美国科学家首次证实长寿蛋白SIRT3是肝脏再生的关键参与者,但补充NAD+可以通过独立于SIRT1和SIRT3的作用机制提高肝脏的再生能力。

  在古希腊神话中,普罗米修斯遭到了宙斯的惩罚,每天都会有恶鹰来啄食他的肝脏,而他的肝脏又会在夜晚重新生长出。这则神话故事依据的是一个神奇的生命现象,那就是肝脏再生。

图1 古希腊神话描述了普罗米修斯肝脏再生的自然现象

图1 古希腊神话描述了普罗米修斯肝脏再生的自然现象

  肝脏是人体唯一可以再生的内脏器官,即使切除其原始质量的70%仍可重新生长完整1。肝脏也是人体最重要的“代谢担当”、“解毒达人”,它不断地进行新陈代谢、抵御损伤、分解毒物。在毒性或外伤性损伤、移植或手术切除后,肝脏的再生能力急剧下降甚至彻底丧失。因此,激活肝脏的再生能力可能是决定患者生存与死亡的关键因素,但目前仍缺乏有效的临床疗法来改善肝衰竭或急性肝损伤患者肝脏切除后的再生能力。

图2 美国宾夕法尼亚大学

图2 美国宾夕法尼亚大学

  近期,美国宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的Sarmistha Mukherjee 及其同事发现,部分肝脏切除术后肝细胞长寿蛋白(SIRT1、SIRT3)的流失会严重影响肝脏再生,而补充NAD+前体可以在不受长寿蛋白流失影响的情况下提高新陈代谢,增强肝脏再生功能。这项研究已被发表在《JCI Insight》杂志上。

图3 《JCI Insight》刊载的研究显示,对小鼠进行部分肝脏切除术后,肝细胞长寿蛋白(SIRT1、SIRT3)的流失会严重影响肝脏再生,而补充NAD+前体可以在不受长寿蛋白流失影响的情况下提高新陈代谢,增强肝脏再生功能

  图3 《JCI Insight》刊载的研究显示,对小鼠进行部分肝脏切除术后,肝细胞长寿蛋白(SIRT1、SIRT3)的流失会严重影响肝脏再生,而补充NAD+前体可以在不受长寿蛋白流失影响的情况下提高新陈代谢,增强肝脏再生功能

  补充NAD+前体可以显著提高肝脏的再生能力

  前期的试验中,Mukherjee等研究人员在进行部分肝脏切除术的前2周,给小鼠饲喂含NAD+前体的饮用水 (3 mg/ml, ~500 mg/kg) 和普通饮用水,以观察补充NAD+对肝脏再生的影响2。结果显示,对照组小鼠的再生肝脏颜色苍白,表面斑驳,而NAD+组小鼠的再生肝脏颜色红润,质地均匀(如图4)。

图4 部分肝脏切除术后小鼠再生肝脏的状态注:图1上下两行分别代表的是饲喂普通饮用水和含NAD+前体的饮用水小鼠再生肝脏的状态,取样的时间分别在肝脏切除术后的24小时、48小时以及192小时。

图4 部分肝脏切除术后小鼠再生肝脏的状态

  注:图1上下两行分别代表的是饲喂普通饮用水和含NAD+前体的饮用水小鼠再生肝脏的状态,取样的时间分别在肝脏切除术后的24小时、48小时以及192小时。

  肝脏重量的增加是肝脏再生最直观的体现,在该项研究中,NAD+组小鼠的肝脏重量的也得到了显著的改善,甚至在8天后呈现重量增加趋势(如图5),这说明补充NAD+前体可以显著提高肝脏的再生能力。

图5 部分肝脏切除术后小鼠肝脏与体重的比值变化注:图片显示的是NAD+组小鼠和对照组小鼠在部分肝脏切除术后肝脏与体重的比值变化情况,黑色原点代表对照组小鼠肝脏与体重的比值,黑色方块代表NAD+组小鼠肝脏与体重的比值,误差线代表均值和标准误,*表示p < 0.05;**表示p < 0.01。其中,NR组小鼠肝脏与体重的比值显著高于对照组小鼠,说明补充NAD+前体可以促进肝脏再生。

图5 部分肝脏切除术后小鼠肝脏与体重的比值变化

  注:图片显示的是NAD+组小鼠和对照组小鼠在部分肝脏切除术后肝脏与体重的比值变化情况,黑色原点代表对照组小鼠肝脏与体重的比值,黑色方块代表NAD+组小鼠肝脏与体重的比值,误差线代表均值和标准误,*表示p < 0.05;**表示p < 0.01。其中,NR组小鼠肝脏与体重的比值显著高于对照组小鼠,说明补充NAD+前体可以促进肝脏再生。

  NAD+前体可以在不受长寿蛋白流失影响的情况下促进肝脏再生

  既往的研究表明,长寿蛋白SIRT1会参与肝脏再生和脂质清除(代谢消耗肝脏内的脂肪,减少肝脏脂肪堆积)过程。因此,Mukherjee 及其同事首先检测了NAD+在肝脏再生中的有益作用是否取决于SIRT1。正如预期的那样,肝细胞中SIRT1活性的丧失会严重损害肝脏再生并降低脂质清除能力。

  然而,即使在缺乏长寿蛋白的肝脏中,NAD+治疗也能改善肝脏重量、促进肝细胞生成和脂质清除(如图6)。因此,NAD+似乎以一种独立于肝细胞内长寿蛋白SIRT1活性的机制提高了肝脏的再生能力。

图6 NAD+治疗可以增强肝细胞特异性SIRT1缺失小鼠的肝脏再生能力注:左图显示的是部分肝脏切除术后 24 小时和 36 小时小鼠肝脏与体重之比;中间图显示的是新生肝细胞所占的百分比;右图显示肝脏内甘油三酯水平,指示肝脏中脂质或脂肪的含量;绿色条形和圆圈代表未经基因改造的小鼠,紫色条形和正方形代表肝细胞缺乏 SIRT1 的小鼠,填充的形状代表用NAD+前体处理的小鼠;*代表 P < 0.05;**代表 P < 0.01;***代表 P < 0.001。

  图6 NAD+治疗可以增强肝细胞特异性SIRT1缺失小鼠的肝脏再生能力

  注:左图显示的是部分肝脏切除术后 24 小时和 36 小时小鼠肝脏与体重之比;中间图显示的是新生肝细胞所占的百分比;右图显示肝脏内甘油三酯水平,指示肝脏中脂质或脂肪的含量;绿色条形和圆圈代表未经基因改造的小鼠,紫色条形和正方形代表肝细胞缺乏 SIRT1 的小鼠,填充的形状代表用NAD+前体处理的小鼠;*代表 P < 0.05;**代表 P < 0.01;***代表 P < 0.001。

  SIRT3在肝脏再生中发挥关键作用,但不影响NAD+前体的疗效

  肝脏的再生过程需要大量的能量供应,因此,肝细胞内的“能量发电机”线粒体的代谢状态会影响肝脏的再生能力。长寿蛋白SIRT3是影响线粒体代谢能力的重要蛋白,它也有可能会参与肝脏的再生过程。

  然而,SIRT3对肝脏再生能力的影响此前尚未在动物模型和人体中进行过研究。因此,Mukherjee及其同事培育出肝细胞缺乏SIRT3的小鼠,并进行了相关的分析。结果表明,SIRT3缺失会严重损害肝细胞的复制增殖水平,并促进肝脏的脂肪堆积,这些发现首次揭示了 SIRT3 在肝脏再生中的重要作用。

  但是,就像SIRT1一样,NAD+治疗在肝细胞缺乏SIRT3的小鼠中仍然有效(如图7),这同样说明NAD+以一种独立的作用机制影响着肝脏的再生能力。

图7 NAD+治疗可以增强肝细胞特异性SIRT3缺失小鼠的肝脏再生能力注:左图显示了部分肝脏切除术48 小时后小鼠肝脏与体重之比;中间图显示了有丝分裂的肝细胞所占的百分比,指示肝细胞的再生情况;右图显示肝脏内甘油三酯水平,指示肝脏中脂质或脂肪的含量;黑色代表正常小鼠,蓝色代表用NAD+治疗的正常小鼠,红色代表肝细胞中缺乏 SIRT3 的小鼠,绿色代表用NAD+治疗的肝细胞中缺乏SIRT3的小鼠;*代表 P < 0.05;**代表 P < 0.01;***代表 P < 0.001。

  图7 NAD+治疗可以增强肝细胞特异性SIRT3缺失小鼠的肝脏再生能力

  注:左图显示了部分肝脏切除术48 小时后小鼠肝脏与体重之比;中间图显示了有丝分裂的肝细胞所占的百分比,指示肝细胞的再生情况;右图显示肝脏内甘油三酯水平,指示肝脏中脂质或脂肪的含量;黑色代表正常小鼠,蓝色代表用NAD+治疗的正常小鼠,红色代表肝细胞中缺乏 SIRT3 的小鼠,绿色代表用NAD+治疗的肝细胞中缺乏SIRT3的小鼠;*代表 P < 0.05;**代表 P < 0.01;***代表 P < 0.001。

  这项研究提供了三个重要证据,第一个是发现了补充NAD+前体对肝脏再生的有益作用,这对于改善肝衰竭或急性肝损伤患者肝脏切除术的预后具有重要意义;第二个是证明了长寿蛋白在肝脏再生过程中的重要作用,特别是首次发现了SIRT3是肝脏再生的关键参与者;第三个是确认了补充NAD+前体通过独立于SIRT1和SIRT3的作用机制提高肝脏的再生能力。

  参考文献

  1.Kubota K, Makuuchi M, Kusaka K, et al. Measurement of liver volume and hepatic functional reserve as a guide to decision-making in resectional surgery for hepatic tumors. Hepatology. 1997;26:1176–81.

  2.Mukherjee S, Chellappa K, Moffitt A, et al. Nicotinamide adenine dinucleotide biosynthesis promotes liver regeneration. Hepatology. 2017 Feb; 65(2): 616–630. doi: 10.1002/hep.28912.

  3.Mukherjee S, Mo J, Paolella LM, Perry CE, Toth J, et al. SIRT3 is required for liver regeneration but not for the beneficial effect of nicotinamide riboside. JCI Insight. 2021 Mar 9:147193. doi:10.1172/jci.insight.147193.

  文章来源:https://www.nmn.cn/news/ca12n