Science Advances：静脉注射or口服？代谢流深度解析抗衰老明星分子NAD+的合成机制

烟酰胺核糖和烟酰胺单核苷酸通过肠肝循环促进NAD⁺的合成

2025年3月，富山大学和南阿拉巴马大学等单位的研究人员在《Science Advances》（IF:11.7）上发表了题为“Nicotinamide riboside and nicotinamide mononucleotide facilitate NAD⁺ synthesis via enterohepatic circulation”的研究论文，通过代谢组和代谢流的联用揭示了烟酰胺单核苷酸（NMN）和烟酰胺核糖（NR）是通过意想不到的代谢途径间接转化为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化形式，NAD⁺）的。

亮点概述：

口服的大部分NR和NMN会在肝脏中降解为NA，并通过Preiss-Handler 途径转化为NAD⁺。
口服的NR并不会直接促进骨骼肌中NAD⁺的合成，而从NR水解得到的NAM可能是骨骼肌中NAD⁺合成的一个来源。
静脉注射的NR在骨骼肌中可以直接转化为NAD⁺，而其中一部分会降解为NAM，然后再转化为NAD⁺。
肠肝循环是肝脏中NAD⁺合成的重要途径。

研究背景：

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化形式，NAD⁺）是一种功能多样的分子，与氧化还原反应、蛋白质翻译后修饰、分子信号传导和 mRNA 稳定性相关。提高或恢复NAD⁺水平对延缓生理衰老及其相关疾病（包括肥胖、肌肉退化和神经退行性疾病）有益。补充NAD⁺前体是一种简单方便的策略，可激活NAD⁺合成并提高NAD⁺水平。与经典的NAD⁺前体（如烟酰胺（NAM）和烟酸（NA））相比，NMN和NR被认为能更有效地提高NAD⁺水平。在人类和啮齿动物中，NAD⁺前体通常通过口服给药。然而，在一些临床试验中，补充NR和NMN对衰老和与年龄相关的疾病的疗效甚微或没有效果，这表明有必要进一步研究NAD⁺的代谢。

为了揭示口服NMN和NR的代谢途径，研究人员在单次灌胃NMN和NR后，进行了NAD⁺代谢组的时间进程分析。结果表明，小肠中主要通过补救途径直接吸收NMN和NR来合成NAD⁺。肝脏中NAD⁺代谢组的时间变化过程，与之前的研究结果一致。口服NMN和NR会增加肝脏和大肠中脱酰胺代谢物（NA，烟酸核糖NAR，烟酰胺单核苷酸NAMN和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAAD等）的水平，从而促进这些组织中 NAD⁺的合成。通过对无菌（GF）小鼠口服灌胃的方式给予NMN和NR，并检测其肝脏中的NAD⁺代谢组。结果表明，在大肠中微生物群生成 NA，从而促进肝脏中NAD⁺的合成。研究人员通过给烟酸磷酸核糖转移酶（Naprt）基因敲除（KO）小鼠口服灌胃NMN，并在给药3小时后检测其肝脏中的NAD⁺代谢组。数据表明，NMN主要是被肠道微生物群转化为NA，而非NAMN，并通过Preiss-Handler 途径生成NAD⁺。

口服的NMN和NR是从小肠直接被吸收的

使用上述方法中断了正常的代谢流，并且可能导致代谢途径出现非生理性的迂回。因此，研究人员合成了稳定同位素标记的[m+6] NR和[m+8] NMN，并在口服灌胃3小时后对肝脏中的各种NAD⁺代谢物进行动态追踪，以揭示这些 NAD⁺前体的自然代谢命运。口服灌胃[m+6] NR的实验中，研究人员观察到肝脏中[m+6]的NAD⁺、NMN和NR水平仅有小幅增加，这证实了NR直接转化为NAD⁺的情况非常少见。相比之下，大多数增加的NAD⁺标记为[m+1]、[m+3]和[m+4]，这表明NAD⁺是由[m+1]和[m+3]的NA以及[m+4]的NAM生成的。相应地，大多数增加的NAAD、NAMN和NA也标记为[m+1]和[m+3]，这表明NR被水解为NAM，随后被肠道微生物群转化为NA。此外，大多数增加的NR、NMN和NAM标记为[m+1]和[m+4]。这些数据暗示，[m+1] NAD⁺被NAD⁺消耗酶水解为[m+1] NAM，随后通过补救途径转化为NR和NMN。口服[m+8] NMN的结果与口服[m+6] NR类似。这些数据进一步支持了研究人员的观点，即口服的大部分NR和NMN会在肝脏中降解为NA，并通过Preiss-Handler 途径转化为NAD⁺。

追踪研究口服的稳定同位素标记的NMN和NR，发现肠道微生物群和Preiss-Handler 途径是肝脏中NAD⁺的主要合成途径

口服的NAD⁺前体物质在经过肝脏之后，会进一步被运输到外周器官。骨骼肌被认为是NAD⁺补充疗法的一个重要靶器官。先前的研究表明，补救途径是骨骼肌中NAD⁺合成的主要途径。为揭示口服的NAD⁺前体物质在骨骼肌中的代谢命运，研究人员进行了NAD⁺代谢组学的时间进程分析，发现脱酰胺前体物质并非NAD⁺合成的主要来源。口服[m+6] NR 3小时后的WT小鼠骨骼肌中，[m+6] NR的水平显著升高，但[m+6] NAD⁺的升高幅度极低；[m+0]、[m+1]和[m+4] NAD⁺的水平显著升高；[m+1]和[m+4] NAM的水平也显著升高。口服的NR并不会直接促进NAD⁺的合成，而从NR水解得到的NAM可能是骨骼肌中NAD⁺合成的一个来源。口服[m+8] NMN 3小时后WT小鼠骨骼肌中结果与口服[m+6] NR类似。

与肝脏相比，通过口服的方式使骨骼肌中NAD⁺水平升高的效果并不理想。因此，研究人员希望研究静脉注射这些前体物质是否能有效且直接地提高肝脏和骨骼肌中的NAD⁺水平。研究人员对小鼠静脉注射给予NR和NMN，血清、肝脏和骨骼肌中均观察到脱酰胺代谢物和NAD⁺水平升高。通过对抗生素（Abx）处理过的小鼠、Naprt KO小鼠静脉注射NR和NMN，发现肠道微生物群在肝脏的NAD⁺合成中起着重要作用，而骨骼肌中的NAD⁺合成则独立于Preiss-Handler 途径。在WT小鼠静脉注射NR和[m+8] NR示踪实验中，发现静脉注射的NR在骨骼肌中可以直接转化为NAD⁺，而其中一部分会降解为NAM，然后再转化为NAD⁺。

NR会被肌肉摄取，并部分参与NAD⁺的合成

即使静脉注射NAD⁺前体物质，脱酰胺的NAD⁺代谢物的生成仍依赖于肠道微生物群。静脉注射的NAD⁺前体物质会分泌到胃肠道中。然而，从血液到胃肠道的分泌途径仍不清楚。所以研究人员进一步研究了胆汁是否参与了NAD⁺前体物质向肠腔的分泌过程。研究人员检测了正常情况下WT小鼠胆汁中的NAD⁺代谢物，发现NR含量最为丰富，其次是NAM和N-甲基-2-吡啶酮-5-羧酰胺（2-PY）。静脉注射NR后，NAM和NR的水平增加，但NMN水平不增加；静脉注射NMN也会大幅增加NAM的水平，但 NMN 的增加幅度很小。静脉注射[m+4] NAM进行动态追踪，结果表明在肝脏中，NAM会迅速转化为NR和NAD⁺，胆汁中NR的[m+4]部分显著增加。这些数据暗示过量的NAM会迅速分泌到胆汁中，并被肠道微生物群转化为NA，然后从大肠重新吸收。对WT小鼠进行了胆管结扎（BDL）后的代谢组数据也表明肠肝循环是肝脏中NAD⁺合成的重要途径。