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NAD简介：它是什么以及为什么它对你的细胞健康很重要

作者 NutriNest on
  1. NAD 为新陈代谢提供动力：NAD 在分解代谢与合成代谢中的作用
  2. 氧化还原生物化学：NAD、NAD+ 和 NADH 之间的区别
  3. NAD 与分解代谢：分解食物以生成能量
  4. NAD 与合成代谢：构建细胞和组织所需分子
  5. NAD 生物学的新前沿：NAD 消耗酶


我们星球上的所有生物都是由细胞组成的。虽然细胞具有各种形状、大小和功能，但它们具有许多共同的基本特征。它们使用类似的遗传密码将信息存储在 DNA 中。它们都需要能量——无论是来自食物、太阳还是海洋深处的热喷口——才能生存。它们都含有一种称为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的重要分子，简称 NAD。

人体由数万亿个细胞组成，其中至少有 37.2 万亿个细胞，它们都依赖 NAD 来执行其日常功能[1,2]。NAD 如此重要，以至于没有它我们就会亡。我们从富含维生素 B3 的强化食品和补充剂中摄取的营养，有助于我们的细胞维持充足的 NAD，以避免出现维生素缺乏症——糙皮病。

尽管糙皮病在大多数发达国家已不再是主要健康问题，但它的存在凸显出 NAD 在我们健康中发挥的关键作用。现代研究表明，NAD 水平下降[3]与多种急性和慢性疾病及与年龄相关的健康状况有关。科学家们现在正积极研究促进 NAD 生成的策略，以支持整体健康[4–9]并优化机体恢复能力。

究竟是什么让 NAD 对我们细胞和健康如此重要？我们知道 NAD 是必不可少的，这个问题正是当前科学研究的重点。全球科学家都在努力深入了解 NAD 如何支持我们的细胞及整体健康。这也是我们创建 AboutNAD 网站的主要原因之一——帮助追踪这一不断发展的激动人心的研究领域。现在，让我们从一些基础生物学知识开始我们的 NAD 科学之旅：你的细胞如何利用食物分子来维持生命。

NAD 为新陈代谢提供动力：NAD 在分解代谢与合成代谢中的作用

我们都知道，必须进食才能生存并茁壮成长。食物中的营养物质为我们身体提供能量，使我们保持健康和活跃。但食物中的分子——脂肪、糖和蛋白质（这三者也称为宏量营养素）——一旦被消化，究竟发生了什么？

为了简化说明，让我们以你下午茶点摄入的糖分子为例。一旦它被消化，这种分子就会进入你的某个细胞。此时，该细胞有几种选择：如果需要能量，它可以将糖分解为最小分子并提取能量；如果需要储存能量或用于生长，它可以将糖转化为其他类型的分子，例如氨基酸或脂肪，用于合成细胞物质并增加体积。

在这两种情况下，细胞都通过一系列化学反应完成这些分子转换。术语“新陈代谢”用来广泛描述细胞和机体内发生的所有化学反应。构成我们组织和器官的数万亿细胞不断利用这些化学反应，将分子从一种形式转化为另一种形式。通过新陈代谢，细胞分解食物中的分子并生成所有必需分子——从脂质和氨基酸到核酸和激素——以维持身体功能。

这些化学反应均涉及能量：某些反应需要能量输入才能进行，而另一些则释放能量，这些能量可供细胞内其他用途。代谢过程可根据它们如何处理分子和能量分为两类：合成代谢是一组利用细胞储存能量将小分子构建为大分子的反应；分解代谢则是一组将分子分解为更小碎片并收集释放能量的反应。

细胞需要一种机制，有效管理合成代谢所需的能量和分解代谢释放的能量。热能（如燃烧的火焰释放的能量）对生物体而言难以利用，通常会迅速从细胞中散失。为了以更有用的形式储存能量，细胞使用特殊分子来存储和管理化学能。NAD 就是一种特别重要的能量管理分子，它通过将能量在线粒体等细胞结构之间传递，充当辅酶或辅助因子，参与各类化学反应。

NAD 与密切相关的分子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）一同，参与细胞内 500 多种化学反应[10]。NAD 倾向于参与分解代谢过程，而 NADP 通常参与合成代谢过程。这两种分子参与了如此多的反应，以至于几乎找不到一个代谢过程不涉及它们之一。

氧化还原生物化学：NAD、NAD+ 和 NADH 之间的区别

NAD 和 NADP 帮助细胞管理能量，就像快递服务管理包裹一样。快递员将包裹从一个地点取走并运送到另一个地点，NAD 则从细胞某处的分子中取走高能电子包裹，再在另一处交付。当 NAD 携带这份能量时，它被称为 NADH；当不携带时，则称为 NAD+。

更专业地说，NAD 携带的能量包裹称为氢化物，这是连接在氢原子上的两颗高能电子。由于 NAD 可以获得或失去氢化物，因此在细胞内以两种形式存在：NAD+（氧化态）和 NADH（还原态，带有“氢”）。当 NAD+ 获取氢化物时，带负电的电子中和其正电荷，“+”标记消失；相反，当它失去氢化物时，又恢复为 NAD+。NADP / NADPH 也是同理。

当 NAD 获取或释放能量时，它参与氧化还原反应（简称氧化还原），即分子获得和失去高能电子的化学反应，这些反应对细胞产生能量和合成分子至关重要。分子在失去电子时被氧化，在获得电子时被还原。NAD+ 是氧化形式，NADH 是还原形式。NADH 释放电子后，又回到 NAD+。

为简便起见，除非强调 NAD+ 与 NADH 区别，否则本文后续将统称“NAD”指代这两种形式。尽管从化学角度看差别很小，但这种不同对分子在细胞内的作用影响巨大。

NAD 与分解代谢：分解食物以生成能量

分解代谢过程涉及将分子分解为更小的化学反应。此类反应通常释放可供细胞其他部位使用的能量。分解代谢最著名的例子便是细胞呼吸。

如果你曾在科学课上学习过糖酵解、柠檬酸循环、电子传递链或氧化磷酸化，那么你已了解细胞呼吸。简而言之，细胞呼吸是一系列化学反应和分子过程，细胞通过它将食物分解，并以三磷酸腺苷（ATP）的形式释放能量。

这种能量对细胞功能至关重要，为心脏跳动、肌肉收缩与放松，以及大脑神经元的信号传递和思维活动提供动力。NAD 是细胞呼吸的核心参与者，各种细胞都依赖 NAD 生成 ATP。糖和脂肪分解时，将储存的能量传递给 NAD+，形成 NADH。随后，NADH 将能量运送到线粒体内的电子传递链，用于生成 ATP。即便是无线粒体的红细胞，也利用 NAD 从糖分中产生少量 ATP。

NAD 与合成代谢：构建细胞和组织所需分子

分解分子获取能量只是新陈代谢的一半。合成代谢涉及将较小的分子片段组装成较大分子的反应，通常需要储存的化学能。所有构建细胞乃至整个机体所需的脂质、碳水化合物、核酸和蛋白质，均通过合成代谢产生。

并非所有食物都被完全分解。其中一些成分成为原料，帮助身体合成基本构件。葡萄糖可再用于合成 DNA 所需的糖，也可转化为脂肪，用于构建细胞膜；甚至可转化为氨基酸，用于合成酶和提供细胞结构支撑的蛋白质。

在所有这些过程中，NAD 和 NADP 都发挥作用。NADH 与 NADPH 不是在分子分解时提取能量，而是通过提供高能电子来驱动大分子的合成，帮助形成储存化学能的分子。

NAD 生物学的新前沿：NAD 消耗酶

NAD 在新陈代谢中的核心作用在教科书中已被广泛记载。几十年来，这一直是 NAD 唯一已知的功能。然而 NAD 研究历史中的一个新里程碑彻底改变了科学家对其的认识。

20 世纪 60 年代，研究人员发现 NAD 可参与一种全新化学反应[11]。该反应与传统的合成和分解代谢截然不同，不涉及氢化物或电子转移，而是通过将 NAD+ 分解成两部分来改变其化学特性。

这一发现令科学家们陆续识别出一类“消耗 NAD 的酶”，它们非但不借助 NAD 进行氧化还原反应，反而将 NAD+ 分解并将碎片用于其他功能。例如，聚 ADP-核糖聚合酶（PARP）系列通过将 NAD+ 碎片添加到细胞内其他分子上，调控 DNA 损伤修复等过程[12]。人类细胞中有 17 种 PARP，科学家们正致力于揭示它们的全部功能。

另一类“去乙酰化酶”——沉默信息调节因子（Sirtuins）——亦依赖 NAD+ 分解产物，通过去除蛋白质上的乙酰基，调控基因表达与线粒体功能[13]。还有一些 NADases（NAD 降解酶），如 SARM1，可通过大量消耗 NAD 导致神经元变性[14]；免疫细胞中的 CD38 也可将 NAD+ 转化为环状 ADP-核糖，每生成一分子信号分子即消耗约 100 分子 NAD+，使其更被视为 NAD 降解酶[15]。

还有许多关于 NAD 有待探究，这使其成为一个令人兴奋的研究领域。随着研究不断深入，我们将更了解 NAD 消耗酶与健康的关系，并可能发现细胞利用 NAD 的全新方式[16,17]。唯一可以肯定的是：NAD 对细胞和整体健康至关重要。

本文翻译自美国 ChromaDex 公司撰写的 AboutNAD 教育网站专栏

参考文献：

  1. CANTO, C. ET AL. NAD+ METABOLISM AND THE CONTROL OF ENERGY HOMEOSTASIS: A BALANCING ACT BETWEEN MITOCHONDRIA AND THE NUCLEUS. CELL METAB, 2015. 22(1): P. 31-53.
  2. BIANCONI, E., ET AL., “AN ESTIMATION OF THE NUMBER OF CELLS IN THE HUMAN BODY.” ANN HUM BIOL, 2013. 40(6): P. 463-471.
  3. YOSHINO, J., ET AL., NAD(+) INTERMEDIATES: THE BIOLOGY AND THERAPEUTIC POTENTIAL OF NMN AND NR. CELL METAB, 2018. 27(3): P. 513-528.
  4. CANTO, C., ET AL., THE NAD(+) PRECURSOR NICOTINAMIDE RIBOSIDE ENHANCES OXIDATIVE METABOLISM AND PROTECTS AGAINST HIGH-FAT DIET-INDUCED OBESITY. CELL METAB, 2012. 15(6): P. 838-47.
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  8. ELHASSAN, Y.S., ET AL., NICOTINAMIDE RIBOSIDE AUGMENTS THE AGED HUMAN SKELETAL MUSCLE NAD(+) METABOLOME AND INDUCES TRANSCRIPTOMIC AND ANTI-INFLAMMATORY SIGNATURES. CELL REP, 2019. 28(7): P. 1717-1728 E6.
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