《毒理与应用药理学》发表的文章称,NMN可通过抑制炎症从而抵抗过量铝引起的骨质流失。

  “光头、无眉”是武打影星计春华(图1)演绎“金牌反派”的点睛之笔。然而鲜为人知的是,这并不是为了塑造角色而刻意为之,而是十八岁时的一次铝中毒对他的身体留下的永久性“伤痕”。

图1. 曾因出演《少林寺》一举成名的金牌反派计春华,因铝中毒而脱发、掉眉

图1. 曾因出演《少林寺》一举成名的金牌反派计春华,因铝中毒而脱发、掉眉

  铝常见于各类器皿、化妆品、药品甚至食品中,这种金属看似安全,但实际上也是一种环境污染物,积累过多会对大脑、骨骼、肝肾产生毒副作用。由于50%~70%的铝会在骨骼中积聚[1],因此骨骼成为了铝中毒的“重灾区”,严重时会导致骨质疏松症、骨营养不良和骨软化症等疾病。但值得思考的问题是,现如今人们的生活处处离不开铝,因此如何有效的防止铝中毒便显得尤为重要。

  近日,上海交通大学附属第一人民医院的骨科主任王秋根、吴子征(图2)在该领域有了新的发现。图2左: 王秋根,上海交通大学附属第一人民医院骨科主任、创伤中心主任,主任医师、教授、博士生导师;图2右: 吴子征,上海交通大学附属第一人民医院宝山分院,骨科,主任医师

图2左: 王秋根,上海交通大学附属第一人民医院骨科主任、创伤中心主任,主任医师、教授、博士生导师;图2右: 吴子征,上海交通大学附属第一人民医院宝山分院,骨科,主任医师

  两位教授所带领的团队通过研究发现,生命必需分子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)的直接前体β-烟酰胺单核苷酸(Nicotinamide mononucleotide,NMN)可通过抑制骨的氧化应激和炎症反应来抵抗过量铝引起的骨质流失[2]。目前该研究已被发表于《毒理与应用药理学》(Toxicology and Applied Pharmacology)。

图3. 《毒理与应用药理学》发表的文章称,NMN通过抑制TXNIP-NLRP3炎性小体来减轻铝诱导的骨质流失。

图3. 《毒理与应用药理学》发表的文章称,NMN通过抑制TXNIP-NLRP3炎性小体来减轻铝诱导的骨质流失。

  NMN可保护铝引起的骨损伤

  先前的研究已表明[3],细胞内NAD+水平下降与成骨细胞生成减少相关,而补充NMN可能是改善骨损伤的有效方式之一。但NMN是否会对铝诱导的骨损伤产生保护作用,尚未可知,王教授等人对此进行了深入研究。

  研究将大鼠随机分为3组:对照组、铝组、铝+NMN组。铝组和铝+NMN组大鼠饮用水中以10 mg/L的浓度加入铝,连续服用12周;铝+NMN组大鼠连续4周腹腔注射NMN (20 mg/kg);给药12周后处死大鼠并取股骨和血液进行分析。

  结果如图4所示,NMN显著逆转了铝诱导的骨细胞内NAD+下降,并恢复了铝对骨结构的损伤。

图4. NMN可保护骨细胞免于铝造成的损伤其中A为骨细胞中NAD+的水平,B为CT图像显示股骨远端的骨干和骨小梁的结构特征。AlCl3:氯化铝。

图4. NMN可保护骨细胞免于铝造成的损伤

  其中A为骨细胞中NAD+的水平,B为CT图像显示股骨远端的骨干和骨小梁的结构特征。AlCl3:氯化铝。

  王教授等人还通过CT技术来进一步测定股骨的骨密度(BMD),骨体积分数(BVF),骨小梁厚度、数量和间距,用以评价股骨质量。

  结果显示,与铝组相比,补充NMN显著改善了上述指标的异常变化(图5)。这说明NMN显著减轻了铝诱导的骨损伤。

图5. NMN均可改善骨骼结构指标的变化

图5. NMN均可改善骨骼结构指标的变化

  NMN可减轻铝引起的骨流失

  王教授等人继续研究了NMN对骨形成和骨吸收的影响。通过酶学检验法处理3组大鼠的血清,来观察成骨标志物(ALP、BGP)和破骨标志物(TRACP-5b和CTX-I)的变化。

  结果如图6所示,与对照组相比,铝组大鼠成骨显著减少,破骨增加;但NMN处理后,逆转了铝对骨骼的影响,即破骨显著减少,成骨增加(图6)。这说明,NMN可有效地减弱铝诱导的骨流失。

图6. NMN可减轻铝诱导的骨流失其中A和B为成骨标志物(ALP、BGP),ALP 是一种在骨骼生长时以较高水平存在的蛋白,而BGP是新骨形成标志;C和D均为破骨标志物(TRACP-5b和CTX-I)。AlCl3:氯化铝。

图6. NMN可减轻铝诱导的骨流失

  其中A和B为成骨标志物(ALP、BGP),ALP 是一种在骨骼生长时以较高水平存在的蛋白,而BGP是新骨形成标志;C和D均为破骨标志物(TRACP-5b和CTX-I)。AlCl3:氯化铝。

  抗氧化和抗炎可能是NMN对抗铝中毒及保护骨骼的关键

  已有研究表明[4,5],铝可诱导自由基生成,增强脂质过氧化,促进炎症表达,而抑制氧化应激和炎症可以防止骨质流失。因此,王教授等人便考虑NMN是否在骨的氧化应激和炎症两方面有所影响。

  NMN可减轻铝诱导的股骨氧化应激

  为了探究NMN对铝诱导的骨氧化应激的影响。王教授等人对股骨抗氧化酶(SOD、GSH-PX、CAT和MDA)的活性进行了检测。

  结果显示,与对照组相比,铝组抗氧化酶SOD、GSH-PX和CAT活性均显著降低,MDA明显升高,但补充NMN后逆转了上述指标的改变,保持了股骨的抗氧化性,降低了MDA含量。这说明,NMN减少了铝诱导的骨氧化应激反应。

图7. NMN对铝诱导的大鼠股骨氧化应激的影响其中A为SOD:超氧化物歧化酶,有助于恢复细胞功能并降低细胞损伤;B为MDA:丙二醛,细胞脂质受到攻击后的产物,积累越多,表示受伤害几率越高;C为GSH-PX:谷胱甘肽过氧化物酶, 可清除掉人体内的自由基;D为CAT:过氧化氢酶,是机体防御体系的关键酶之一。AlCl3:氯化铝。

图7. NMN对铝诱导的大鼠股骨氧化应激的影响

  其中A为SOD:超氧化物歧化酶,有助于恢复细胞功能并降低细胞损伤;B为MDA:丙二醛,细胞脂质受到攻击后的产物,积累越多,表示受伤害几率越高;C为GSH-PX:谷胱甘肽过氧化物酶, 可清除掉人体内的自由基;D为CAT:过氧化氢酶,是机体防御体系的关键酶之一。AlCl3:氯化铝。

  2. NMN可抑制铝诱导的炎症反应

  为了探究NMN对铝诱导的炎症反应影响,王教授等人对血清中炎症相关因子(IL-18、IL-1β和NLRP3炎性小体)的变化也进行了检测。

  结果如图8A-B所示,与对照组相比,铝组IL-18和IL-1β的水平显著升高,而补充NMN后显著抑制了其表达。同样,股骨中NLRP3炎性小体也发生了上述变化(图8C)。这说明,NMN可能通过抑制炎症反应而部分减轻了铝诱导的骨损伤。

图8. NMN可能是通过抑制炎性反应来发挥部分的骨保护作用其中A和B为炎性相关因子,而C为NLRP3炎性小体,在机体免疫反应和疾病发生过程中具有重要作用。AlCl3:氯化铝。

图8. NMN可能是通过抑制炎性反应来发挥部分的骨保护作用

  其中A和B为炎性相关因子,而C为NLRP3炎性小体,在机体免疫反应和疾病发生过程中具有重要作用。AlCl3:氯化铝。

  剂量越高,NMN的骨保护作用越强

  上述结果证实了NMN可抵抗铝诱导的骨流失,发挥骨保护作用,而王教授等人继续探索了不同剂量的NMN(0.1 mM, 1 mM, 10 mM)的作用。

  结果显示,铝显著降低了骨细胞的活力和NAD+水平(图9A-B),增加了活性氧自由基(ROS)水平(图9C),但这些作用被NMN成功逆转,且该作用随剂量增加而增强。

图9. NMN的骨保护作用随剂量增加而越强其中图9A为骨细胞活力,图9B为骨细胞内NAD+水平;图9C为骨细胞ROS的水平,即氧化能力。AlCl3:氯化铝。

图9. NMN的骨保护作用随剂量增加而越强

  其中图9A为骨细胞活力,图9B为骨细胞内NAD+水平;图9C为骨细胞ROS的水平,即氧化能力。AlCl3:氯化铝。

  综上所述,王教授等人的研究发现,NAD+的消耗可能是铝诱导产生骨毒性的基础,而作为NAD+的直接前体NMN,则可能通过减轻骨的氧化应激反应,抑制NLRP3炎性小体等炎症途径,来抵抗铝诱导的骨损伤。

  铝作为一种常见金属,早已与人们的生活息息相关。既然生活离不开铝,那不如提高人们的预防意识,避免铝积累过量带来的伤害。而王教授等人的发现,便为预防铝中毒、保护骨健康提供了一个新视角。未来仍需更多的研究来证实NMN的这一潜在作用,同时也希望NMN作用范畴可以再添新枝。

  参考文献

  [1] X. Li, L. Zhang, Y. Zhu, Y. Li.Dynamic analysis of exposure to aluminum and an acidic condition on bone formation in young growing rats Environ. Toxicol. Pharmacol., 31 (2011), pp. 295-301

  [2] Liang H, Gao J, Zhang C, et al. Nicotinamide mononucleotide alleviates Aluminum induced bone loss by inhibiting the TXNIP-NLRP3 inflammasome. Toxicol Appl Pharmacol. 2019 Jan 1;362:20-27. doi: 10.1016/j.taap.2018.10.006. Epub 2018 Oct 4. PMID: 30292833.

  [3] X. He, J. He, Y. Shi, et al. Nicotinamide phosphoribosyltransferase (Nampt) may serve as the marker for osteoblast differentiation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells Exp. Cell Res., 352 (2017), pp. 45-52,

  [4] Z. Cao, X. Yang, H. Zhang, et al. Aluminum chloride induces neuroinflammation, loss of neuronal dendritic spine and cognition impairment in developing rat. Chemosphere, 151 (2016), pp. 289-295,

  [5] S. Mai, Q. He, H. Wang, et al. 5-lipoxygenase activation is involved in the mechanisms of chronic hepatic injury in a rat model of chronic aluminum overload exposure. Toxicol. Appl. Pharmacol., 305 (2016), pp. 259-266

文章来源:https://www.nmn.cn/news/yu20n