NAD调控线粒体自噬参与阿尔茨海默病的保护机制

     阿尔茨海默病(AD)是一种以进行性记忆减退和认知功能障碍为主要临床表现的中枢神经系统退行性疾病，主要的病理学表现为细胞外β淀粉样蛋白(Aβ)沉积以及细胞内过度磷酸化tau蛋白的神经纤维缠结形成。已有研究证明线粒体功能缺陷与AD等神经退行性病变密切相关。Swerdlow等(2004)提出“线粒体级联假说”，认为线粒体功能缺陷及氧化应激的增加发生于AD早期，为Aβ及神经纤维缠结形成的上游事件，是影响晚发AD病理学的主要因素。近期研究表明，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)可通过维持线粒体生物发生和线粒体自噬之间的平衡影响神经元的健康和存活，在AD发生发展过程中发挥重要作用。

1、线粒体自噬和NAD+的基本概念

     NAD+:NAD+不仅可以作为y氧化还原方面酶的辅酶，也是sirtuin家族中去乙酰酶、DNA修复蛋白多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶(PARP)及环状ADP核糖水解酶CD38和CD157等多种酶的关键辅酶，参与线粒体自噬、细胞DNA损伤修复和钙稳态等多种生理活动。

2.1NAD+-SIRT1通路研究

     丝氨酸/苏氨酸激酶在DNA修复和多种细胞稳态途径中发挥作用。在跨物种研究中，无论是原代大鼠神经元，秀丽隐杆线虫还是共济失调毛细血管扩张症小鼠，结果均显示毛细血管扩张性共济失调突变基因(ATM)损失诱导线粒体功能障碍及PAＲP1的持续激活，进而消耗NAD+，使SIRT1失活而导致线粒体自噬功能障碍。补充NAD+后，ATM蛋白激酶缺陷神经元的DNA修复缺陷和线粒体功能障碍得到显著改善，ATM－/－模型小鼠的健康改善，寿命也得以延长。蠕虫的细胞周期相关蛋白1与哺乳类动物BNIP3/NIX为直系同源物，作为线粒体外膜蛋白，近期已被证明是线粒体自噬的主要参与者，研究发现激活NAD+-SIRT1途径可以上调DCT-1和激活自噬相关蛋白恢复线粒体自噬。此外，NAD+-SIRT1通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)促进ATG1的ULK1磷酸化诱导自噬和(或)线粒体自噬。同样，NAD+-SIRT1可以激活原代大鼠皮质神经元中的AMPK使结节性硬化复合物2Ser1387位点磷酸化，抑制哺乳类动物雷帕霉素靶蛋白(mTOＲ)从而诱导自噬和(或)线粒体自噬。

     有研究报道，人类野生型全长tau在细胞内的聚集，能通过直接插入到线粒体膜上，提高线粒体膜电位，造成PINK1/Parkin途径的损伤，从而诱导线粒体自噬障碍。研究表明在DNA修复缺陷的新AD小鼠模型中，NAD+水平降低，SIRT3活性下降，补充NAD+前体烟酰胺核糖核苷后SIRT3活性增强，神经炎症、突触传递、tau蛋白磷酸化、DNA损伤以及学习记忆功能得到显着改善，提示NAD+-SIRT3通路介导的线粒体功能受损在由DNA损伤增加引起的神经病理性改变中发挥重要作用。类似的研究用烟酰胺处理3xTgAD小鼠8个月后，可保持线粒体完整性且增强溶酶体/自体溶酶体降解以减少自噬体积聚，导致海马和大脑皮质中的Aβ和超磷酸化tau蛋白减少，从而使认知功能改善。由于NAD+-SIRT1可通过对主要自噬蛋白Atg5、Atg7和Atg8的脱乙酰化上调自噬，而自噬和(或)线粒体自噬的上调可清除Aβ斑块和过度磷酸化tau蛋白的神经纤维缠结，改善线粒体功能和神经元存活。因此，补充NAD+及其前体物质可对AD等年龄相关性疾病发挥保护性作用。一项Meta分析结果显示，轻度认知功能障碍在中国的发病率较高，达到了12.7%。若轻度认知功能障碍患者没有得到及时有效的干预，会有较高的风险发展成为AD。从轻度认知功能障碍进展到AD，自噬等线粒体功能障碍是促进Aβ和tau蛋白聚集的触发因素。而NAD+及其前体物质可通过SIRT1及SIRT3等多条通路调控线粒体自噬，清除损伤线粒体、Aβ和tau蛋白等与AD的相关病理改变，改善认知功能障碍。因此，NAD+前体治疗有望成为AD预防和治疗的新策略。