NAD+: koenzym, biosynteza, sirtuiny i co pokazują badania

NAD+ (dinukleotyd nikotynamidoadeninowy) to koenzym występujący we wszystkich żywych komórkach. Jako partner redoks przenosi elektrony w metabolizmie energetycznym, a jednocześnie służy jako substrat dla enzymów takich jak sirtuiny, PARP i CD38. Ponieważ w badaniach komórkowe poziomy NAD+ spadają z wiekiem, NAD+ jest jednym z głównych tematów badań nad długowiecznością.

Wbrew powszechnemu przekonaniu NAD+ nie jest peptydem, lecz dinukleotydem: to dwa nukleotydy połączone mostkiem fosforanowym, jeden z nikotynamidem, drugi z adeniną. Zapytanie „NAD+ peptyd” pokazuje, jak często NAD+ wymienia się jednym tchem z peptydami badawczymi – biochemicznie należy on jednak do innej klasy substancji.

Ten artykuł wyjaśnia, jak NAD+ powstaje i jest zużywany, które rodziny enzymów od niego zależą, co badania mówią o zmianach związanych z wiekiem i czym NAD+ różni się od swoich prekursorów NMN i NR. Wszystkie stwierdzenia są poparte pracami przeglądowymi i badaniami pierwotnymi.

Czym jest NAD+? Budowa i podstawowa funkcja

NAD+ składa się z rybonukleotydu nikotynamidowego i adenozynomonofosforanu, połączonych wiązaniem pirofosforanowym. „+” oznacza formę utlenioną z dodatnio naładowanym pierścieniem pirydyniowym. Gdy NAD+ przyjmuje jon wodorkowy, powstaje forma zredukowana NADH.

NAD+ jako koenzym redoks

W swojej klasycznej roli NAD+ przechodzi między formą utlenioną a zredukowaną i w ten sposób przenosi elektrony z jednej reakcji do następnej – na przykład w glikolizie, w cyklu kwasu cytrynowego oraz przy dostarczaniu elektronów do mitochondrialnego łańcucha oddechowego^[1]. W tych reakcjach NAD+ nie jest zużywany, lecz jedynie przekształcany; stosunek NAD+ do NADH uznaje się za ważny wskaźnik komórkowego stanu redoks.

NAD+ jako cząsteczka sygnałowa

Od lat 2000. na pierwszy plan wysuwa się druga rola: NAD+ jest kosubstratem enzymów, które rozszczepiają tę cząsteczkę, uwalniając przy tym nikotynamid. Rajman i współpracownicy opisują więc NAD+ jako cząsteczkę sygnałową, której poziom zmienia się m.in. w zależności od przyjmowania pokarmu, aktywności fizycznej i pory dnia^[7]. W przeciwieństwie do reakcji redoks NAD+ jest tu rzeczywiście zużywany i musi zostać odtworzony.

Biosynteza NAD+: de novo, Preiss-Handler i salvage

Komórki ssaków dysponują kilkoma szlakami wytwarzania NAD+. Prace przeglądowe wyróżniają zasadniczo trzy^[2][4]:

Szlak odzysku i NAMPT

Ilościowo w wielu tkankach dominuje szlak odzysku: nikotynamid uwalniany w reakcjach sirtuin, PARP i CD38 jest przekształcany przez NAMPT w mononukleotyd nikotynamidu (NMN), a następnie przez NMNAT z powrotem w NAD+. W 2004 roku Revollo, Grimm i Imai wykazali na fibroblastach mysich, że NAMPT stanowi etap ograniczający szybkość tego szlaku: zwiększona ilość NAMPT podnosiła komórkową zawartość NAD+ i aktywność transkrypcyjną sirtuiny Sir2α, natomiast zwiększona ilość NMNAT – nie^[3]. Tym samym doświadczalnie wykazano bezpośredni związek między biosyntezą NAD+ a funkcją sirtuin.

Mechanizm działania: sirtuiny, PARP i CD38

Pytanie o „działanie” NAD+ można naukowo sformułować jako pytanie o enzymy, które wykorzystują NAD+. W centrum uwagi znajdują się trzy rodziny^[1][2]:

Sirtuiny (SIRT1–7)

Sirtuiny to zależne od NAD+ deacylazy, które usuwają grupy acetylowe i inne grupy acylowe z białek, w tym z histonów, czynników transkrypcyjnych i enzymów mitochondrialnych. Ponieważ potrzebują NAD+ jako kosubstratu, ich aktywność zależy od dostępności NAD+. Siedem sirtuin ssaków różni się przedziałem komórkowym i spektrum substratów: SIRT1 występuje głównie w jądrze, SIRT3–SIRT5 w mitochondriach.

PARPs

Polimerazy poli(ADP-rybozy), w szczególności PARP1, przenoszą jednostki ADP-rybozy z NAD+ na białka docelowe i uczestniczą w wykrywaniu i naprawie uszkodzeń DNA. Przy silnej aktywacji PARP mogą zużywać znaczne ilości NAD+. Massudi i wsp. badali tę zależność w tkance ludzkiej (zob. poniżej)^[5].

CD38

CD38 to NADaza, która przekształca NAD+ m.in. w ADP-rybozę i cykliczną ADP-rybozę. W 2016 roku Camacho-Pereira i wsp. opisali w modelach mysich, że ekspresja i aktywność CD38 rosną z wiekiem oraz że CD38 jest niezbędny dla związanego z wiekiem spadku NAD+ i towarzyszącej mu dysfunkcji mitochondrialnej – częściowo za pośrednictwem SIRT3^[6]. Autorzy zidentyfikowali ponadto CD38 jako główny enzym rozkładający prekursor NMN in vivo.

Związany z wiekiem spadek NAD+: co mówią badania

To, że poziom NAD+ spada z wiekiem, opisują prace przeglądowe dla kilku organizmów modelowych, w tym gryzoni i ludzi^[2]. Verdin podsumował w 2015 roku, że komórkowe stężenia NAD+ zmieniają się z wiekiem, a modulacja zużycia lub wytwarzania NAD+ w modelach zwierzęcych może wpływać na długość życia i okres życia w zdrowiu^[1].

Tkanka ludzka: badanie Massudi i wsp.

Jedno z często cytowanych badań na ludziach analizowało próbki skóry 49 osób w wieku od 0 do 77 lat, pobrane podczas niezwiązanych z tym zabiegów chirurgicznych^[5]. Opisano wyraźną ujemną korelację między zawartością NAD+ a wiekiem u mężczyzn i kobiet. U mężczyzn aktywność PARP rosła z wiekiem i korelowała odwrotnie z zawartością NAD+; u kobiet zależności te były słabiej zaznaczone. Badanie ma charakter korelacyjny i ogranicza się do jednej tkanki, dostarcza jednak danych z materiału ludzkiego, a nie z modeli zwierzęcych.

Mechanistyczne próby wyjaśnienia

• Zwiększone zużycie: większa aktywność PARP wskutek narastających uszkodzeń DNA^[5] oraz rosnąca aktywność CD38^[6].
• Zmieniona biosynteza: omawia się m.in. zmniejszoną wydajność szlaku odzysku zależnego od NAMPT^[4].
• Pytania otwarte: Covarrubias i wsp. podkreślają, że wciąż nie wiadomo, jak poziom NAD+ jest regulowany w starszym wieku, czy jego przywracanie jest bezpieczne i czy rzeczywiście przyniosłoby korzyści starzejącym się ludziom^[2].

Więcej informacji o tej dziedzinie badań znajdziesz w dziale Badania nad długowiecznością.

NAD+ vs. NMN i NR: porównanie prekursorów

W literaturze badawczej oprócz samego NAD+ bada się przede wszystkim dwa prekursory: mononukleotyd nikotynamidu (NMN) i rybozyd nikotynamidu (NR). Yoshino, Baur i Imai opisują, że oba związki pośrednie różnią się zachowaniem, a ich los zależy od rozmieszczenia enzymów biosyntezy w tkankach, od nukleotydaz i od przypuszczalnych transporterów; farmakokinetyka i szlaki metaboliczne wciąż są przedmiotem intensywnych badań^[4].

Rajman i wsp. podsumowali dowody in vivo dotyczące cząsteczek podnoszących poziom NAD w modelach zwierzęcych^[7]. Dane te dotyczą zwierząt doświadczalnych; porównanie ma charakter czysto biochemiczny i nie stanowi stwierdzenia na temat suplementów diety ani ich korzyści. W wielu zagadnieniach badawczych – takich jak kinetyka enzymów, testy sirtuin czy badania stabilności – właściwą substancją referencyjną jest sam NAD+.

„NAD+ infuzja”: kontekst tego zapytania

Duża część zapytań w wyszukiwarkach dotyczących NAD+ odnosi się do infuzji. Należy tu wyraźnie zaznaczyć: NAD+ od SunPept jest przeznaczony wyłącznie do badań (Research Use Only). Nie podajemy żadnych informacji o infuzjach, stosowaniu u ludzi, dawkowaniu ani etapach przygotowania i rozcieńczania. Oferty takich zastosowań podlegają zupełnie innym ramom prawnym i medycznym i nie są przedmiotem tego artykułu.

Dane dotyczące bezpieczeństwa z badań

Dla NAD+ jako chemikaliu badawczego nie istnieją dane dotyczące bezpieczeństwa, które można by przenieść na stosowanie u ludzi. Cytowane tu prace przeglądowe wskazują, że kluczowe pytania pozostają otwarte: Covarrubias i wsp. wprost wymieniają jako niewyjaśnioną kwestię, czy przywracanie poziomu NAD+ jest bezpieczne i czy przyniosłoby korzyści starzejącym się ludziom^[2]. Yoshino et al. zwracają uwagę, że nie jest jasne, czy wyniki przedkliniczne w ogóle dają się przenieść na ludzi^[4]. Konkretne zdarzenia niepożądane z kontrolowanych badań z samym NAD+ nie są opisane w przeanalizowanych źródłach.

Zakup do celów badawczych

SunPept oferuje NAD+ w formie liofilizowanej: NAD+ Vial (fiolka) 500 mg lub 1000 mg oraz w formie wstępnie rozpuszczonej: NAD+ Pen 500 mg . Raporty z analiz Janoshik są podlinkowane na stronach produktów. Zalety i wady obu formatów w pracy laboratoryjnej omawia nasz artykuł Vial vs. Pen.

Wysyłka odbywa się z Czech do krajów UE; płatność następuje w formie przedpłaty, a przy składaniu zamówienia potwierdzasz wykorzystanie wyłącznie do celów badawczych. Aktualne ceny znajdziesz na stronach produktów. To, czy zakup jest dozwolony w Twoim kraju, zależy od substancji i celu wykorzystania – neutralny przegląd zawiera nasz artykuł o sytuacji prawnej substancji badawczych (to nie jest porada prawna).

Najczęściej zadawane pytania

Czym jest NAD+ w prostych słowach?

NAD+ to koenzym występujący w każdej żywej komórce. Przenosi elektrony w reakcjach metabolicznych, na przykład w glikolizie i łańcuchu oddechowym, a ponadto jest zużywany jako substrat przez enzymy takie jak sirtuiny, PARP i CD38. Pod względem chemicznym jest dinukleotydem złożonym z nukleotydu nikotynamidowego i adeninowego.

Czy NAD+ jest peptydem?

Nie. NAD+ jest dinukleotydem i nie składa się z aminokwasów. Często wymienia się go razem z peptydami badawczymi, ponieważ również jest badany w ramach badań nad długowiecznością i oferowany w podobnych formatach, takich jak Vial (fiolka) czy Pen. Biochemicznie należy jednak do grupy koenzymów nukleotydowych.

Jaka jest różnica między NAD+ a NADH?

NAD+ to forma utleniona, a NADH – forma zredukowana tego samego koenzymu. W reakcjach metabolicznych NAD+ przyjmuje elektrony i przechodzi w NADH, który przekazuje te elektrony dalej, na przykład do łańcucha oddechowego. W badaniach stosunek obu form uznaje się za wskaźnik stanu redoks komórki.

Czy poziom NAD+ spada z wiekiem?

Prace przeglądowe opisują związany z wiekiem spadek NAD+ w kilku organizmach modelowych, w tym u gryzoni i ludzi. W badaniu próbek ludzkiej skóry zawartość NAD+ korelowała ujemnie z wiekiem. Jako przyczyny omawia się zwiększone zużycie przez PARP i CD38 oraz zmienioną biosyntezę.

Czy istnieją informacje o dawkowaniu NAD+?

Nie. NAD+ jest oferowany przez SunPept wyłącznie do badań (Research Use Only), a my nie podajemy żadnych informacji o dawkowaniu, infuzji ani innym stosowaniu. Stężenia i parametry doświadczenia określa dany protokół naukowy, który planuje i za który odpowiada właściwa instytucja badawcza.

Jaka jest różnica między NAD+, NMN i NR?

NMN i NR to prekursory, z których komórki mogą wytwarzać NAD+ szlakiem odzysku (salvage pathway). NR jest fosforylowany do NMN, a NMN następnie przekształcany w NAD+. NAD+ jest właściwym koenzymem. Według literatury przeglądowej sposób metabolizowania prekursorów w różnych tkankach wciąż jest przedmiotem intensywnych badań.

W jakich formatach NAD+ jest dostępny w SunPept?

NAD+ jest dostępny jako liofilizowany Vial (fiolka) o zawartości 500 mg lub 1000 mg oraz jako wstępnie rozpuszczony Pen o zawartości 500 mg. Raporty z analiz Janoshik są podlinkowane na stronach produktów. Wysyłka odbywa się z Czech do krajów UE w formie przedpłaty, z potwierdzeniem celu badawczego w kasie.

Źródła

1. Verdin E. NAD+ in aging, metabolism, and neurodegeneration. Science. 2015;350(6265):1208–1213. doi:10.1126/science.aac4854
2. Covarrubias AJ, Perrone R, Grozio A, Verdin E. NAD+ metabolism and its roles in cellular processes during ageing. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2021;22(2):119–141. doi:10.1038/s41580-020-00313-x
3. Revollo JR, Grimm AA, Imai S. The NAD biosynthesis pathway mediated by nicotinamide phosphoribosyltransferase regulates Sir2 activity in mammalian cells. Journal of Biological Chemistry. 2004;279(49):50754–50763. doi:10.1074/jbc.M408388200
4. Yoshino J, Baur JA, Imai SI. Cell Metabolism. 2018;27(3):513–528. doi:10.1016/j.cmet.2017.11.002
5. Massudi H, Grant R, Braidy N, Guest J, Farnsworth B, Guillemin GJ. Age-associated changes in oxidative stress and NAD+ metabolism in human tissue. PLoS ONE. 2012;7(7):e42357. doi:10.1371/journal.pone.0042357
6. Camacho-Pereira J, Tarragó MG, Chini CCS, Nin V, Escande C, Warner GM, Puranik AS, Schoon RA, Reid JM, Galina A, Chini EN. CD38 dictates age-related NAD decline and mitochondrial dysfunction through an SIRT3-dependent mechanism. Cell Metabolism. 2016;23(6):1127–1139. doi:10.1016/j.cmet.2016.05.006
7. Rajman L, Chwalek K, Sinclair DA. Cell Metabolism. 2018;27(3):529–547. doi:10.1016/j.cmet.2018.02.011
8. National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 5892, Nicotinamide adenine dinucleotide. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/5892

Research Use Only: NAD+ jest oferowany przez SunPept wyłącznie do naukowych badań laboratoryjnych. Produkt nie jest lekiem ani suplementem diety i nie jest przeznaczony do stosowania u ludzi ani zwierząt, również w formie infuzji. Ten artykuł ma charakter wyłącznie informacji naukowej i nie zawiera zaleceń zdrowotnych, zaleceń dotyczących stosowania ani zaleceń ilościowych.