肝脏,是人体最大的解毒和代谢器官,几乎所有来自外界的和身体内产生的毒素,都需要在肝脏里完成生物转化,然后无害化排出体外。
生活中对人体肝脏影响最大,最常见的代谢物质就是酒精,长期饮酒会对肝脏造成严重的损害,轻则脂肪肝,重则酒精性肝炎、肝纤维化、肝硬化甚至肝癌。
2018年《柳叶刀》的一项大型研究表示,最佳的酒精摄入量是零。
但只要人生需要交际,那么喝酒多多少少都是有些难免的。那么有没有什么物质可以减少酒精对人体肝脏的损害呢?
2019年,科学家就对这个问题进行了研究。科学家们发现,只要服用NMN等NAD+前体,提高体内NAD+水平,就能加速酒精的分解代谢,起到解酒护肝的作用。
随后的一段时间里,科学家们围绕着NMN与肝脏进行了一系列的课题研究。
2021年,清华大学邓海腾课题组发现NMN能够有效预防肝纤维化。2022年清华大学邓海腾课题组再次发现在国际期刊《Cells》上发表论文:他们发现服用4周的NMN可以改善肝脏衰老引起的蛋白质乙酰化的全面增加,减少老化相关的功能障碍,还能调节脂肪酸β氧化、三羧酸循环和缬氨酸降解 。
而后在短短的一个月内,邓海腾课题组又双叒叕发了一篇论文,他们在《Journal of proteome research》发表了一篇,从氧化应激的角度出发,发现NMN可延缓肝脏衰老,这三篇论文,足可以见到他们在NMN与肝脏方面,研究颇深。
邓海腾课题组在NMN研究领域上其实颇有建树,从很早之前就一直深耕NMN研究领域。他们不仅多次揭示了NMN及其衍生物的重要生物学功能和作用机制,还首次合成了还原型的NMN,开创了研究还原型NMN的先河。
一.从自由基理论到适应性内稳态理论
自由基理论是广泛被大家所接受的衰老理论之一。根据这项理论,年龄愈大,体内活性氧的水平就会越高。但自然界的“不老神兽”裸鼹鼠却是个例外,随着年龄增加,裸鼹鼠的活性氧水平却没有大幅度上涨。
基于这个现象,科学家基于自由基理论,在此基础上提出了新的理论——适应性内稳态理论,大意为人类和幼年动物都会通过调整一些路径,来保护自己以应对环境和代谢的刺激,而老时,这一机制会逐渐不灵敏。
以Nrf2为例,它是一种重要的调节转录因子,在维持氧化还原态中起着重要的作用。据研究发现,在肝脏中,总Nrf2和细胞核内的Nrf2水平都会随着年龄的增加而增加,用适应性内稳态理论就可以很好地解释这一现象。
随着肝脏的衰老,氧化应激反应会增加,身体为了更好地维持肝脏内的氧化还原态,就会上调Nef2这一抗氧化通路来减少氧化应激。
当然,这也仅仅只是合理的猜测,为了验证这个猜测, 并探究NMN对适应性内稳态的影响,邓海腾课题组就顺着这个思路,进行了一次相关的实验。
研究人员选择了年轻小鼠(8周龄)和老年小鼠(96周龄)进行实验,分别对年轻小鼠和老年小鼠隔天注射NMN(500mg/kg)或磷酸盐缓冲盐水(PBS,对照)。持续四周,并记录各组小鼠的各项生化指标。
二.肝脏衰老伴随高度的氧化应激
结果显示老年小鼠的肝脏重量增重了30%,其中肝质如三酰甘油酯(TAG)和游离脂肪酸都有所增加,存在一定的脂肪肝现象。
通过对老年小鼠和年轻小鼠的蛋白质组分析,发现相比于年轻肝脏,老年小鼠的肝脏中有273种蛋白质增加,537种蛋白质减少,而这些蛋白质大多与氧化还原的过程有关,说明氧化对氧还原的稳态是有一定的破坏性的。
此外,研究人员还测量了肝脏中丙二醛(MDA)和蛋白质羟基(PCO)的水平,MDA作为氧化应激的生物标志物,在老年肝脏中增加了30%以上,无疑表明了肝脏的衰老会伴随着高度的氧化应激反应。
图1:老年小鼠和年轻小鼠肝脏中MDA和PCO的水平对比
三.氧化应激激活Nrf2
Nrf2作为一种重要的转录因子,每有一些变化,都会激起下游的一系列信号的变化。研究人员对其下游的靶点进行研究后发现,GSTs、Nqo1、GSTm和GSTt这些靶点在老年肝脏中均有所上调,表明老年小鼠身体中的Nrf被激活。
未来进一步验证这一结论,研究人员又检测出了更准确的核Nrf2的水平,发现老年小鼠的核Nrf2水平是年轻小鼠的两倍,这些结果与前面老年小鼠肝脏的高水平氧化应激一致,说明氧化应激的确可以激活Nrf2并促使它易位到细胞核。
图2:各组细胞核中Nrf2的水平
四.NMN增加内稳态
从图2我们可以直观地看到,在用NMN治疗4周后,核Nrf2水平的确得到降低了,并使下游的靶向基因Nqo1、GSTt2和GSTt3的表达水平也有所降低,表明NMN降低了核Nrf2水平,增强了老年小鼠肝脏的适应性内稳态。
为了再一次进一步细化验证结论,研究人员用对氨基苯酚(APAP)来诱导各组小鼠出现急性肝损伤。结果是,年轻小鼠仅需要1小时,就从毒性应激内恢复,而PBS处理过的老年小鼠则是需要10小时。而NMN处理过的老年小鼠,虽然第一个小时内并无变化,但后续恢复很快。
研究人员在此前提下,又测量了肝脏中最重要的两个指标——谷草转氨酶(AST)和谷丙转氨酶(ALT),他们发现在经过APAP诱导之后,无论是年轻还是老年小鼠,其肝脏都会受到一定的损伤,但老年肝脏受到的影响最大,而NMN对照组的小鼠受到的影响会相对较小。
图示:不同组小鼠肝脏的ALT和AST水平
图示:APAP诱导的各组小鼠的Nrf2水平变化
在研究人员检测小鼠Nrf2水平的变化后,发现年轻小鼠和NMN治疗的小鼠和核内Nrf2水平大幅度增加,而未经NMN处理治疗的老年小鼠核内Nrf2水平并无太大变化,这说明其已无法正常保持氧化还原稳态,再次证明了NMN能增加适应性内稳态这一结论。
五.后话
这篇研究和之前5月份发表在《Cell》上的那篇文章各有千秋,简单来讲,就是分别从氧化应激和蛋白质乙酰化的角度分别来理解了NMN和肝脏衰老的关系,然后殊途同归地得出了相同的一个结论:NMN能延缓肝脏衰老,并同时也点明了NMN延缓衰老其实并非单一途径起作用的。
这项研究的意义在于,一方面解释了Nrf2水平为何会在肝脏中随着年龄的增加而增加,另一方面,也论证了适应性内稳态理论的可靠性。
最重要的是,揭示了起码部分,NMN对肝脏的作用和机制,使得NMN的用途再次得到扩展。表明NMN不仅能加速肝脏酒精代谢,还能增强适应性内稳态,延缓肝脏衰老。当我们误食了一些有毒有害的化学物质时,NMN能减少这些物质对于肝脏的损伤。
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