隨著人口老齡化加劇，衰老相關(guān)疾病日益受到關(guān)注，其中神經(jīng)退行性疾病更是備受重視的焦點(diǎn)。阿爾茨海默癥（AD）、帕金森?。≒D）、肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）、多發(fā)性硬化癥（MS）等都屬于常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病。

這類疾病是由于大腦和脊髓的神經(jīng)元逐漸退化所致，病情隨著年齡增長(zhǎng)不斷惡化，最終導(dǎo)致患者失能、死亡。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）預(yù)測(cè)：到2040年，神經(jīng)退行性疾病將取代癌癥，成為人類第二大致死疾病[1]。

圖注：一檔關(guān)注患有神經(jīng)退行性疾病老人的公益節(jié)目《忘不了餐廳》

患病人數(shù)廣、疾病負(fù)擔(dān)大，致使人們不斷推動(dòng)神經(jīng)退行性治療藥物開(kāi)發(fā)進(jìn)程。但攻克此類疾病一直都是藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域“難啃的硬骨頭”。目前的藥物僅能減輕部分癥狀，卻沒(méi)有一種藥物能夠有效阻止神經(jīng)細(xì)胞退行和死亡。

先前研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生神經(jīng)退行的神經(jīng)細(xì)胞中NAD+水平明顯降低，引發(fā)軸突退化。而兩種提升NAD+的策略可以防止軸突退化以保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞：一是，通過(guò)NAD+前體補(bǔ)充劑直接恢復(fù)NAD+水平；二是，過(guò)表達(dá)與NAD+合成相關(guān)的兩種酶NAMPT和NMNAT以增強(qiáng)NAD+合成速率[2]。

NAD+的前體補(bǔ)充劑NMN和NR作為抗衰老食品補(bǔ)充劑在市場(chǎng)上熱銷，在動(dòng)物模型中展現(xiàn)出對(duì)抗阿爾茨海默癥、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病的潛力，相關(guān)臨床試驗(yàn)也在緊鑼密鼓地籌備中[2]。

而來(lái)自清華大學(xué)藥學(xué)院的王戈林團(tuán)隊(duì)盯上了人跡罕至的另一條道路——開(kāi)發(fā)NAD+生物合成的限速酶，煙酰胺磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（NAMPT）的新型小分子激活劑（NATs），促進(jìn)NAD+自身合成。成果發(fā)表在著名雜志Cell Research[3]。

本周日（12月10日），王戈林教授將應(yīng)邀出席TIMEPIE第四屆衰老干預(yù)論壇，就“靶向NAD+代謝進(jìn)行神經(jīng)保護(hù)”開(kāi)展分享。可至文末了解論壇詳情，獲取與權(quán)威學(xué)者線下交流機(jī)會(huì)。

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細(xì)胞內(nèi)的NAMPT是NAD+補(bǔ)救合成途徑上的關(guān)鍵酶。NAD+與NAD消耗酶（Sirtuins、PARPs等）作用后，轉(zhuǎn)化為煙酰胺（NAM）。NAMPT便可以把煙酰胺拾掇回來(lái)，“變廢為寶”合成NMN，NMN再經(jīng)NMNAT轉(zhuǎn)化為人人都愛(ài)的NAD+ [4]。

也就是說(shuō)，在NAMPT給力加持下，有可能實(shí)現(xiàn)NAD+的“自循環(huán)”。結(jié)合上衰老是NAD+消耗過(guò)多的結(jié)果這一背景[5]，激活NAMPT意味著對(duì)抗衰老，毫無(wú)疑問(wèn)，也能對(duì)神經(jīng)退行性疾病顯效。

NAMPT就這樣成為了清華團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)?？墒牵?strong>酶激活劑的發(fā)現(xiàn)極具挑戰(zhàn)性。相較酶抑制劑，目前能夠成功應(yīng)用的酶激活劑寥寥無(wú)幾（此處想到了被大衛(wèi)·辛克萊的白藜蘆醇，一種SIRT1激活劑，騙到“口出惡言”的藥企GSK）。

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首先，清華團(tuán)隊(duì)從浩如煙海的50000多種化學(xué)物質(zhì)中，篩選出了唯一能夠強(qiáng)力激活NAMPT的分子，將其視作NAT（NAMPT強(qiáng)效激活劑）以備研究。

通過(guò)X射線衍射分析技術(shù)，研究人員解析了NAMPT與NAT的晶體結(jié)構(gòu)，從原子水平觀察到NAT鉆入NAMPT催化口袋內(nèi)部，促進(jìn)煙酰胺和PRPP（嘌呤核苷酸的前體）縮合形成NMN（煙酰胺單核苷酸），提升NAMPT的催化效率。

然后，為了進(jìn)一步提升NAT的效力和藥理特性，研究人員對(duì)NAT進(jìn)行了系統(tǒng)的分子結(jié)構(gòu)修飾和優(yōu)化。從5輪優(yōu)化中合成的81種衍生物中，又選出了一種最活躍的衍生物NAT-5r（在NAT左側(cè)A環(huán)上添加一個(gè)氰基）。

具體的優(yōu)化修飾過(guò)程及構(gòu)效關(guān)系研究，作為另一篇論文發(fā)表在了《歐洲藥物化學(xué)》雜志[6]。

最后，研究人員用NAMPT的強(qiáng)力抑制劑FK866，對(duì)NAT-5r進(jìn)行了“最終試煉”。在細(xì)胞培養(yǎng)基中添加FK866可使細(xì)胞內(nèi)NAD+迅速消耗，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而施用NAT-5r可以保護(hù)細(xì)胞免受FK866的毒害。

NAT-5r完成所有“出廠檢驗(yàn)”，作為NAMPT激活劑，即將迎接全新的挑戰(zhàn)。

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在大劑量給藥確定NAT-5r對(duì)細(xì)胞不存在毒性之后，研究人員開(kāi)始利用碳14標(biāo)記的煙酰胺，來(lái)檢驗(yàn)NAT-5r能否提升細(xì)胞內(nèi)NAD+合成速率。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用3μM濃度的NAT-5r培養(yǎng)細(xì)胞4小時(shí)后，細(xì)胞內(nèi)NAD+水平便出現(xiàn)了顯著升高，其程度分別與300μM的NMN和1mM的NR相當(dāng)。

這意味著，NAT-5r提升NAD+的速率，是NMN的100倍，NR的333倍。

神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的終生來(lái)源。在缺乏生長(zhǎng)因子的應(yīng)激條件下，神經(jīng)干細(xì)胞增殖停滯，此時(shí)往培養(yǎng)基中添加NAT-5r，發(fā)現(xiàn)它重新啟動(dòng)了神經(jīng)干細(xì)胞的增殖。

而增大添加的NAT-5r的濃度達(dá)3μM，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖受到抑制，開(kāi)始轉(zhuǎn)為向神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的分化。這種“鉤子效應(yīng)”同NMN相似，當(dāng)NMN濃度超過(guò)300μM時(shí)，也會(huì)發(fā)生增殖向分化的轉(zhuǎn)變，這可能與NAMPT過(guò)度激活有關(guān)。

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細(xì)胞實(shí)驗(yàn)告一段落，研究人員開(kāi)始著手動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

研究人員利用化療藥物紫杉醇誘導(dǎo)小鼠神經(jīng)損傷以制造動(dòng)物模型，化療藥物可大量消耗NAD+，損傷周圍神經(jīng)的軸突，其病理表現(xiàn)類似于神經(jīng)退行性變。

在開(kāi)始注射紫杉醇（PTX）的前1周，先給小鼠注射NAT和NAT-5r進(jìn)行保護(hù)。

不出意料，施用NAT和NAT-5r后，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)NAD水平提升，甚至略高于未注射紫杉醇的空白對(duì)照組。

通過(guò)對(duì)小鼠坐骨神經(jīng)進(jìn)行組織學(xué)分析表明，3mg/kg和30mg/kg的NAT-5r均讓小鼠免于化療藥造成的神經(jīng)損傷，其效用與30mg/kg的NAT相當(dāng)。

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使用小分子NAMPT激活劑，可使小鼠神經(jīng)細(xì)胞得到保護(hù)，并且過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何毒副作用。這為神經(jīng)退行性疾病的藥物研發(fā)指明了方向。

此外，研究人員指出，相較于NMN和NR等營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑，NAMPT激活劑具有以下4大優(yōu)勢(shì)：

? NAT-5r提升NAD+水平，比NMN和NR更高效（100倍/333倍）

? NAT-5r這一類小分子激活劑相較NMN和NR等前體具有更好的生物利用度，能夠更快遞送到組織并利用

? NAMPT小分子激活劑合成容易，成本很低，不會(huì)和NMN、NR一樣成為富人獨(dú)享的“不老藥”

? NAMPT激活劑的作用在限速步驟上受到調(diào)節(jié)，能夠更靈活地滿足不同生理狀態(tài)下細(xì)胞的需要

本周日（12月10日），王戈林教授將應(yīng)邀出席第四屆衰老干預(yù)論壇，就“靶向NAD+代謝進(jìn)行神經(jīng)保護(hù)”開(kāi)展分享。

另有30余位國(guó)內(nèi)外重磅嘉賓將線下出席論壇，感興趣的讀者歡迎來(lái)對(duì)話框聯(lián)系。

[1] Gammon, K. Neurodegenerative disease: Brain windfall. Nature. 2014; 515:299–300.

[2] Covarrubias AJ, Perrone R, Grozio A, et al. NAD+ metabolism and its roles in cellular processes during ageing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2021;22(2):119-141.

[3] Yao H, Liu M, Wang L, et al. Discovery of small-molecule activators of nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT) and their preclinical neuroprotective activity. Cell Res. 2022 Apr 22. doi: 10.1038/s41422-022-00651-9.

[4] Bogan KL, Brenner C. Nicotinic acid, nicotinamide, and nicotinamide riboside: a molecular evaluation of NAD+ precursor vitamins in human nutrition. Annu Rev Nutr. 2008;28:115-30.

[5] Covarrubias AJ, Kale A, Perrone R, et al. Author Correction: Senescent cells promote tissue NAD+ decline during ageing via the activation of CD38+ macrophages. Nat Metab. 2021;3(1):120-121.

[6] Wang L, Liu M, Zu Y, et al. Optimization of NAMPT activators to achieve in vivo neuroprotective efficacy. Eur J Med Chem. 2022;236:114260. doi: 10.1016/j.ejmech.2022.114260.