美科学家发现给小鼠注射NAD+前体可以激活SIRT3蛋白(一种防止耳朵和大脑之间神经连接受损的蛋白质),防止噪声暴露导致的听力损失。

  2021年世界卫生组织发布《世界听力报告》显示,目前全球有五分之一的人听力受损,预计到2050年,将会有25亿人受到听力损失的影响。

  噪声暴露是全世界听力损失的主要原因,它会导致耳蜗细胞退化。耳蜗是一种对声音振动做出反应的内耳结构,在这种结构中,耳蜗毛细胞与大脑内接收声音信息的神经相连,从而将声音传递到大脑(如图1)。在强烈的噪声暴露下,毛细胞会释放神经递质分子,破坏耳蜗毛细胞与传入神经的连接。持续的噪声暴露会导致这些结构的永久性损坏以及永久性听力损失。

图1:耳蜗毛细胞与传入神经连接示意图注:绿色箭头指示的是耳蜗毛细胞,红色箭头指示的是传入神经。在强烈的噪声暴露下,毛细胞会释放神经递质分子,破坏耳蜗毛细胞与传入神经的连接。

图1:耳蜗毛细胞与传入神经连接示意图

  注:绿色箭头指示的是耳蜗毛细胞,红色箭头指示的是传入神经。在强烈的噪声暴露下,毛细胞会释放神经递质分子,破坏耳蜗毛细胞与传入神经的连接。

  美国康奈尔大学(Cornell University)科学家Samie R. Jaffery教授及其同事发现,给小鼠注射NAD+前体,可以激活耳蜗细胞内的SIRT3(一种防止耳朵和大脑之间神经连接受损的蛋白质),防止噪声暴露导致的听力损失1,这项研究已被发表在《Cell Metabolism》杂志。

图2: 美国康奈尔大学药理学教授Samie R. Jaffery

  图2: 美国康奈尔大学药理学教授Samie R. Jaffery

  在先前的试验中,研究人员发现基因改造的NAD+合成水平增强的小鼠对噪声暴露后引发的暂时性和永久性的听力损失具有更强的抵抗力。因此,他们沿着这一思路,通过给小鼠注射NAD+前体,提高小鼠耳蜗细胞内NAD+水平,探究其对小鼠噪声性听力损失的影响及其潜在的机制。

图3: Jaffery教授团队发现,给小鼠注射NAD+前体可激活耳蜗细胞内的SIRT3,防止噪声暴露导致的听力损失

  图3: Jaffery教授团队发现,给小鼠注射NAD+前体可激活耳蜗细胞内的SIRT3,防止噪声暴露导致的听力损失

  噪声暴露前注射NAD+前体可有效防止小鼠发生听力损失

  从噪声暴露的前5天开始,直至噪声暴露后14天,研究人员按照每天两次的频率连续给小鼠注射NAD+前体(1000 mg/kg)和生理盐水,同时记录不同强度噪声暴露后小鼠听觉阈值(耳朵可以听到的最小声音)的变化,以此来检测注射NAD+前体对噪声性听力损失的保护效果。如果仅在噪声暴露24小时后看到阈值偏移,则将其称为“暂时性听阈位移”,即产生了暂时性听力损失;如果在噪声暴露后14天仍存在阈值偏移,则称为“永久听阈位移”,这时便产生了永久性听力损失。

  结果显示,与对照组的小鼠相比,注射NAD+前体的小鼠在8000 Hz(6 dB)和16,000 Hz(8 dB)噪声暴露下产生的暂时性听阈位移,其大小几乎可以忽略不计;在 32,000 Hz (16 dB) 的噪声暴露下,小鼠的阈值偏移减小。并且,注射NAD+前体的小鼠在所有3个的噪声暴露下均未产生永久性听力损失(如图4),经验证,这一保护作用在其他品系的小鼠中同样有效。

图4:注射NAD+前体对噪声暴露后小鼠听力损失的影响注:听力损失测试分别在噪声暴露后的24小时、7天、14天进行;给药时间分别为噪声暴露前5天至噪声暴露后14天(NR Before +After)、噪声暴露前5天(NR Before)及暴露后的14天(NR After);与对照组(Vehicle)相比,所有组的NR治疗均显示出对24小时暂时性听力损失和14天永久性听力损失的保护作用,在噪声暴露频率较高时(16,000和32,000 Hz)效果具有显著性。图中每个点代表的是在每组7只小鼠中测量的阈值偏移平均值,误差线代表标准差。使用双向方差分析和Bonferroni检验进行统计分析,其中**代表P < 0.01,***代表P< 0.001。

图4:注射NAD+前体对噪声暴露后小鼠听力损失的影响

  注:听力损失测试分别在噪声暴露后的24小时、7天、14天进行;给药时间分别为噪声暴露前5天至噪声暴露后14天(NR Before +After)、噪声暴露前5天(NR Before)及暴露后的14天(NR After);与对照组(Vehicle)相比,所有组的NR治疗均显示出对24小时暂时性听力损失和14天永久性听力损失的保护作用,在噪声暴露频率较高时(16,000和32,000 Hz)效果具有显著性。图中每个点代表的是在每组7只小鼠中测量的阈值偏移平均值,误差线代表标准差。使用双向方差分析和Bonferroni检验进行统计分析,其中**代表P < 0.01,***代表P< 0.001。

  噪声暴露后注射NAD+前体仍可防止小鼠发生听力损失

  在上述基础研究中,无论是仅在噪声暴露的前5天给药还是在噪声暴露后的14天内给药,注射NAD+前体都有效阻止了24小时的瞬时阈值偏移和14天的永久性阈值偏移(如图4)。这说明,在暴露于噪声后补充NAD+前体足以防止暂时性和永久性听力损失,发挥听力保护作用。

  NAD+前体通过激活SIRT3,减少神经突触回缩,发挥听力保护作用

  SIRT3是一种防止耳蜗毛细胞和大脑之间神经纤维连接受损的蛋白质。研究人员发现,基因改造的SIRT3表达增强的小鼠对噪声暴露导致的听力损失具有较强的抵抗力,而NAD+前体治疗无法对SIRT3表达缺陷的小鼠产生保护效果,这说明,NAD+前体可能通过激活SIRT3来保护听力。

  神经突触是连接耳蜗毛细胞和大脑神经纤维的“桥梁”,神经突触回缩后声音无法传递到大脑,从而造成永久性听力损失。NAD+前体治疗可以显著减小噪声暴露后神经突触的回缩。而在SIRT3基因缺失的小鼠中,NAD+前体治疗同样无法阻止神经突触的回缩,以上的证据表明,SIRT3介导了NAD+前体阻止神经突触回缩的能力,从而产生听力保护作用(如图5)。

图5:不同小鼠中神经突触与内毛细胞(IHC)细胞核之间的距离注:图4表示的是噪声暴露24小时和14天时不同小鼠神经突触与内毛细胞(IHC)底部的细胞核之间的距离,数值越大表示突触回缩越严重。与对照组小鼠相比,在NR治疗的小鼠中可以看到神经突触回缩减少,并且这种神经突回缩的程度与SIRT3相关;条形显示的是从每组3只小鼠的最少5个耳蜗中获得的距离平均值,误差线代表标准差;使用单向方差分析和T检验进行统计分析,*代表P < 0.05,**代表P < 0.01。

图5:不同小鼠中神经突触与内毛细胞(IHC)细胞核之间的距离

  注:图4表示的是噪声暴露24小时和14天时不同小鼠神经突触与内毛细胞(IHC)底部的细胞核之间的距离,数值越大表示突触回缩越严重。与对照组小鼠相比,在NR治疗的小鼠中可以看到神经突触回缩减少,并且这种神经突回缩的程度与SIRT3相关;条形显示的是从每组3只小鼠的最少5个耳蜗中获得的距离平均值,误差线代表标准差;使用单向方差分析和T检验进行统计分析,*代表P < 0.05,**代表P < 0.01。

  这项研究发现了一种独特的途径来预防噪声引起的听力损失。近期,日本东京大学的一项NMN(NAD+前体的一种)人体临床试验结果也显示,服用NMN后,70岁健康老人的听觉功能得到了显著改善2。因此,补充NAD+前体或许会成为未来人类保护听力的重要手段。

  参考文献

  1.Brown KD, Maqsood S, Huang JY, et al. Activation of SIRT3 by the NAD⁺ precursor nicotinamide riboside protects from noise-induced hearing loss. Cell Metab. 2014;20(6):1059-1068. doi:10.1016/j.cmet.2014.11.003.

  2.Masaki I, Masaomi M, Yoshiko N-N, et al. (2021). Chronic nicotinamide mononucleotide supplementation elevates blood nicotinamide adenine dinucleotide levels and alters muscle motility in healthy old men. Nature Portfolio. Retrieved from https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-455083/v1. doi:10.21203/rs.3.rs-455083/v1.

  文章来源:https://www.nmn.cn/news/ca18n