【科技文献】NMN 作为肌肉疾病的潜在治疗剂

密苏里大学的科学家报告说，小鼠体内 NAD+ 生物合成途径的破坏促进了肌肉中畸形的粒线体和细胞结构。 此外，烟酰胺单核苷酸（NMN）的介入至少部分恢复了这些细胞缺陷。

Image from Lundt et al. (2020)

肌萎缩侧索硬化症 （ALS） 是一种致命的运动神经元疾病，是运动神经元发生退行性变化^3,5 。 该疾病的发作通常发生在中年后期。 ALS 的症状包括严重的进行性肌肉萎缩和虚弱，呼吸肌并发症所导致的疾病发作后通常可以存活 2 到 4 年^1,3。 ALS 的治疗包括症状管理、呼吸支持和药物治疗，这些药物可以给予适度的治疗但仅对某些患者有益^3,4,6 。 先前的研究表明，ALS 发病在很大程度上来自遗传; 然而，识别基因标记以产生治疗方案仍然难以捉摸³。 此外，具有不同症状和疾病表型的ALS的复杂性使得使用ALS的动物模型的研究难以转化为人类临床试验³。

科学家们提出了 ALS 中的许多疾病机制，包括代谢紊乱、蛋白质功能障碍、粒线体功能障碍和神经元功能障碍。 研究需要阐明这些机制中的每一种促成疾病进展的时间和程度³。 在继续研究这些机制的过程中; 一些科学家认为，由于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （NAD+） 参与粒线体、神经元和蛋白质功能障碍，因此会在 ALS 中起到关键作用。

Lundt和他的同事在2020 年进行了一项研究，研究 NAD+ 生物合成途径的中断如何影响神经与肌肉相遇的微观区域以及小鼠模型中的肌肉功能和肌肉的微观结构。 科学家小组研究了细胞水平的肌肉健康，即NAD+生物合成途径的破坏以及NMN恢复NAD+水平的情况。 从本质上讲，这项研究的科学家想要找出 NAD+ 生物合成途径的中断如何影响肌肉健康以及神经肌肉接头，以及 NMN 的介入是否可以改善这些缺陷。

研究结果表明，小鼠模型中的细胞损伤与神经肌肉接头处的 NAD+ 生物合成具有损伤。 为了测试涉及 NAD+ 生物合成途径的细胞损伤的影响，这个科学家团队删除了编码酶 Nampt 的基因。 Nampt 在将烟酰胺（NAM）转化为 NMN 以促进哺乳动物 NAD+ 生物合成的补救途径中充当限速酶。 因此，如果没有编码 Nampt 蛋白的基因，会导致 NAD+ 生物合成受到一些破坏。 科学家们测量了神经肌肉接头处含有称为“囊泡”的信号分子（神经递质）的微小液泡的细胞运输。 该团队测量了神经肌肉接头处囊泡的释放（胞吐作用）以及神经肌肉接头处囊泡的形成和内化（内吞作用）。 该小组发现，与具有功能性Nampt酶的小鼠相比，在没有Nampt酶的小鼠中，神经肌肉接头处的囊泡的胞吐作用和内吞作用受损。 用 NMN 介入没有 Nampt 酶的小鼠可以恢复用荧光显微镜测量的胞吐作用和内吞作用。

Lundt和他的同事使用荧光显微镜研究了缺少 Nampt酶的神经肌肉接头的结构。 与具有完整 Nampt 酶的小鼠相比，具有 Nampt 酶缺失的小鼠显示出明显更短的神经肌肉接头和更小的半径。 当 Nampt 酶缺失小鼠接受 NMN的 介入时，科学家们观察到神经肌肉接头结构的恢复。

科学家们发现，在 Nampt 酶缺失后，低电量刺激后的骨骼肌的松弛期较短。 在 NMN 介入的具有 Nampt 酶缺失的小鼠中，产生了一种独特的表型，其中肌肉的收缩力减弱并且失去力量的速度也更慢。 因此，科学家们观察到 NMN 介入在 Nampt 酶缺失和功能性 Nampt 酶之间产生了一种中间状态。 该团队通过比较缺失 Nampt 酶的小鼠与具有功能性 Nampt 酶的小鼠的肌肉收缩情况来获得这些结果。 为此，该团队使用一种称为膜片钳分析的方法来分析肌肉收缩引起的电力。

Lundt和他的同事用电子显微镜测量，观察到具有 Nampt 酶缺失的小鼠，其肌肉在显微镜下未对齐。 此外，用 NMN 介入具有 Nampt 酶缺失的小鼠可以恢复排列。 在使用电子显微镜进行的类似实验中，该小组在骨骼肌中发现了畸形的粒线体，并伴有Nampt酶缺失。 科学家团队观察到 NMN 介入无法恢复骨骼肌中的线粒体形状。

该研究的结果提供了有趣的信息，例如Nampt酶缺失会促进结构问题和减少神经肌肉接头中的囊泡循环。 同样有趣的是，肌肉纤维结构和功能会因Nampt缺失而受损。 科学家们观察到用 NMN 介入可以改善神经肌肉接头结构和神经肌肉接头处的囊泡循环，同时去除 Nampt 酶。 该团队还观察到 NMN 介入可以改善肌肉错位，但不能改善肌肉粒线体畸形。

研究团队发现，NMN 介入可以部分恢复肌肉功能。 正如作者所指出的，有Nampt酶缺失的小鼠的症状类似于ALS模型。 此外，人类 ALS 大脑中的 NAMPT 水平降低。 2 因此，本研究对NAMPT介导的 NAD+ 补救途径在可能的 ALS 病理中提供了新的见解。 研究表明 NMN 具有恢复特性，因此NMN 也可以为 ALS 等骨骼肌疾病提供有用的治疗剂。

参考文献

1. Samuel Lundt, Nannan Zhang, Xiaowan Wang, Luis Polo-Parada, Shinghua Ding.  The effect of NAMPT deletion in projection neurons on the function and structure of neuromuscular junction (NMJ) in mice.  Sci Rep, 2020; DOI: 10.1038/s41598-019-57085-4.

引用文献

1. Adriano Chio, Giancarlo Logroscino, Orla Hardiman, Robert Swingler, Douglas Mitchell, Ettore Beghi, Bryan G. Traynor, On Behalf of the Eurals Constortium.  Prognostic factors in ALS: A critical review.  Amyotrophic Lateral Sclerosis, 2009; DOI: 10.3109/17482960802566824.
2. Samuel Lundt, Nannan Zhang, Xiaowan Wang, Luis Polo-Parada, Shinghua Ding.  The effect of NAMPT deletion in projection neurons on the function and structure of neuromuscular junction (NMJ) in mice.  Sci Rep, 2020; DOI: 10.1038/s41598-019-57085-4.
3. Rita Mejzini, Loren L. Flynn, Ianthe L. Pitout, Sue Fletcher, Steve D. Wilton, P Anthony Akkari.  ALS Genetics, Mechanisms, and Therapeutics: Where Are We Now? Front Neurosci, 2019; DOI: 10.3389/fnins.2019.01310.
4. Dmitry Petrov, Colin Mansfield, Alain Moussy, Olivier Hermine. ALS Clinical Trials Review: 20 Years of Failure. Are We Any Closer to Registering a New Treatment?  Aging Neurosci, 2017; DOI: 10.3389/fnagi.2017.00068.
5. Lewis P. Rowland, Neil A. Schneider.  Amyotrophic Lateral Sclerosis.  N Eng J Med, 2001; DOI: 10.1056/NEJM200105313442207.
6. Hideyuki Sawada.  Clinical efficacy of edaravone for the treatment of amyotrophic lateral sclerosis.  Expert Opin Pharmacother, 2017; DOI: 10.1080/14656566.2017.1319937.

文章来源

https://www.nmn.com/news/nmn-as-potential-therapeutic-agent-for-muscle-disease