação com animais jovens. O NMN melhora a intolerância à glicose e dislipidemia induzidas por dieta rica em gordura, o metabolismo oxidativo mitocondrial do músculo esquelético e a função endotelial, melhor em camundongos idosos do que em camundongos jovens. É concebível que o declínio associado à idade na disponibilidade de NAD+ possa sensibilizar os camundongos idosos à reposição de NAD+ pela administração de NMN. Portanto, será de grande interesse comparar cuidadosamente os efeitos metabólicos do NMN em camundongos idosos com aqueles em camundongos jovens.
Estudos recentes sugerem que o NMN melhora inúmeras funções neuronais no cérebro. A administração de NMN melhora a cognição e a memória em modelos de camundongos e ratos da doença de Alzheimer. O NMN protege os neurônios da morte celular após isquemia ou hemorragia intracerebral e atenua a perda da integridade da BHE e a transformação hemorrágica induzida pelo ativador do plasminogênio tecidual na isquemia cerebral. O NMN também restaura a degeneração retiniana grave, através das sirtuinas mitocondriais SIRT3 e SIRT5, em camundongos knockout específicos de bastonetes ou cones para Nampt. Além disso, a administração de NMN a longo prazo previne a perda associada ao envelhecimento do pool de células-tronco/progenitoras neurais no giro denteado em camundongos C57BL/6 selvagens. Curiosamente, dados obtidos de estudos de dose-resposta indicaram que doses mais baixas de NMN podem ser mais benéficas, em comparação com doses maiores para alguns desfechos neuronais. Por exemplo, 100 mg/kg de NMN melhora a atividade física melhor do que 300 mg/kg. 62,5 mg/kg de NMN trata mais eficazmente o dano cerebral induzido por isquemia do que doses mais altas (125 a 500 mg/kg). Portanto, é possível que o acúmulo local de NMN, devido à administração de altas doses de NMN, tenha impactos negativos de maneira específica para uma região cerebral ou função. De fato, dados obtidos de experimentos in vitro sugerem que o NMN promove a degeneração Walleriana, embora essa noção tenha sido recentemente contestada. Estudos futuros são aguardados para elucidar completamente a farmacocinética do NMN no cérebro e determinar o regime de dosagem ideal de NMN em cada função neuronal chave e região cerebral.

Além de seus efeitos antidiabéticos e neurológicos, a administração de NMN inibe a lesão renal aguda de maneira dependente de SIRT1, a insuficiência cardíaca e o dano ao DNA induzido por radiação, demonstrando ainda mais os benefícios pleiotrópicos do NMN. Dado que o NMN é eficaz em camundongos envelhecidos e suprime o declínio fisiológico associado à idade, será de grande importância avaliar os efeitos da administração de NMN em outras doenças associadas à idade, como câncer e sarcopenia, e no envelhecimento e longevidade per se em roedores.

Nicotinamida Ribosídeo (NR)
A contribuição direta do NR para o metabolismo do NAD+ foi primeiramente reconhecida por. Este relatório descreveu uma classe de enzimas conhecidas como quinases NR (NRKs) que podem converter NR diretamente em NMN, contornando a necessidade de NAMPT na via de recuperação (Figura 1). Como a reação catalisada pela NAMPT é limitante da velocidade, requer o uso de PRPP energeticamente caro e está sujeita à inibição por retroalimentação pelo NAD+, o NR também oferece uma oportunidade interessante para aumentar os níveis de NAD+ além do que é alcançável através do metabolismo convencional da vitamina B. Há um corpo substancial de evidências apoiando os benefícios metabólicos do NR, bem como a eficácia em uma variedade de modelos de doenças e um modesto aumento na longevidade em camundongos envelhecidos (Tabela 2).
O primeiro grande estudo sobre NR em camundongos examinou a saúde metabólica após uma dieta rica em gordura. Camundongos que receberam NR na dose de 400 mg/kg/dia na dieta foram protegidos do ganho de peso, apresentaram maior sensibilidade à insulina e tiveram aumento do conteúdo mitocondrial no músculo esquelético e no tecido adiposo marrom, em comparação com controles não tratados. Consequentemente, verificou-se que a NR conferia maior resistência e melhor tolerância ao frio nos camundongos alimentados com dieta rica em gordura. Se a NR proporciona benefícios significativos no músculo magro e saudável é menos claro, pois apenas uma tendência não significativa de aumento da resistência foi observada em camundongos alimentados com ração normal, e um estudo subsequente em ratos mostrou uma tendência à diminuição da resistência em um teste de natação forçada (também não significativa).

Foi demonstrado que a NR tem efeitos terapêuticos em vários distúrbios musculares. Apesar de não corrigir os defeitos genéticos subjacentes, a NR melhorou a abundância e a função mitocondriais em duas miopatias mitocondriais diferentes. A NR também aumentou o tempo de sobrevivência, induziu a autofagia e diminuiu a resposta mitocondrial a proteínas não dobradas em um modelo de insuficiência cardíaca induzida pela deleção cardíaca específica do receptor de transferrina. Camundongos com ausência de Nampt no músculo esquelético exibem uma síndrome progressiva de desgaste que é revertida com o fornecimento de NR na água de beber, com a resistência sendo restaurada em apenas uma semana de tratamento. Esses camundongos se assemelham histológica e transcricionalmente ao modelo mdx da distrofia muscular de Duchenne, que também foi relatado como apresentando conteúdo reduzido de NAD+ no músculo esquelético. Curiosamente, foi demonstrado posteriormente que o tratamento com NR melhora a função das células-tronco e ameniza parcialmente o fenótipo de desgaste muscular em camundongos mdx, gerando esperança de uma terapia rapidamente traduzível para a condição humana. A melhora na função das células-tronco parece ser um fenômeno geral durante o tratamento com NR e foi sugerida como base para uma pequena, mas significativa, extensão da vida útil em camundongos tratados a partir dos 2 anos de idade.

A NR melhora a saúde hepática em vários contextos. Ela reduz fortemente o acúmulo de gordura por meio de um mecanismo que envolve a indução da resposta mitocondrial a proteínas não dobradas. Além disso, reduz a inflamação, pelo menos em parte, através da diminuição da atividade do inflamassoma NLRP3, e atenua o desenvolvimento de fibrose. Além disso, verificou-se que a biossíntese de NAD+ estava prejudicada em um modelo murino de carcinoma hepatocelular, e tanto o dano ao DNA quanto a tumorigênese foram prevenidos quando a NR foi fornecida na dieta para restaurar os níveis de NAD+. No fígado em regeneração (após hepatectomia parcial), a NR reduz o acúmulo lipídico, promove a replicação de hepatócitos, aumenta o conteúdo hepático de ATP e leva a uma recuperação mais rápida do peso do fígado. Em conjunto, essas observações sugerem que o aumento do conteúdo de NAD+ pela NR é uma estratégia terapêutica promissora para melhorar a saúde hepática.
Assim como o NMN, o NR também foi relatado como tendo uma série de benefícios intrigantes no sistema nervoso. Um dos primeiros estudos a examinar os efeitos do NR in vivo revelou uma melhora impressionante na progressão da patologia da doença de Alzheimer no modelo Tg2576 da doença. O NR demonstrou prevenir a perda auditiva induzida por ruído e a retração de neuritos das células ciliadas no ouvido interno através de um mecanismo dependente de SIRT3. O NR também protege contra neuropatia diabética e induzida por quimioterapia em camundongos, aumentando as esperanças de que possa ter um papel no tratamento da dor crônica. Recentemente, foi reconhecido que a depleção de NAD+ mediada por PARP desempenha um papel importante na patogênese de distúrbios neurodegenerativos que envolvem defeitos no reparo do DNA, incluindo síndrome de Cockayne, xeroderma pigmentoso e ataxia telangiectasia. Embora o NR não seja capaz de corrigir as deficiências primárias de reparo do DNA, ele melhora dramaticamente os fenótipos em modelos de camundongos de cada uma dessas condições, mais notavelmente mais que triplicando o tempo de sobrevivência em camundongos atáxicos.

Limitações do nosso entendimento atual e possíveis efeitos prejudiciais do aumento da biossíntese de NAD+

Conforme descrito acima, é claro que tanto o NMN quanto o NR têm efeitos benéficos em múltiplas condições em roedores. De fato, existem várias condições fisiopatológicas que mostram diminuições significativas nos níveis de NAD+ tecidual (Tabela 3). Embora ambos os compostos tenham sido testados em alguns modelos, nenhuma comparação lado a lado foi realizada entre NMN e NR. Portanto, embora ambos os compostos sejam capazes de aumentar a biossíntese de NAD+, pode haver certas diferenças interessantes em seus efeitos sobre essas condições fisiopatológicas. Além disso, na grande maioria dos casos em que NMN e NR são eficazes, ainda não está claro quais mecanismos a jusante medeiam seus efeitos benéficos. O NAD+ é necessário como cosubstrato para PARPs, sirtuínas, ADP-ribosil ciclases e mono-ADP ribosiltransferases, mas também serve como cofator redox para inúmeras enzimas (Figura 1B). Em vários casos, a deleção de sirtuínas demonstrou bloquear benefícios importantes da suplementação de NAD+, apoiando um papel para essas enzimas. Em contraste, a inibição farmacológica ou genética de outras enzimas consumidoras de NAD+ importantes, como PARP1/2 e CD38, é suficiente para conferir efeitos benéficos que foram atribuídos ao aumento da disponibilidade de NAD+ tecidual. Dada a ampla gama de benefícios que foram relatados e as interações potencialmente complexas entre processos dependentes de NAD+, uma grande quantidade de trabalho será necessária para definir os mecanismos precisos que atuam a jusante da suplementação de NAD+ para promover a saúde.
Também é fundamental avaliar cuidadosamente os potenciais efeitos colaterais prejudiciais desses intermediários de NAD+. Embora o NAD+ pareça promover certas vias relacionadas ao reparo do DNA e à supressão da inflamação, medicamentos que depletam NAD+ estão atualmente em desenvolvimento como quimioterápicos contra o câncer, e pode haver o risco de que o aumento de NAD+ estimule o crescimento tumoral. Da mesma forma, um dos alvos a jusante que se acredita mediar muitos dos efeitos do NMN e do NR, a SIRT1, demonstrou ter efeitos pró-carcinogênicos ou anticarcinogênicos em diferentes contextos. Além disso, não podemos excluir a possibilidade de que o acúmulo aumentado de nicotinamida, um potente inibidor das sirtuínas, possa ter efeitos prejudiciais em camundongos tratados com NMN e NR. Também está claro que a suplementação em altas doses excede em muito a necessidade do organismo por equivalentes de niacina e, portanto, resultará em eliminação substancial pela urina. Uma via importante para a eliminação da nicotinamida é a metilação via nicotinamida N-metiltransferase, e houve pouca investigação sobre se isso pode levar à depleção de doadores de metila ao longo do tempo. Assim, são necessários mais estudos pré-clínicos e clínicos para estabelecer a segurança a longo prazo do NMN e do NR como terapêuticos humanos.
Farmacocinética in vivo do NMN e do NR
Apesar do crescente interesse em NMN e NR, sua farmacocinética in vivo permanece pouco compreendida. Apenas um punhado de estudos publicados investigou cuidadosamente a distribuição e o metabolismo de NMN ou NR em roedores ou humanos. Foi relatado que o NMN aparece rapidamente no plasma, fígado, tecido adiposo branco e pâncreas em camundongos tipo selvagem dentro de 15 minutos após uma única injeção intraperitoneal de NMN (500 mg/kg). Em seguida, o NMN é imediatamente utilizado para a biossíntese de NAD+, levando a concentrações de NAD+ marcadamente aumentadas (23 vezes) no fígado ao longo de 60 minutos. Consistememente, um estudo recente utilizando NMN isotópico duplamente marcado (C13-D-NMN) mostra que o NMN administrado por via oral é rapidamente absorvido e convertido em NAD+ em órgãos periféricos, como fígado e músculo esquelético. Além disso, dados obtidos a partir da farmacocinética sanguínea e urinária realizados em ratos sugerem que o NMN administrado por via intraperitoneal parece ser retido no corpo por mais tempo do que a nicotinamida. Embora esses achados demonstrem firmemente a biodisponibilidade do NMN in vivo, o mecanismo de captação de NMN para dentro das células ou tecidos é atualmente incerto e está em debate. Dois mecanismos foram propostos e discutidos para explicar a captação de NMN (Figura 2): Um é a captação direta de NMN presumivelmente através de transportador(es) específico(s). O outro é a desfosforilação extracelular de NMN em NR por ectonucleotidases (por exemplo, CD73) antes da captação. A primeira possibilidade é apoiada pelo fato de que a administração intraperitoneal ou oral de NMN (300–500 mg/kg) imediatamente (dentro de 5 min) aumenta o NMN no plasma e depois o conteúdo de NAD+ em órgãos periféricos, sugerindo a presença de um sistema ativo de captação de NMN no intestino e outros órgãos. Esta hipótese foi desafiada por um relatório recente utilizando camundongos knockout para Nrk1. Esses camundongos knockout não conseguem fosforilar NR em NMN, mostrando assim uma falta de aumentos efetivos na biossíntese de NAD+ no rim e tecido adiposo marrom após uma única injeção intraperitoneal de NMN (500 mg/kg), em comparação com camundongos tipo selvagem. No entanto, nesses camundongos knockout para Nrk1, o NMN ainda resulta em um aumento robusto no conteúdo de NAD+ no fígado (130% de aumento em relação aos valores basais), sugerindo que o NMN é utilizado para a biossíntese hepática de NAD+ de maneira independente de NRK1. Vários estudos in vitro mostram que a inibição química ou genética da 5′-nucleotidase ou de Nrk1/2 abole a utilização de NMN em células cultivadas.
É possível que a NMN extracelular seja transportada para células ou tecidos e utilizada para a biossíntese de NAD+ de maneira específica a tecidos e tipos celulares. Por exemplo, a NRK1 é dificilmente detectável no coração e no tecido adiposo branco. No entanto, foi demonstrado que a administração sistêmica de NMN aumenta a biossíntese de NAD+ tanto no coração quanto no tecido adiposo branco, sugerindo uma contribuição significativa da captação direta de NMN, ou uma degradação substancial em nicotinamida e ressíntese após a captação nesses órgãos. Estudos adicionais utilizando camundongos knockout para Nrk1/2 específicos de tecido, em conjunto com NMN marcada isotopicamente, devem esclarecer esses modelos.
Informações sobre a farmacocinética in vivo do NR também são limitadas. Um estudo recente de Trammell et al. utilizou abordagens direcionadas de metabolômica de NAD+ e forneceu uma análise abrangente dos efeitos da administração oral de NR em células mononucleares do sangue periférico (PBMCs) em humanos e no metabolismo hepático de NAD+ em camundongos. Neste estudo, o NR aumentou as concentrações de todos os metabólitos de NAD+ detectados nas PBMCs, exceto a nicotinamida. Curiosamente, o dinucleotídeo de adenina e ácido nicotínico (NaAD+), que não se espera ser produzido a partir do NR, apareceu com um leve atraso em relação a outros metabólitos, mas com uma alteração de magnitude muito grande devido a um nível basal baixo, tornando-o potencialmente um biomarcador atrativo para a biossíntese de NAD+. Em camundongos, os níveis hepáticos de nicotinamida, NMN e NAD+ aumentaram aproximadamente 4 vezes 6 horas após a administração oral de NR (185 mg/kg). O NR não foi detectado em PBMCs humanas ou no fígado de camundongos, presumivelmente devido à conversão rápida de NR em NMN pelas NRKs. Para compreender completamente a farmacocinética e os mecanismos de captação de NR e NMN, será de grande importância avaliar sua estabilidade na circulação sanguínea. De fato, dados obtidos de um estudo in vivo recente usando NR isotopicamente duplamente marcado (C13-D-NR) demonstram que a administração oral de NR (200 mg/kg) aumenta marcadamente as concentrações circulantes de nicotinamida sem um efeito significativo nas concentrações de NR no sangue total. NR e NAD+ duplamente marcados foram detectados no fígado, mas não no músculo esquelético, sugerindo um efeito significativo do metabolismo de primeira passagem e/ou meia-vida limitada no sangue. Além disso, foi relatado recentemente que o NR, mas não o NMN, é instável e se degrada rapidamente em nicotinamida em plasma murino ou meio de cultura contendo SBF. Embora estudos in vitro demonstrem que o NR pode ser diretamente transportado através de transportadores de nucleosídeos equilibradores (ENTs) e utilizado para a biossíntese intracelular de NAD+, uma fração substancial do NR administrado por via oral é provavelmente convertida em nicotinamida pelo metabolismo de primeira passagem no fígado ou por hidrólise na circulação sanguínea antes de sua captação em outros tecidos in vivo (Figura 2). De fato, Rowen e Kornberg relataram a degradação eficiente (a "fosforólise") do NR em nicotinamida e ribose-1-fosfato por extratos de fígado em 1951. Da mesma forma, o NMN pode ser submetido ao metabolismo de primeira passagem ou convertido em NR por ectonucleotidases e então se degradar em nicotinamida antes da captação (Figura 2). Importantemente, NMN e NR não conseguem aumentar o NAD+, mas a nicotinamida ainda pode em alguns tecidos de camundongos knockout para Nrk1, apoiando fortemente a conclusão de que pelo menos parte dos compostos administrados atinge os tecidos-alvo antes de ser degradada em nicotinamida.
Essas descobertas indicam que NMN e NR têm comportamento in vivo e cinética distintos, levando-nos às três questões pendentes a seguir: Primeiro, como NMN e NR são metabolizados no fígado e na circulação sanguínea após administração sistêmica? Segundo, existem mecanismos tecido- ou celulares específicos responsáveis pela captação de NMN e NR? Por último, existem condições particulares em que um funciona mais eficientemente que o outro? Estudos adicionais são necessários para comparar NMN e NR lado a lado, utilizando traçadores marcados isotopicamente para determinar a farmacocinética espaço-temporal dos intermediários e metabólitos de NAD+ no sangue e nos tecidos. Elucidar a farmacocinética in vivo de NMN e NR é fundamental para entender melhor os mecanismos de suas ações farmacológicas. No entanto, qual é a relevância fisiopatológica deles em sistemas de mamíferos? Na próxima seção, discutiremos essa questão importante, focando na função da NAMPT extracelular (eNAMPT), um regulador chave da biossíntese sistêmica de NAD+.
Biossíntese sistêmica de NAD+
Uma característica peculiar, mas interessante, relacionada à NMN é que a NAMPT, a enzima responsável pela produção de NMN, possui duas formas diferentes em mamíferos, a saber, NAMPT intracelular e extracelular (iNAMPT e eNAMPT, respectivamente) (Figura 1B). Quantidades consideráveis de eNAMPT existem na circulação sanguínea de camundongos e humanos, bem como no líquido cefalorraquidiano humano e no plasma seminal. Também foi relatado que muitos tipos celulares diferentes, incluindo adipócitos, hepatócitos, leucócitos, cardiomiócitos, células da glia, células epiteliais e monócitos, produzem eNAMPT. Embora não esteja claro se todos esses tipos celulares possuem mecanismos ativamente regulados para a produção de eNAMPT, tanto os adipócitos brancos quanto os marrons completamente diferenciados secretam ativamente eNAMPT, que possui uma atividade enzimática significativamente maior em comparação com a iNAMPT. Curiosamente, a iNAMPT é acetilada, e a desacetilação dependente de SIRT1 da iNAMPT na lisina 53 (K53) predispõe a proteína à secreção em adipócitos e aumenta sua atividade enzimática. O aumento induzido pelo jejum da secreção de eNAMPT do tecido adiposo é completamente abolido em camundongos knockout para Sirt1 de corpo inteiro e específicos do tecido adiposo, demonstrando a importância fisiológica dessa secreção de eNAMPT mediada por SIRT1 do tecido adiposo. Uma surpresa veio quando camundongos knockout e knockin específicos do tecido adiposo para Nampt (camundongos ANKO e ANKI) apresentaram alterações recíprocas no NAD+ hipotalâmico, na atividade de SIRT1 e na atividade física, bem como alterações nos níveis circulantes de eNAMPT. Consistentemente, a injeção sistêmica de um anticorpo neutralizante de NAMPT reduz significativamente os níveis de NAD+ hipotalâmico in vivo, enquanto a eNAMPT purificada pode aumentar o NAD+, a atividade de SIRT1 e a atividade neuronal em explantes hipotalâmicos ex vivo. Coletivamente, essas descobertas fornecem evidências convincentes de que a eNAMPT desempenha um papel sistêmico crucial na regulação remota da biossíntese e função do NAD+ hipotalâmico. Além disso, foi recentemente demonstrado que a eNAMPT derivada de monócitos desempenha um papel crítico na preservação dos níveis de NAD+ miocárdico e da atividade de SIRT1 em corações de camundongos submetidos a sobrecarga de pressão, fornecendo outra linha de evidência para a importância fisiopatológica da eNAMPT.
Para que a NAMPT funcione como uma enzima biossintética de NAD+, ela forma um dímero. De fato, a estrutura cristalina da NAMPT demonstra claramente que essa proteína pertence à classe dimérica das fosforribosiltransferases tipo II. Com base em seu tamanho, a eNAMPT circulante parece ser um dímero em condições normais. No entanto, foi relatado recentemente que os níveis séricos de eNAMPT monomérico estão seletivamente elevados em camundongos diabéticos alimentados com dieta rica em gordura. Parece que o eNAMPT monomérico contribui para a disfunção metabólica em uma condição diabética por meio de efeitos pró-inflamatórios independentes de NAD+, enquanto o eNAMPT dimérico ou seu produto NMN medeia efeitos protetores contra a disfunção metabólica. Essas descobertas provavelmente fornecem uma pista importante para resolver uma controvérsia atual sobre a importância fisiopatológica da eNAMPT como uma enzima biossintética sistêmica de NAD+ versus uma citocina pró-inflamatória e também sugerem que a eNAMPT dimérica circulante contribui para a síntese de NMN para manter a biossíntese normal de NAD+ em nível sistêmico. De fato, o NMN foi detectado no plasma de camundongos e humanos. No entanto, estudos adicionais são necessários para avaliar cuidadosamente onde e como exatamente a eNAMPT circulante sintetiza NMN. Não se sabe se NR e NRKs existem na circulação sanguínea, embora algumas células humanas cultivadas possam ser capazes de secretar NR. Certamente será de grande interesse examinar a dinâmica do NMN e do NR no sangue e no espaço extracelular sob várias condições fisiopatológicas.
Dada a importância fisiopatológica da eNAMPT e as características farmacocinéticas do NMN, um conceito interessante, denominado “NAD World”, foi proposto para o mecanismo regulatório sistêmico do envelhecimento e longevidade em mamíferos. O conceito original do NAD World foi proposto em 2009, como uma rede regulatória sistêmica que conecta o metabolismo de NAD+, o ritmo biológico e o controle do envelhecimento e longevidade em mamíferos. SIRT1 e NAMPT são dois componentes-chave que compõem o NAD World: SIRT1 funciona como um regulador metabólico crítico em muitos órgãos e tecidos diferentes em resposta a mudanças na disponibilidade de NAD+, enquanto NAMPT funciona como um marcapasso que produz uma produção circadiana oscilatória de NAD+ e ajusta finamente a atividade de SIRT1 em nível sistêmico. Nesse conceito, tanto eNAMPT quanto NMN desempenham um papel importante na regulação da biossíntese de NAD+ sistemicamente. A disponibilidade de NMN é particularmente importante para tecidos e órgãos que possuem níveis muito baixos de iNAMPT, como as células β pancreáticas e os neurônios centrais. Recentemente, esse conceito foi reformulado com novas descobertas ao longo dos últimos 8 anos, agora chamado de NAD World 2.0. O NAD World 2.0 propõe a importância das comunicações entre tecidos entre três tecidos-chave, a saber, o hipotálamo, o tecido adiposo e o músculo esquelético, para o controle do envelhecimento e longevidade em mamíferos. Nesse conceito, o NMN é hipotetizado como uma molécula sinalizadora sistêmica que mantém a robustez biológica do NAD World.
Será de grande interesse examinar se o NR e as NRKs desempenham um papel crítico na regulação da biossíntese sistêmica de NAD+. Dado que os níveis de NAD+ diminuem com a idade de forma sistêmica (Tabela 3), a suplementação de NMN ou NR para aumentar a biossíntese sistêmica de NAD+ pode ser uma intervenção anti-envelhecimento eficaz para manter as funções fisiológicas e retardar o processo de envelhecimento em mamíferos. Vários ensaios clínicos estão atualmente em andamento para avaliar os efeitos do NMN e do NR em uma ampla variedade de desfechos fisiológicos, incluindo metabolismo da glicose, sensibilidade à insulina, função cardiovascular, função imunológica e função cognitiva (https://clinicaltrials.gov). Portanto, pode não demorar muito até sabermos se o NMN e o NR podem mitigar efetivamente o declínio fisiológico ou ter efeitos terapêuticos em humanos.
Considerações finais
Nesta nova era da biologia do NAD+, estamos revisitando muitas questões antigas e, ao mesmo tempo, produzindo também muitas novas questões. Uma dessas questões na primeira categoria diz respeito à compartimentalização da biossíntese de NAD+. Por exemplo, compartimentos subcelulares, como o núcleo e as mitocôndrias, parecem possuir maquinários distintos para sintetizar NAD+. Mas, os intermediários do NAD+ são compartilhados entre diferentes compartimentos subcelulares? O NMN ou o NR realmente entram nas mitocôndrias? Se sim, como? Outra questão interessante na segunda categoria é se existem transportadores específicos para NMN e NR. Se sim, onde eles são expressos? E qual é a sua importância fisiológica e fisiopatológica no envelhecimento? Existem especificidades teciduais para o transporte de NMN e NR? Investigações intensivas estão atualmente em andamento para abordar questões antigas e novas. Como Gholson previu há mais de 50 anos, "uma função importante, mas ainda desconhecida" para o NAD+ e até mesmo para os intermediários do NAD+ pode ser descoberta. Com todos esses desenvolvimentos empolgantes no campo da biologia do NAD+, a porta está totalmente aberta para novos avanços e para a tradução desses resultados pré-clínicos notáveis em intervenções eficazes em humanos durante nossa vida.
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Interesse financeiro concorrente
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O NAD+ está cada vez mais sendo reconhecido por desempenhar um papel importante na patogênese do declínio funcional e das doenças associadas à idade. Dois intermediários-chave do NAD+, a nicotinamida ribosídeo (NR) e a nicotinamida mononucleotídeo (NMN), têm sido fundamentais para impulsionar descobertas recentes. Discutimos descobertas-chave e o futuro potencial terapêutico e translacional dessas moléculas.
Mecanismo de inibição da sirtuína pela nicotinamida: alteração da especificidade do cosubstrato NAD(+) de uma enzima Sir2
PARP-2 regula a expressão de SIRT1 e o gasto energético de todo o corpo
A inibição de PARP-1 aumenta o metabolismo mitocondrial através da ativação de SIRT1
Metabolismo do NAD+ na saúde e na doença
A nova vida de um centenário: funções de sinalização do NAD(P)
Descobertas da nicotinamida ribosídeo como nutriente e genes NRK conservados estabelecem uma via independente de Preiss-Handler para NAD+ em fungos e humanos
Inibição do silenciamento e envelhecimento acelerado pela nicotinamida, um suposto regulador negativo da sir2 de levedura e da SIRT1 humana
Alterações relacionadas à idade no metabolismo do NAD+, estresse oxidativo e atividade de Sirt1 em ratos Wistar
Ativação de SIRT3 pelo precursor de NAD(+) nicotinamida ribosídeo protege contra perda auditiva induzida por ruído
CD38 dita o declínio do NAD relacionado à idade e a disfunção mitocondrial através de um mecanismo dependente de SIRT3
O precursor de NAD(+) nicotinamida ribosídeo melhora o metabolismo oxidativo e protege contra a obesidade induzida por dieta rica em gordura
Metabolismo do NAD(+) e controle da homeostase energética: um ato de equilíbrio entre mitocôndrias e núcleo
A nicotinamida mononucleotídeo protege contra o comprometimento da função das ilhotas de camundongos mediado por citocinas pró-inflamatórias
A ativação dependente de NAD(+) de Sirt1 corrige o fenótipo em um modelo de camundongo de doença mitocondrial
As funções multifacetadas das sirtuínas no câncer
O ganho de função específico do músculo de SIRT1 aumenta as fibras de contração lenta e melhora a fisiopatologia em um modelo de camundongo de distrofia muscular de Duchenne
Ativação pela nicotinamida mononucleotídeo de uma nova enzima nuclear dependente de DNA que sintetiza ácido poliadenílico
NAD e o processo de envelhecimento: papel na vida, na morte e em tudo o que está entre eles
O microRNA-34a elevado na obesidade reduz os níveis de NAD+ e a atividade de SIRT1 ao alvejar diretamente o NAMPT
Avaliação de segurança da nicotinamida ribosídeo, uma forma de vitamina B3
A suplementação com nicotinamida mononucleotídeo reverte a disfunção vascular e o estresse oxidativo com o envelhecimento em camundongos
Resistência à insulina. Uma síndrome multifacetada responsável por NIDDM, obesidade, hipertensão, dislipidemia e doença cardiovascular aterosclerótica
Um aumento no precursor de NAD nicotinamida mononucleotídeo (NMN) após lesão promove degeneração axonal
Síntese de NAD em tecidos animais
Pelagra, uma doença de deficiência
Deletado no câncer de mama-1 regula a atividade de SIRT1 e contribui para a esteatose hepática induzida por dieta rica em gordura em camundongos
A reposição de NAD+ melhora a longevidade e a saúde em modelos de ataxia telangiectasia via mitofagia e reparo de DNA
NAD+ no Envelhecimento: Mecanismos Moleculares e Implicações Translacionais
Mitofagia defeituosa em XPA via hiperativação de PARP-1 e redução de NAD(+)/SIRT1
As quinases do ribosídeo de nicotinamida apresentam redundância na mediação do metabolismo do mononucleotídeo de nicotinamida e do ribosídeo de nicotinamida em células musculares esqueléticas
O aumento da síntese de NAD no músculo via nicotinamida fosforribosiltransferase não é suficiente para promover o metabolismo oxidativo
A perda da homeostase do NAD leva à degeneração progressiva e reversível do músculo esquelético
Os leucócitos são uma fonte importante de nicotinamida fosforribosiltransferase (NAMPT)/fator de colônia de pré-células B (PBEF)/visfatina, ligando obesidade e inflamação em humanos
A elicitação da resposta de proteína desenovelada mitocondrial pela reposição de dinucleotídeo de adenina nicotinamida reverte a doença hepática gordurosa em camundongos
Papéis fisiológicos e fisiopatológicos da NAMPT e do metabolismo do NAD
Autodestruição Axonal: Novas Conexões entre SARM1, MAPKs e Metabolismo do NAD+
O ciclo dos nucleotídeos de piridina
A IL-17A Associada à Inflamação Metabólica Causa Esteato-hepatite Não Alcoólica e Carcinoma Hepatocelular
O declínio do NAD(+) induz um estado pseudo-hipóxico que interrompe a comunicação núcleo-mitocondrial durante o envelhecimento
O ribosídeo de nicotinamida restaura a cognição através da regulação positiva da degradação da beta-secretase 1 regulada pelo coativador 1alfa do receptor ativado por proliferador de peroxissoma e da expressão gênica mitocondrial em modelos de camundongos com Alzheimer
A proteína CD73 como fonte de precursores extracelulares para a biossíntese sustentada de NAD+ em células tumorais tratadas com FK866
O Mononucleotídeo de Nicotinamida, um Precursor de NAD+, Resgata a Suscetibilidade Associada à Idade à IRA de Maneira Dependente da Sirtuína 1
Alterações no dano oxidativo, inflamação e [NAD(H)] com a idade no líquido cefalorraquidiano
Um programa transcricional dependente de NAD+ governa a auto-renovação e a resistência à radiação em glioblastoma
Relação entre os níveis de visfatina (PBEF/Nampt) no líquido cefalorraquidiano e a adiposidade em humanos
O ribosídeo de nicotinamida, uma forma de vitamina B3 e precursora de NAD+, alivia as dimensões nociceptivas e aversivas da neuropatia periférica induzida por paclitaxel em ratas fêmeas
A nicotinamida fosforribosiltransferase/visfatina não catalisa a formação de mononucleotídeo de nicotinamida no plasma sanguíneo
A Fermentação Alcoólica do Suco de Levedura. Parte II.–A Conferência do Suco de Levedura
Estudos sobre a Biossíntese de Dinucleotídeo de Adenina Nicotinamida. II. Um Papel da Carboxilase Picolínica na Biossíntese de Dinucleotídeo de Adenina Nicotinamida a partir do Triptofano em Mamíferos
Das ilhas de heterocromatina ao Mundo NAD: uma visão hierárquica do envelhecimento através das funções da Sirt1 mamífera e da biossíntese sistêmica de NAD
O Mundo NAD: uma nova rede regulatória sistêmica para o metabolismo e o envelhecimento–Sirt1, biossíntese sistêmica de NAD e sua importância
"Relógios" no Mundo NAD: NAD como um oscilador metabólico para a regulação do metabolismo e do envelhecimento
O silenciamento transcricional e a proteína da longevidade Sir2 são uma histona desacetilase dependente de NAD
NAD+ e sirtuínas no envelhecimento e doenças
A importância da NAMPT/NAD/SIRT1 na regulação sistêmica do metabolismo e do envelhecimento
O Mundo NAD 2.0: a importância da comunicação inter-tecidual mediada por NAMPT/NAD+/SIRT1 no controle do envelhecimento e longevidade em mamíferos
A deficiência do complexo I mitocondrial aumenta a acetilação de proteínas e acelera a insuficiência cardíaca
Modulando o metabolismo do NAD+, do laboratório ao leito do paciente
beta-Nicotinamida Mononucleotídeo, um Composto Candidato Antienvelhecimento, é Retido no Corpo por Mais Tempo que a Nicotinamida em Ratos
Tratamento eficaz de miopatia mitocondrial por ribosídeo de nicotinamida, uma vitamina B3
eNAMPT monomérico no desenvolvimento de diabetes experimental em camundongos: um alvo potencial para o tratamento do diabetes tipo 2
Estrutura cristalina da visfatina/fator de aprimoramento de colônias de células pré-B 1/nicotinamida fosforribosiltransferase, livre e em complexo com o agente anticancerígeno FK-866
Características moleculares da visfatina sérica e detecção diferencial por imunoensaios
O precursor NAD(+) ribosídeo de nicotinamida diminui o desempenho ao exercício em ratos
Geração, Liberação e Captação do Precursor de NAD, Ribosídeo de Ácido Nicotínico, por Células Humanas
Normalização do Equilíbrio Redox do NAD+ como Terapia para Insuficiência Cardíaca
ADP-ribosil ciclase: uma enzima que cicliza NAD+ em um metabólito mobilizador de cálcio
Determinação estrutural de um metabólito cíclico do NAD+ com atividade mobilizadora de Ca2+ intracelular
Ribosídeo de Nicotinamida Melhora a Metaflamação Hepática ao Modular o Inflamassoma NLRP3 em um Modelo Roedor de Diabetes Tipo 2
Um bolsão de ligação conservado de NAD+ que regula interações proteína-proteína durante o envelhecimento
A Biossíntese de NAD(+) Mediada por NAMPT é Essencial para a Visão em Camundongos
Efeito do mononucleotídeo de nicotinamida sobre déficits respiratórios mitocondriais cerebrais em um modelo murino relevante para a doença de Alzheimer
Mononucleotídeo de nicotinamida requer SIRT3 para melhorar a função cardíaca e a bioenergética em um modelo de cardiomiopatia da ataxia de Friedreich
Alterações associadas à idade no estresse oxidativo e no metabolismo do NAD+ em tecido humano
Administração de Longo Prazo de Mononucleotídeo de Nicotinamida Mitiga o Declínio Fisiológico Associado à Idade em Camundongos
A Via NAD(+)/Sirtuína Modula a Longevidade por meio da Ativação da UPR Mitocondrial e da Sinalização FOXO
A biossíntese de nicotinamida adenina dinucleotídeo promove a regeneração hepática
Controle circadiano da via de recuperação de NAD+ por CLOCK-SIRT1
Vias e compartimentalização subcelular da biossíntese de NAD em células humanas: desde a entrada de precursores extracelulares até a geração de NAD mitocondrial
SIRT2 induz a quinase de ponto de verificação BubR1 para aumentar a vida útil
Mononucleotídeo de nicotinamida inibe a degradação pós-isquêmica de NAD(+) e melhora drasticamente o dano cerebral após isquemia cerebral global
O ciclo circadiano de NAD+ impulsiona o metabolismo oxidativo mitocondrial em camundongos
A Nampt secretada por cardiomiócitos promove o desenvolvimento de hipertrofia cardíaca e remodelamento ventricular adverso
Perda da melhora mediada por Sirt1 na secreção de insulina estimulada por glicose associada à idade em camundongos com superexpressão de Sirt1 específica de células beta (BESTO)
Ciclo de feedback do relógio circadiano através da biossíntese de NAD+ mediada por NAMPT
NRK1 controla o metabolismo de nicotinamida mononucleotídeo e nicotinamida ribosídeo em células de mamíferos
Palestra Banting 1988. Papel da resistência à insulina na doença humana
Magnitude e significado da renovação de NAD na linhagem celular humana D98/AH2
A via de biossíntese de NAD mediada pela nicotinamida fosforribosiltransferase regula a atividade de Sir2 em células de mamíferos
Nampt/PBEF/Visfatin regula a secreção de insulina em células beta como uma enzima biossintética sistêmica de NAD
A produção de nicotinamida fosforribosiltransferase em espermatozoides humanos é influenciada pelo estágio de maturação
Fator potencializador de colônias de pré-células B, cuja expressão é regulada positivamente em linfócitos ativados, é uma nicotinamida fosforribosiltransferase, uma enzima citosólica envolvida na biossíntese de NAD
A fosforólise da nicotinamida ribosídeo
A reposição de NAD+ melhora a função muscular na distrofia muscular e contrapõe a PARilação global
Uma dieta rica em gordura e NAD(+) ativam Sirt1 para resgatar o envelhecimento prematuro na síndrome de Cockayne
O resveratrol regula diferencialmente NAMPT e SIRT1 em células de hepatocarcinoma e hepatócitos humanos primários
Caracterização da nicotinamida mononucleotídeo adenilil transferase (NMNAT) recombinante humana, uma enzima nuclear essencial para a síntese de NAD
Efeitos de uma ampla gama de concentrações de nicotinamida ribosídeo (NR) na dieta sobre a flexibilidade metabólica e o tecido adiposo branco (TAB) de camundongos alimentados com uma dieta levemente obesogênica
Efeito antitumoral da inibição combinada de NAMPT e CD73 em um modelo de câncer de ovário
Semelhanças nas sequências de aminoácidos da ADP-ribosil ciclase de Aplysia e do antígeno de linfócito humano CD38
Ablação específica de Nampt em células-tronco neurais adultas recapitula seus defeitos funcionais durante o envelhecimento
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
A nicotinamida ribosídeo é única e oralmente biodisponível em camundongos e humanos
A nicotinamida ribosídeo se opõe ao diabetes tipo 2 e à neuropatia em camundongos
A inibição da síntese de novo de NAD(+) pelo URI oncogênico causa tumorigênese hepática através de danos ao DNA
Comparação direta do tratamento de curto prazo com o precursor de NAD(+) nicotinamida mononucleotídeo (NMN) e 6 semanas de exercício em camundongos fêmeas obesas
Quantificação simultânea de nicotinamida ribosídeo, nicotinamida mononucleotídeo e nicotinamida adenina dinucleotídeo no leite por um novo ensaio acoplado a enzimas
NAD(+) no envelhecimento, metabolismo e neurodegeneração
Estrutura de Nampt/PBEF/visfatin, uma enzima biossintética de NAD+ de mamíferos
A nicotinamida mononucleotídeo protege contra o comprometimento cognitivo induzido por oligômeros de beta-amiloide e a morte neuronal
Os Efeitos Inibitórios da Cor da Batata-Doce Roxa na Inflamação Hepática Estão Associados à Restauração dos Níveis de NAD(+) e à Atenuação da Ativação do Inflamassoma NLRP3 em Camundongos Tratados com Dieta Hiperlipídica

O 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 por tPA após isquemia cerebral

Cardiomiopatia Letal em Camundongos com Deficiência do Receptor de Transferrina no Coração

Biologia do NAD+ no tecido adiposo na obesidade e resistência à insulina: Do mecanismo à terapia

O mononucleotídeo de nicotinamida, um intermediário da síntese de NAD+, protege o coração contra isquemia e reperfusão

Metabolismo do NAD+: Bioenergética, sinalização e manipulação para terapia

A biossíntese de NAD(+) dependente de Nampt extracelular derivada de monócitos protege o coração contra sobrecarga pressórica

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

A secreção de eNAMPT mediada por SIRT1 do tecido adiposo regula o NAD(+) hipotalâmico e sua função em camundongos

O mononucleotídeo de nicotinamida, um intermediário chave do NAD(+), trata a fisiopatologia do diabetes induzido por dieta e idade em camundongos

A reposição de NAD(+) melhora a função mitocondrial e das células-tronco e aumenta a longevidade em camundongos

A visfatina extracelular possui atividade enzimática de nicotinamida fosforribosiltransferase e é neuroprotetora contra lesão isquêmica

A deficiência de NAD(+) hepática como alvo terapêutico para a doença hepática gordurosa não alcoólica no envelhecimento

O ensaio de NAD in vivo revela os teores intracelulares de NAD e o estado redox no cérebro humano saudável e suas dependências da idade

Intermediários do NAD+, enzimas biossintéticas e mediadores a jusante

(A) O mononucleotídeo de nicotinamida (NMN) e a nicotinamida ribosídeo (NR) são compostos naturais que aumentam efetivamente a biossíntese de NAD+ e trazem benefícios à saúde. Em mamíferos, o NMN é sintetizado a partir da nicotinamida pela enzima limitante da taxa, a nicotinamida fosforribosiltransferase (NAMPT). O NMN também é sintetizado a partir da NR por meio de uma reação de fosforilação mediada pela quinase NR (NRK). O NMN é então convertido em NAD+ pelas nicotinamida mononucleotídeo adenililtransferases (NMNATs).
(B) A NAMPT possui duas formas distintas: NAMPT intracelular e NAMPT extracelular (iNAMPT e eNAMPT, respectivamente). iNAMPT está presente no citoplasma e no núcleo. eNAMPT é secretada por múltiplos tipos celulares, incluindo adipócitos e células imunes. eNAMPT é totalmente ativa como uma enzima biossintética de NAD+ capaz de catalisar a geração de NMN, enquanto também foi relatado que atua como uma citocina inflamatória independente da atividade catalítica. A nicotinato fosforribosiltransferase (NaPRT) catalisa a primeira etapa na via de Preiss-Handler, que converte ácido nicotínico em NAD+, e a síntese de novo a partir do triptofano ocorre através de uma série complexa de etapas que terminam com a conversão do dinucleotídeo de adenina do ácido nicotínico (NaAD+) em NAD+ pela NAD+ sintase dependente de glutamina. NRK1 e NRK2 convertem NR em NMN, que pode então ser alvo das NMNAT1–3. NMNAT1 é exclusivamente nuclear. Foi relatado que NMNAT2 se localiza no complexo de Golgi e nas vesículas sinápticas, e é predominantemente expressa em neurônios. NMNAT3 é a única enzima biossintética de NAD+ que demonstrou estar localizada na matriz mitocondrial, exceto em eritrócitos, onde é expressa no citosol. NAD+ é consumido por enzimas dependentes de NAD+, como as poli-ADP-ribose polimerases (PARPs), sirtuínas, CD38/157 e outras glicoidrolases de NAD+, e reações redox.
Captação de NMN e NR in vivo
A conversão e degradação extracelulares de NMN e NR e seus possíveis mecanismos de captação estão indicados. Veja detalhes no texto. eNAMPT, nicotinamida fosforribosiltransferase extracelular; iNAMPT, NAMPT intracelular; ENTs, transportadores de nucleosídeos equilibrativos.
Efeitos da administração de NMN in vivo
Modelo Sexo Dose Duração Resultado Ref
Camundongos knockout heterozigotos para Nampt fêmea 500 mg/kg (IP) Única Melhorou a tolerância à glicose e a secreção de insulina.
Camundongos com superexpressão específica de Sirt1 em células β (BESTO) fêmea 500 mg/kg (IP) Única Melhorou a tolerância à glicose e a secreção de insulina.
Camundongos obesos induzidos por dieta rica em gordura (HFD) fêmea macho 500 mg/kg (IP) 7–10 dias Melhorou a tolerância à glicose e a sensibilidade à insulina (fêmea). Melhorou a tolerância à glicose e a secreção de insulina (macho).
Camundongos diabéticos induzidos por idade fêmea macho 500 mg/kg (IP) 11 dias Única Melhorou a sensibilidade à insulina e o perfil lipídico plasmático (camundongos fêmeas diabéticos induzidos por HFD). Melhorou a tolerância à glicose e a secreção de insulina (camundongos machos diabéticos de ocorrência natural).
Camundongos alimentados com dieta rica em frutose macho 500 mg/kg (IP) Única Melhorou a secreção de insulina e inibiu a inflamação.
C57BL/6J não especificado 500 mg/kg (IP) 7 dias Aumentou o metabolismo oxidativo mitocondrial do músculo esquelético em camundongos idosos.
Camundongos knockout para Bmal1 não especificado 250 mg/kg (IP), 500 mg/kg (IP) Única 10 dias Aumentou a respiração mitocondrial hepática.
Camundongos knockout cardíaco-específico para Ndufs4 (cKO) não especificado 500 mg/kg (IP) 3 dias Diminuiu a acetilação de proteínas mitocondriais e melhorou a sensibilidade da transição de permeabilidade mitocondrial (mPTP).
Camundongos injetados com vetor de adenovírus superexpressando miR-34a macho 500 mg/kg (IP) 10 dias Melhorou a tolerância à glicose e aumentou a expressão de genes da β-oxidação de ácidos graxos.
Camundongos C57BL/6N macho 100, 300 mg/kg (água de beber) 12 meses Manteve o pool de células-tronco/progenitoras neurais.
Lesão cardíaca por isquemia/reperfusão em camundongos C57BL/6J não especificado 500 mg/kg (IP) Uma vez ou 4 vezes Reduziu a área de infarto após lesão por isquemia/reperfusão.
Camundongos relevantes para doença de Alzheimer (AD-Tg) fêmea e macho 100 mg/kg (SC) 28 dias (em dias alternados) Diminuiu os níveis de proteína precursora amiloide (APP) e aumentou a função mitocondrial.
Camundongos knockout específico de adipócitos para Nampt (ANKO) fêmea 500 mg/kg (IP). Única Restaurou a atividade física.
Isquemia cerebral em camundongos C57BL/6 macho 31.25500 mg/kg (IP) Única Reduziu a morte celular de neurônios e melhorou o resultado neurológico (observou-se que 62,5 mg/kg induziu o melhor resultado).
Camundongos C57BL/6 macho 300 mg/kg (água de beber) 8 semanas Melhorou a dilatação dependente do endotélio da artéria carótida.
Camundongos knockout específico de bastonetes para Nampt, disfunção retinal induzida por luz (129S1/SvlmJ) não especificado 150 mg/kg (IP) 300 mg/kg (IP) 4 semanas 10 dias Melhorou a função retinal.
degeneração e protegeu a retina contra lesão induzida por luz.
Camundongos knockout específicos de adipócitos para Nampt (ANKO) fêmea 500 mg/kg (água de beber) 6–8 semanas Melhorou a sensibilidade à insulina em múltiplos órgãos, aumentou a produção de adiponectina e diminuiu a produção de ácidos graxos livres.
Camundongos obesos induzidos por dieta rica em gordura fêmea 500 mg/kg (IP) ~17 dias Melhorou a tolerância à glicose, a atividade da citrato sintase hepática e o acúmulo de triglicerídeos.
Camundongos submetidos a constrição aórtica transversa (TAC) e camundongos cKO macho 500 mg/kg (IP) 33 dias (a cada três dias) Melhorou a função mitocondrial e protegeu os camundongos contra insuficiência cardíaca.
Camundongos C57BL/6NTac selvagens e camundongos knockout Nrk1 ou duplo knockout Nrk1/2 macho 50, 500 mg/kg (IP) Dose única Falhou em aumentar as concentrações de NAD+ no rim e no tecido adiposo marrom de camundongos knockout.
Camundongos C57BL/6N macho 100, 300 mg/kg (água de beber) 12 meses Inibiu o ganho de peso induzido pela idade, melhorou a sensibilidade à insulina e os lipídios plasmáticos, e aumentou a atividade física, o gasto energético e a função mitocondrial muscular.
Infusão intracerebroventricular de oligômero Aβ1–42 em ratos Wistar (modelo de doença de Alzheimer) macho 500 mg/kg (IP) 10 dias Melhorou o aprendizado e a memória.
Camundongos transgênicos APPswe/PS1dE9 (modelo de doença de Alzheimer) e camundongos selvagens não especificado 100 mg/kg (SC) 28 dias (em dias alternados) Melhorou a função cognitiva.
Hemorragia intracerebral induzida por colágeno (cICH) em camundongos CD1 macho 300 mg/kg (IV) 300 mg/kg (IV e IP) Dose única 7 dias Reduziu o edema cerebral e a morte celular (uma dose) e promoveu a recuperação do peso corporal e da função neurológica (7 dias).
Camundongos C57BL/6J idosos e camundongos C57BL/6J jovens irradiados não especificado 500 mg/kg (IP) 2000 mg/kg (VO) 7 dias 8 dias Reduziu o dano ao DNA e protegeu contra alterações induzidas por irradiação nas contagens de glóbulos brancos, linfócitos e hemoglobina.
Lesão renal aguda induzida por isquemia-reperfusão ou cisplatina em camundongos knockout heterozigotos (+/−) para Sirt1, camundongos C57BL/6 e camundongos 129S2/Sv não especificado 500 mg/kg (IP) 4 dias Protegeu a função renal de lesão induzida por cisplatina em camundongos selvagens, mas não em camundongos Sirt1 (+/−).
Camundongos knockout cardíacos específicos para Fxn (FXN-KO) (modelo de cardiomiopatia da ataxia de Friedreich) e camundongos Sirt3-KO/FKO-KO macho 500 mg/kg (IP) 4–5 semanas (duas vezes por semana) Melhorou as funções cardíacas e reduziu o desperdício de energia e melhorou a utilização de energia em camundongos FXN-KO, mas não em camundongos Sirt3-KO/FKO-KO.
Isquemia cerebral tratada com ativador do plasminogênio tecidual em camundongos CD1 macho 300 mg/kg
(IP) Único Melhorou mortalidade, infarto cerebral, edema, apoptose, hemorragia e integridade da BHE.
Abreviações: IP, intraperitoneal; SC. subcutâneo; IV, intravenoso; PO, por via oral.
Efeitos da administração de NR in vivo
Modelo de camundongo Sexo Dose Duração Desfecho Ref Camundongos C57BL/6 obesos alimentados com ração ou dieta rica em gordura macho ~400 mg/kg (dieta) 12 semanas Redução do ganho de peso, melhora da sensibilidade à insulina. Camundongos Tg2576 (modelo de doença de Alzheimer, fundo C57BL/6) não especificado ~250 mg/kg (dieta) 3 meses Retardo do declínio cognitivo. Camundongos "Deletor" (mutante Twinkle causando miopatia mitocondrial, fundo C57BL/6) macho ~400 mg/kg (dieta) 4 meses pré ou pós-manifestação Indução da biogênese mitocondrial e estímulo da resposta mitocondrial a proteínas desenoveladas Camundongos knockin Sco2 knockout E129K não especificado ~400 mg/kg (dieta) 4 semanas Melhora da resistência e da capacidade respiratória mitocondrial no músculo Camundongos knockin humanos com interação RBP5 não convencional (indutível, específico do fígado) não especificado ~500 mg/kg (dieta) 9–57 semanas Prevenção de danos ao DNA e desenvolvimento tumoral no fígado quando administrado precocemente, regressão tumoral quando administrado tardiamente 4 ou 18 meses de idade, camundongos C57BL/6 selvagens e Csbm/m macho 500 mg/kg (IP) 1 semana Melhora da função de mitocôndrias isoladas do cerebelo. 3 meses de idade, camundongos C57BL/6 selvagens ou Xpa−/−/Csa−/− (CX) não especificado 500 mg/kg (SC) 14 dias Redução do potencial de membrana mitocondrial e ROS (Observou-se também que o genótipo CX é letal se os camundongos forem desmamados para ração dura e NR na água de beber das mães não conseguiu resgatar.) Camundongos 129/SvEv com deleção cardíaca específica do receptor de transferrina (causando insuficiência cardíaca) não especificado 750 mg/kg (IP) P5-morte (até 10 dias) Aumento do tempo de sobrevida, redução da resposta mitocondrial a proteínas desenoveladas, aumento da autofagia. Camundongos KK/HIJ macho 100 mg/kg (bomba osmótica) 7 dias Melhora da homeostase da glicose, aumento da adiponectina e redução do colesterol hepático. Camundongos C57BL/6, Balb/c, CBA, C57BL/6 Sirt3 KO não especificado 1000 mg/kg (IP) 5 dias antes e/ou 14 dias após lesão por ruído (injeção duas vezes ao dia) Proteção contra perda auditiva temporária ou permanente induzida por ruído em todas as linhagens selvagens, mas não em Sirt3 KO Camundongos C57BL/6 selvagens e com deleção hepática específica de Sirt1 alimentados com dieta rica em gordura e sacarose, ApoE KO alimentados com dieta rica em gordura e colesterol macho ~400 mg/kg (dieta) 2–18 semanas Prevenção ou reversão de fígado gorduroso e indução da resposta mitocondrial a proteínas desenoveladas com efeitos diminuídos em Sirt1 KO. Camundongos C57BL/6 alimentados com ração, dieta rica em gordura ou dieta rica em gordura + estreptozotocina macho 3000 ppm na dieta 8 semanas Melhora da tolerância à glicose, redução do ganho de peso, redução da esteatose hepática, proteção contra neuropatia. Camundongos C57BL/6 jovens, idosos, células-tronco musculares
KO de Sirt1 específico de célula, mdx em fundo C57BL/10SnJ macho 400 mg/kg (dieta) 6–8 semanas, ou morte com 2 anos de idade Melhorou resistência, força de preensão e recuperação de lesão muscular induzida por cardiotoxina em camundongos idosos, induziu a resposta mitocondrial de proteínas não dobradas e atrasou a senescência em células-tronco, aumentou a longevidade C57BL/6J alimentados com HFD macho 200 mg/kg (dieta) 4 semanas Reduziu acúmulo de lipídios e fibrose no fígado C57BL/6 selvagem ou KO de Nampt específico de músculo macho e fêmea ~400 mg/kg (água potável) 6 semanas Restaurou massa muscular, geração de força, resistência e capacidade respiratória mitocondrial em KO de Nampt. Camundongos C57BL/6, humanos saudáveis macho (camundongos), não especificado (humanos) 185 mg/kg (gavagem oral), 500 mg/kg (IP), 1000 mg (PO) Único, 6 dias (camundongos), único, 7 dias (humanos) Incorporação direta de NR intacto em NAD+ hepático (camundongos), nenhuma detecção de NAD+ ou metabólitos precursores no plasma (humanos) Ratos Sprague-Dawley macho e fêmea 5000 mg/kg (gavagem), 7505000 mg/kg (gavagem), 300~3000 mg/kg (gavagem) Único, 14 dias, 90 dias Perfil de toxicidade semelhante ao da nicotinamida, afetando fígado, rins, ovários e testículos, sem efeitos adversos observados abaixo de 1000 mg/kg/dia. Selvagem e mdx C57BL/10SnJ, mdx/utrophin KO macho 400 mg/kg (dieta) 8–13 semanas Melhorou função muscular e reduziu patologia cardíaca Camundongos C57BL/6 selvagens ou KO de Nampt específico do fígado macho 400 mg/kg (água potável) 14 dias antes e 2 dias após hepatectomia parcial Melhorou regeneração hepática, reduziu esteatose hepática, reverteu o fenótipo de regeneração pobre em camundongos KO de Nampt específico do fígado Camundongos C57BL/6 selvagens e Atm−/− macho 12 mM (água potável) 14 dias Melhorou coordenação motora, comportamento, número de células de Purkinje e aumentou dramaticamente a longevidade (Atm−/−) Camundongos knockin de interator de RBP5 não convencional humano (induzível, específico do fígado), camundongos C57BL/6 alimentados com dieta rica em gordura não especificado ~500 mg/kg (dieta) 5 semanas (3–8 semanas de idade) Diminuiu danos ao DNA e infiltração de células inflamatórias no fígado Ratos Wistar macho 300 mg/kg (gavagem) 21 dias Diminuição não significativa no desempenho de natação Camundongos C57BL/6NTac selvagens e KO de Nrk1, ou KO duplo de Nrk1/2 macho 500 mg/kg, 50 mg/kg (IP) 1 hora Alguma degradação de NR para NAM detectável no plasma Camundongos C57BL/6JRcc alimentados com dieta moderada/alta em gordura macho 5–900 ppm (dieta) 30 ppm por 4 semanas, depois estratificados para grupos de teste por 15 semanas Melhorou flexibilidade metabólica. Ratos Sprague-Dawley injetados com paclitaxel ou veículo fêmea 400 mg/kg (dieta) 5 dias antes e 7 dias após a injeção de paclitaxel Preveniu neuropatia periférica induzida por paclitaxel e alodinia mecânica, preveniu redução de NAD+ nos gânglios da raiz dorsal
(gavagem) 7 dias antes e 24 dias após o paclitaxel, ou 21 dias começando 14 dias após o paclitaxel Prevenção ou reversão da hipersensibilidade à dor induzida por paclitaxel, sem efeito significativo na atividade locomotora basal (rotarod ou campo aberto) Camundongos ICR wt alimentados com dieta rica em gordura por 18 semanas macho 300 mg/kg (gavagem) 2 semanas Reduziu o estresse hepático do RE induzido pela dieta rica em gordura
Abreviações: IP, intraperitoneal; SC. Subcutâneo; PO, por via oral.
Condições nas quais a diminuição de NAD+ foi documentada
Doença/Condição Tecido Concentração de NAD+ (% do normal) Ref Envelhecimento Músculo ~30–35% (22 mo), ~40–45% (30 mo), ~60–65% (32 mo) ~80–85% (25–31 mo) ~65–70% (24 mo) ~50% (24 mo) Fígado ~85–90% (25–31 mo) ~85–90% (12 mo), ~75–80% (20 mo), ~70–75% (<45 vs. >60 humanos) inalterado (12 mo), ~40–50% (24 mo) 55–60% (32 mo) ~60% (24 mo) Tecido adiposo 55–60% (32 mo) 70–75% (25–31 mo) Cérebro 63–66% (12 mo), ~90% (aos 70 anos vs. 20 com base em regressão) Pâncreas ~80–85% Baço 35–40% (32 mo) Coração inalterado (12 mo), ~30–40% (24 mo) Rim inalterado (12 mo), ~15–20% (24 mo) Pulmão inalterado (12 mo), ~20–25% (24 mo) LCR ~91% (<45 vs. >=45 humanos) Obesidade Fígado ~50–60% inalterado ~30–35% ~80–85%, ~50–55% Tecido adiposo ~15–20% Músculo inalterado ~80–85% mdx (modelo de distrofia muscular de Duchenne) Músculo ~70–75% ~45–50% Superexpressão de hURI (transgene oncogênico que leva a carcinoma hepatocelular espontâneo) Fígado ~25% Lesão por ruído Cóclea ~40–50% Regeneração hepática Fígado ~60–70% Camundongos mutantes Atm (modelo de ataxia telangiectasia) Cerebelo ~40%
Os valores são estimados a partir de gráficos quando não declarados na referência citada. Na maioria dos casos, uma diminuição de NAD+ não pode ser distinguida de uma mudança na razão NAD+/NADH, e em pelo menos alguns casos, o efeito de uma mudança redox parece ser importante (por exemplo, nas alterações relacionadas à idade relatadas por Braidy et al. e na diminuição de NAD+ no cérebro humano.