随着年龄的增长,人体肌肉组织的质量和数量会逐渐减少,这种现象被称为骨骼肌减少症。骨骼肌减少症是骨骼肌在衰老过程中的功能衰退,会导致肌肉力量和功能的下降,进而影响活动能力,严重时可能导致身体独立性的丧失和残疾。
线粒体功能障碍和NAD+水平下降在肌肉减少的过程中扮演着重要的角色。线粒体是细胞内的能量生产中心,负责产生细胞所需的能量分子ATP。当线粒体功能受损或出现障碍时,会导致细胞能量供应不足,影响肌肉细胞的正常功能和代谢过程,从而加速肌肉减少的发生。
此外,NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)是细胞内的一种重要辅酶,参与调节细胞内的能量代谢和氧化还原反应,随着年龄增长,细胞中NAD+的水平会下降。NAD+水平的下降可能会影响细胞内氧化还原平衡,加剧细胞氧化应激和炎症反应,进而影响肌肉细胞的功能和生存。
早期研究显示,在肌肉减少症期间,肌肉减少症患者的葫芦巴碱循环浓度较低,葫芦巴碱是植物和动物中发现的天然生物碱,广泛存在于咖啡、葫芦巴和萝卜中。
2024年3月19日,新加坡国立大学杨潞龄医学院、瑞士联邦理工学院的研究人员在" Nature Metabolism "期刊上发表了一篇题为" Trigonelline is an NAD+ precursor that improves muscle function during ageing and is reduced in human sarcopenia "的研究论文。
该研究显示,补充葫芦巴碱,可以增加NAD+水平,增加线粒体活性,有助于改善衰老过程。在线虫中,补充葫芦巴碱可以增加线粒体活性,减少与年龄相关的肌肉萎缩,并延长寿命。在小鼠中,补充葫芦巴碱可以增强肌肉力量并防止衰老过程中的疲劳。
研究人员表示,补充葫芦巴碱,是一种增加NAD+水平的方法,具有治疗肌肉减少症和其他与年龄相关的病症的潜力。
在这项研究中,研究人员首先分析了人类骨骼肌减少症患者,在人类中,骨骼肌减少症患者体内葫芦巴碱水平较低,而随着肌肉减少,血清中的葫芦巴碱水平也会进一步降低。此外,葫芦巴碱还与骨骼肌中的肌肉力量和线粒体产生的能量呈正相关,葫芦巴碱的血清水平也与骨骼肌中的NAD+水平相关。
由于葫芦巴碱是烟酸(NA)的N-甲基化形式,且与NA的结构接近,以及衰老和肌肉减少症中肌肉NAD+与线粒体有关,研究人员分析了葫芦巴碱是否可以充当NAD+前体,并直接影响NAD+、线粒体和肌肉。
研究发现,在人类骨骼肌细胞中,与其他NAD+前体相比,葫芦巴碱和烟酰胺(NAM)可以使NAD+水平增加约50%,烟酰胺核苷(NR)和烟酰胺单核苷酸(NMN)可以使NAD+水平增加约两倍。然而,葫芦巴碱在血清中非常稳定,而NR和NMN在转化为NAM后几小时内迅速消失。
通过同位素标记法,小鼠体内给予标记的葫芦巴碱发现,葫芦巴碱是真正的NAD+前体,直接掺入细胞和多种组织中的NAD+中。
从机制上讲,体外和体内结果表明,葫芦巴碱通过依赖烟酸磷酸核糖转移酶(NAPRT)的Preiss-Handler途径进行代谢,并通过直接和间接机制促进NAD+合成。
在线虫中,研究人员分析了葫芦巴碱对线虫衰老过程的影响,结果发现,补充葫芦巴碱,显著延长了线虫寿命,还提高了老年线虫中的NAD+水平,并增加线粒体活性,改善了衰老过程中的肌肉萎缩。
此外,研究人员还分析了葫芦巴碱对老年小鼠的影响,发现补充葫芦巴碱,可以增强老年小鼠的线粒体活性和肌肉功能,并防止衰老过程中的疲劳。
最后,研究人员将葫芦巴碱确定为NAD+前体,是一种增加NAD+水平的方法,并证明膳食补充葫芦巴碱对衰老过程中线粒体功能、肌肉健康和活动能力的益处。
研究人员表示,NAD+水平可以通过不同的膳食前体来提高,例如L-色氨酸、维生素B3及其衍生物,包括烟酸(NA)、烟酰胺(NAM)、烟酰胺核苷(NR)和烟酰胺单核苷酸(NMN)。
总之,结果表明,葫芦巴碱是一种NAD+前体,可以增加线粒体活性、改善肌肉功能并防止衰老过程中的疲劳,表明葫芦巴碱具有治疗肌肉减少症和其他与年龄相关的病症的潜力。
论文链接:
https://doi.org/10.1038/s42255-024-00997-x
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