研究生高級生化與分子生物學講義

1、NAD/NADH 和 NADP/NADPH對細胞功能和細胞死亡的調(diào)節(jié)和生物學影響.前言.NAD和 NADP代謝A. NAD和 NADP的主要介紹B. NAD的合成C. NADP的合成D. NAD和 NADP的分解代謝E. NAD和 NADP之間的關(guān)系F. NAD通過線粒體膜的運輸G. NAD通過細胞質(zhì)膜的運輸.NAD和 NADP的生物學功能A. NAD和 NADP的生物學功能的一般介紹B. NAD和 NADP的抗氧化作用和氧化應(yīng)激C. NAD和 NADP在鈣平衡中的作用D. NAD和 NADP在能量代謝和線粒體功能中的作用E. NAD和 NADP對基因表達的影響F. NAD和 NADP的免疫功

2、能G. NAD和 NADP在血管活動中的作用H. NAD和 NADP在致癌和癌癥治療中的作用I. NAD和 NADP在衰老中的作用.NAD和 NADP參與細胞死亡A. PARP-1 和NAD在細胞死亡中的作用B. PARG在細胞死亡中的作用C. NAD在細胞凋亡中的作用D. NAD在軸突變性中的作用E. AIF 和 GADPH在細胞死亡中的作用F. NADP在細胞死亡中的作用. NAD和 NADP的治療作用A. NAD+前體的治療作用B. NAD+的治療作用C. NADH的治療作用D. NADPH氧化酶的治療修飾作用.結(jié)論摘要大量的證據(jù)表明NAD（NAD+和NADH）和NADP（NADP+和N

3、ADPH）是許多生物學過程如能量代謝、線粒體功能、鈣平衡、抗氧化作用氧化應(yīng)激的形成、基因表達、免疫功能、衰老和細胞死亡的主要調(diào)節(jié)物質(zhì)。首先，NAD參與了能量代謝和線粒體功能的調(diào)節(jié)；其次，NADPH是細胞抗氧化系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組份，并且在線粒體上依賴于NADH的活性氧簇的形成和依賴于NADPH氧化酶活性氧的形成是活性氧生成的兩個關(guān)鍵代謝機制；第三，ADP-核糖和一些其它的由NAD和NADP衍化而來的分子能夠參與鈣平衡；第四，NAD和NADP能夠調(diào)節(jié)細胞死亡的多個關(guān)鍵因子，如線粒體通透性的改變、能級、ADP-核糖聚合酶-1、和凋亡誘導因子；第五NAD和NADP對衰老影響因子如氧化應(yīng)激和線粒體活動具有

4、重要作用，此外，依賴于NAD的sirtuins也參與了衰老過程。此外，大量最新的研究揭示了NAD和NADP代謝的新模型。將來對NAD和NADP代謝和生物學功能的研究可能闡明生命的基本特性，并且形成治療疾病和延緩衰老的新對策。.前言煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）,煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）是參與能量代謝，還原性生物合成及抗氧化作用的主要分子。除了在NADP+的腺苷核糖上加了一個2磷酸在結(jié)構(gòu)上NADP+和NAD+類似。然而，NAD（包括NAD+和NADH）主要被催化底物氧化的酶使用，NADP(包括NAD

5、P+和NADPH）主要被催化底物還原的酶使用。越來越多的研究表明NAD和NADP的生物學功能十分廣泛，下面根據(jù)個人興趣將給予闡述：a)最近的研究證實了依賴于NAD+的組蛋白脫乙?；冈谡{(diào)節(jié)衰老中的關(guān)鍵作用。b)一個主要的消耗NAD+的酶ADP-核糖多聚酶-1（PARP-1）介導了多種條件下細胞氧化性死亡。c)可循環(huán)的ADP-核糖和煙酸腺嘌呤二核苷磷酸（NAADP），這兩個由NAD+形成的內(nèi)源性分子是動員細胞內(nèi)鈣庫的關(guān)鍵信號分子。d)NADPH氧化酶在免疫反應(yīng)和多種疾病中能過催化生成活性氧簇。這些生物醫(yī)學的研究熱點都涉及到了NAD和NADP,近年來也有大量關(guān)于NAD和NADP代謝的新發(fā)現(xiàn)。例如，

6、NAD+合成的關(guān)鍵酶煙酰胺單核苷酸腺苷基轉(zhuǎn)移酶（NMNATs）的三種亞型在多種亞細胞器中已被發(fā)現(xiàn)，同時也發(fā)現(xiàn)了NAD和NADP合成的新途徑。這些發(fā)現(xiàn)有力地說明了研究NAD和NADP代謝新模型的必要性。這將有助于揭示生物的基本代謝機制及多種生物學和病理學過程之間的本質(zhì)聯(lián)系。.NAD和 NADP代謝A. NAD和 NADP的主要介紹生理條件下細胞內(nèi)NAD水平顯著高于NADP水平。由于線粒體膜對NAD和 NADP是可透過性的，在細胞內(nèi)存在兩個主要的NAD和 NADP庫細胞漿NAD和 NADP庫和線粒體NAD和 NADP庫。在NADH穿梭子的作用下，可維持細胞中NADH的動態(tài)平衡。在肌細胞中大部分NA

7、D+都存在于線粒體中，然而在其他細胞中關(guān)于線粒體NAD+占總NAD+比例的研究還不多。研究表明肌細胞線粒體滲透運輸小孔的打開能導致線粒體NAD+的釋放并被NAD+糖基水解酶水解。最近的研究也表明了線粒體滲透運輸參與了鼠神經(jīng)元和星細胞中PARP-1活化誘導的NAD+的轉(zhuǎn)運，這可能和代謝異常相關(guān)。由于NAD和 NADP在維持細胞功能和細胞死亡中具有重要作用，有待于進一步研究細胞質(zhì)NAD NADP和線粒體NAD NADP之間的關(guān)系。在生理條件下，細胞質(zhì)NAD+/NADH的比例為-700-1，而線粒體NAD+/NADH的比例為7-8。相反，NADPH水平顯著高于NADP+。大量研究表明了許多病理條件能

8、夠改變細胞質(zhì)自由NAD+/NADH比例的變化。例如，在糖尿病患者組織中山梨醇代謝途徑介導了NAD+/NADH的比例的下降，這可能是糖尿病發(fā)病機理的一個重要因素。由于NAD+/NADH和NAD NADP的比值能夠影響在細胞死亡中發(fā)揮重要作用的許多酶活和線粒體滲透運輸，有待于進一步確定生理和病理條件下這些比值是如何變化的。B. NAD的合成由于NAD是NADH,NADP+和NADPH的合成必不可少的成分，NAD的生物合成在NAD和NADP代謝中具有重要作用。NAD+從頭合成途徑和補救途徑是NAD+合成的兩個主要途徑。煙酰胺和煙酸是補救途徑中NAD+合成的前體，它們首先被磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移到磷酸核

9、糖基的核糖上從而分別形成煙酰胺單核苷酸（NMN）或煙酸單核苷酸（NaMN），然后NMN和NaMN被NMNATs轉(zhuǎn)化為NAD+和NaAD，NaAD被NAD+合酶酰胺化生成NAD+。哺乳動物和酵母，無脊椎動物中的補救途徑存在很大不同。哺乳動物使用煙酰胺而不是煙酸作為NAD+合成的主要前體，煙酰胺直接被煙酰胺磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶(Nampt)轉(zhuǎn)化為NMN,NMN接著被 NMNATs催化生成NAD+。相反在酵母和無脊椎動物中煙酰胺在轉(zhuǎn)化為煙酸之前不能直接用于NAD+的合成。喹啉酸是NAD+從頭合成途徑的前體，在哺乳動物和一些細菌中它來自于L-色氨酸，在植物和一些細菌中，來自于L-天冬氨酸。喹啉酸被喹啉酸磷

10、酸核糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化為NaMN，NaMN接著被NMNATs和NAD+合酶轉(zhuǎn)化為NAD+。核酶NMNAT-1是NAD+從頭合成途徑和補救合成途徑的關(guān)鍵酶，它是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一種NMNAT。研究表明在果蠅中缺失NMNAT-1將會導致急速且嚴重的神經(jīng)衰弱。最新的研究也發(fā)現(xiàn)NMNAT-1能與多聚ADP核糖結(jié)合活化聚腺苷二磷酸核糖基聚合酶（PARP-1）,從而促進多聚ADP核糖基化。蛋白激酶C介導的NMNAT-1的磷酸化能夠抑制NMNAT-1與多聚ADP核糖結(jié)合，這說明NAD+合成關(guān)鍵酶和NAD+消耗關(guān)鍵酶在細胞核中NAD+合成和NAD+消耗之間具有協(xié)調(diào)作用。同時也發(fā)現(xiàn)了人類NMNAT-1同源基因產(chǎn)物也是參

11、與延緩小鼠神經(jīng)性變的嵌合體蛋白的一個主要部分，表明NMNAT-1對軸索變性的潛在作用。近年的研究表明人類NMNATs存在三種亞型-NMNAT-1, NMNAT-2,NMNAT-3，分別定位于細胞核，高爾基體和線粒體。這些發(fā)現(xiàn)以及高爾基體中端錨聚合酶，線粒體中NAD+消耗相關(guān)酶的發(fā)現(xiàn)共同說明了在細胞核，高爾基體和線粒體中都具有獨立的NAD+代謝結(jié)構(gòu)。近年來的研究也發(fā)現(xiàn)了關(guān)于NAD+合成的另一個關(guān)鍵酶Nampt的許多新特征，同時也發(fā)現(xiàn)了三種不同的蛋白Nampt，細胞因子促B細胞群增強因子（PBEF）和一種新的由內(nèi)臟脂肪衍生而來的內(nèi)脂激素實質(zhì)上是同一種蛋白。這種蛋白可能使用胞漿中的煙酰胺作為底物在細

12、胞外合成NMN,之后NMN進入細胞中由NMNAT催化合NAD+，然而這只是個推測，需要進一步的研究證明，如果這個推測成立，關(guān)于NAD+合成的理解將得以修正。NAD+可能不僅在細胞核和其他亞細胞器中合成，在細胞外也能合成。PBEF的類細胞因子功能及內(nèi)脂素的類胰島素功能可能和Nampt的NAD+合成功能有關(guān)，這個推測有助于NAD+合成的細胞外代謝功能。圖1描述了NAD+的細胞內(nèi)代謝機制。圖1NAD+在細胞中的代謝NAD+代謝發(fā)生在細胞內(nèi)的各種亞細胞器中和細胞外。NAD+合成關(guān)鍵酶NMNAT-1, NMNAT-2和 NMNAT3分別位于細胞核，高爾基體和線粒體中。在這些細胞器中也有與NAD+消耗相關(guān)

13、的酶，包括多聚（ADP-核糖）聚合酶-1（PARP-1）,PARP-2及細胞核中的sirtuins，高爾基體中的端錨聚合酶類，線粒體中的NAD+ glycohydrolases。在質(zhì)膜上單（ADP-核糖基）轉(zhuǎn)移酶（ARTs）和ADP-核糖基環(huán)化酶（ARCs）使特定蛋白單（ADP-核糖基）化形成環(huán)化ADP-核糖。煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（Nampt）可能存在于細胞外，通過從煙酰胺合成煙酰胺單核苷酸產(chǎn)生生物學效應(yīng)。值得注意的是犬尿素途徑形成了一些刺激神經(jīng)的中間物，包括喹啉酸，犬尿烯酸，和3羥基犬尿氨酸，因此可以從犬尿素途徑上治療多種神經(jīng)疾病。同時大量的證據(jù)表明了煙酰胺和煙酸的重要的生物學效能，它們是N

14、AD+代謝的兩種重要組成成分，煙酸能通過誘導釋放谷氨酸顯著影響大腦的功能，煙酰胺能促進能量代謝，抑制PARPs和sirtuins, 并且激活 Akt，煙酰胺還具有治療大腦局部缺氧等多種疾病的作用。近年來的研究也發(fā)現(xiàn)煙酰胺肌苷（真核生物中的一種新型的NAD+合成的前體）能夠顯著延長酵母的生殖壽命。近年來的研究也發(fā)現(xiàn)了NADH合成的新途徑: NMNAT-2 和NMNAT-3而不是NMNAT-1可能直接催化還原態(tài)的NMN和ATP形成NADH，這條途徑的生理學意義有待于進一步研究。C. NADP的合成NADP的合成主要有兩個機制，一是通過從頭合成途徑由NAD+激酶（NADK）催化NAD+合成NADP，

15、二是通過多種依賴于NADPH的酶如谷胱甘肽還原酶催化NADPH形成NADP。NADPH的形成也有兩個主要的機制：一是通過線粒體的轉(zhuǎn)氫酶由NADH和NADP+合成，二是通過多種以NADP+為底物的酶由NADP+合成NADPH。NADK在影響NADP的含量上起到關(guān)鍵作用，它是唯一一個能夠從頭合成NADP+的酶。因此闡明NADK調(diào)節(jié)NADP含量的機制是至關(guān)重要的。已有報道表明NADK在原核和真核生物中維持生物活性的本質(zhì)性作用，然而在酵母中發(fā)現(xiàn)有三種NADKs，在人中只有一種NADK。催化細胞中NADP+形成NADPH的酶可分為四類：一，6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸鈉脫氫酶（即磷酸戊糖或叫做

16、磷酸己糖支路中的兩種酶）；二，胞漿和線粒體中以NADP+為底物的異檸檬酸脫氫酶（IDPc 和 IDPm）；三，胞漿和線粒體中以NADP+為底物的蘋果酸脫氫酶(MEPc and MEPm); 四，線粒體轉(zhuǎn)氫酶。在胞漿中NADPH可由6-磷酸葡萄糖脫氫酶，6-磷酸葡萄糖酸鈉脫氫酶，異檸檬酸脫氫酶（IDPc）或蘋果酸脫氫酶(MEPc)催化合成。在酵母胞漿中乙醛脫氫酶也參與了從NADP+合成NADPH。在線粒體中NADPH可由異檸檬酸脫氫酶（IDPm）,蘋果酸脫氫酶(MEPm)或轉(zhuǎn)氫酶催化NADP+合成。圖2描述了胞漿和線粒體中NADPH合成的途徑。圖2. NADPH在胞漿和線粒體中的合成途徑在胞漿中

17、NADP+由NAD+激酶催化NAD+合成,NADPH可由6-磷酸葡萄糖脫氫酶（G6PDH)，6-磷酸葡萄糖酸鹽脫氫酶(6GPDH)，胞漿中的以NADP+為底物的異檸檬酸脫氫酶(ICPs)或蘋果酸脫氫酶(MEPc)催化NADP+形成。在線粒體中，NADP+由NAD+激酶催化NAD+合成,而NADPH是由線粒體中的以NADP+為底物的異檸檬酸脫氫酶(ICPm)，蘋果酸脫氫酶(MEPc)或線粒體轉(zhuǎn)氫酶（TH）催化NADP+形成。6-磷酸葡萄糖脫氫酶是合成NADPH的關(guān)鍵酶，在所有細胞中它都被稱作“管家酶”，并且對于氧化應(yīng)激，激素和營養(yǎng)素刺激能夠進行組織分化的調(diào)節(jié)。盡管6磷酸葡萄糖脫氫酶是NADPH合

18、成中研究得最多的酶，也有研究表明IDPc和MEPc對胞漿中NADPH合成及細胞抗氧化也發(fā)揮著重要作用。線粒體轉(zhuǎn)氫酶位于動物線粒體的內(nèi)膜上，它將質(zhì)子通過線粒體膜轉(zhuǎn)運和NAD(H) ， NADP(H)之間還原當量的轉(zhuǎn)變相偶聯(lián)。在大多數(shù)生理條件下，利用線粒體跨膜質(zhì)子電化學梯度，NADH能夠驅(qū)動NADP+的還原。近年來的研究表明線粒體轉(zhuǎn)氫酶基因敲除的小鼠能夠?qū)е滦吞悄虿?，為什么轉(zhuǎn)氫酶缺失會損害胰島素的分泌有待于探究。雖然催化形成NADPH的酶由很多，在不同細胞類型和不同細胞中，這些酶對NADPH合成的相對影響是不同的。線粒體中能催化NADPH合成的三種酶也能催化大腦線粒體NADPH的合成及氧化型谷胱甘

19、肽的還原。IDPm 在NIH3T3細胞中也具有同樣顯著地抗氧化作用。近年來的研究也表明在某些哺乳細胞中IDPm是合成線粒體NADPH的主要酶，IDPm的活性受脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的抑制也受Ca2+的調(diào)節(jié)。也有研究表明ROS能夠誘導IDPm的表達。在酵母中，Outten等發(fā)現(xiàn)了一種新的NADPH合成途徑，即依賴于NADH激酶的NADPH合成途徑。POS5基因產(chǎn)物Pos5p具有通過催化NADH磷酸化而合成NADPH的NADH激酶活性，它是合成酵母中NADPH的關(guān)鍵酶，POS5的破壞會導致酵母線粒體的突變率增加50倍，然而類似的機制是否存在于高等真核生物中有待于研究。D. NAD和 NADP的分解代謝NA

20、D+能夠被多種酶家族包括PARPs、sirtuins、ADP-核糖基環(huán)化酶和單（ADP-核糖基）環(huán)化酶等催化分解，形成煙酰胺和其它包含ADP-核糖的產(chǎn)物。這些以NAD+為底物的酶的催化反應(yīng)對許多生物學過程都有顯著影響。主要的NAD+分解相關(guān)酶包括：一，PARPs是一類能通過作用于靶蛋白催化NAD+形成PAR的酶家族。PARP-1是PARP家族中研究得最多的一個酶，它在調(diào)節(jié)多種細胞和亞細胞活動包括DNA的修復，基因表達，基因組的穩(wěn)定性，細胞周期及細胞死亡中都發(fā)揮著重要作用。PARP-1也能參與組織和器官的多種生物學功能如炎癥反應(yīng)和細胞記憶。但是PARP-1活性過度會導致多種器官局部缺氧，糖尿病，

21、1-甲基-4-苯-1,2,3,6-四氫吡啶（MPTP）誘導的帕金森綜合癥，外傷性腦損傷，低血糖性腦損傷和暈厥等疾病。二，雙功能的ADP-核糖基環(huán)化酶環(huán)化ADP-核糖水解酶能夠分解NAD+形成環(huán)化ADP-核糖和并且水解環(huán)化ADP-核糖從而生成自由的ADP-核糖。哺乳動物ADP-核糖基環(huán)化酶CD38是生理條件下NAD+含量的主要調(diào)節(jié)物質(zhì)；由CD38催化形成的環(huán)化ADP-核糖在許多生物學過程中發(fā)揮著重要作用。三，依賴于NAD+組蛋白脫乙酰基酶（或叫做Sir2蛋白家族或sirtuins）能通過分解NAD+使組蛋白和非組蛋白脫乙?；?，進而促進細胞衰老，致癌和死亡。四，單（ADP-核糖基）轉(zhuǎn)移酶（ARTs

22、）是一類能夠分解NAD+使蛋白單ADP-核糖基化的酶家族。ART1-5在多種細胞類型中都表達。位于Treg細胞（參與免疫反應(yīng)的T細胞的一類亞細胞）質(zhì)膜上的ART2能夠使P2X7受體單（ADP-核糖基）化而導致Treg細胞凋亡。大量的研究表明CD38能夠參與生理條件下細胞內(nèi)NAD+含量的調(diào)節(jié)，而當重大的DNA損壞發(fā)生時PARP-1能調(diào)節(jié)細胞內(nèi)NAD+含量。和野生型小鼠相比CD38基因敲出小鼠細胞組織中NAD+含量顯著增加，NAD+含量的增加量具有組織特異性，腎臟中的CD38敲除型小鼠NAD+含量是野生型的2倍，而在心臟中達到25倍。這說明CD38是生理條件下NAD+含量的主要調(diào)節(jié)物質(zhì)。也有研究表

23、明重大的DNA損壞發(fā)生時PARP-1能參與NAD+的分解，但是PARP-1基因敲除小鼠和野生型小鼠大腦在生理條件下的NAD+含量沒有顯著差別。降解NADP+的酶主要是NAD(P)+核苷酶，它能分解NADP+形成ADP-核糖（2-磷酸）和煙酰胺。NADP+也能轉(zhuǎn)化為NAADP,NAADP是細胞內(nèi)調(diào)節(jié)鈣含量的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)。然而大量研究表明NAD+能夠通過多種途徑降解從而產(chǎn)生多種生物學效應(yīng)，至于NADP+是否也能通過多種途徑發(fā)生降解仍不清楚。E. NAD和 NADP之間的關(guān)系NADK和線粒體轉(zhuǎn)氫酶對調(diào)節(jié)NAD(H)和NADP(H)之間的轉(zhuǎn)化具有本質(zhì)性作用：NADK是唯一催化NAD+形成NADP+的酶

24、，卻不能催化NADH形成NADPH。相反，轉(zhuǎn)氫酶能夠催化NADP+ NADH 形成(NADPH + NAD+)?；贜AD和NADP的重要的生物學功能，NADK和轉(zhuǎn)氫酶在通過調(diào)節(jié)NAD和NADP之間的平衡從而維持細胞功能方面發(fā)揮著重大作用。NADK受多種因素的調(diào)節(jié)：NADK受 NADH和NADPH的抑制而被鈣和鈣調(diào)蛋白活化?？紤]到氧化應(yīng)激，鈣和鈣調(diào)蛋白在大量生物學和病理學過程中的重要作用，它們活化NADK的機制是值得研究的。將來的研究應(yīng)當向這些酶的調(diào)節(jié)機制和生物學效應(yīng)方面發(fā)展。已有研究表明在某些條件下NAD和NADP的總體水平會增加：禁食能使肝臟中NAD+的含量增加33，重新喂食又能夠恢復正常

25、；抽去血清能使平滑肌細胞中PBEF的表達水平增加，從而導致細胞內(nèi)NAD+含量的增加；分裂素也能促進吡啶核苷酸的合成。此外，在人類嗜中性粒細胞中NADP的總體含量也顯著增加。F. NAD通過線粒體膜的運輸線粒體內(nèi)膜對NAD是不可透過的，然而最近的研究發(fā)現(xiàn)了兩個線粒體NAD+的運載體分別叫做Ndt1p 和 Ndt2p，這兩個載體能將NAD+運入酵母線粒體中，完整的植物線粒體能在一定的NAD+濃度和溫度條件下吸收NAD+，當培養(yǎng)的人體細胞處于不活動狀態(tài)時NAD+也能進入線粒體基質(zhì)。線粒體內(nèi)膜對NADH也是不透的，但是胞漿中的NADH可以通過NADH穿梭子進入線粒體，如蘋果酸-天冬氨酸穿梭子和3-磷酸

26、甘油穿梭子。蘋果酸-天冬氨酸穿梭子的主要成分包括胞漿中的蘋果酸脫氫酶，天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶，線粒體上的天冬氨酸-谷氨酸載體以及線粒體中的蘋果酸脫氫酶。3-磷酸甘油穿梭子由胞漿中的3-磷酸甘油脫氫酶和線粒體中的3-磷酸甘油脫氫酶組成。胞漿NADH的含量不僅受蘋果酸-天冬氨酸穿梭子的調(diào)控，也受乳酸脫氫酶催化的丙酮酸-乳酸轉(zhuǎn)之間相互轉(zhuǎn)化和其他脫氫酶催化反應(yīng)的調(diào)控。由于這些NAD轉(zhuǎn)運途徑在能量代謝和其它生物功能上的重要作用，NADH穿梭子轉(zhuǎn)運胞漿NADH對細胞功能的維持的意義非常重大，NADH穿梭子如果遇到障礙很可能會產(chǎn)生病理后果。最近有一些研究報道使用蘋果酸-天冬氨酸或3-磷酸甘油缺陷型小鼠作為研究對象從

27、而確定NADH穿梭子的生物學功能，得到了關(guān)于神經(jīng)元NADH調(diào)控的重要信息：由于神經(jīng)元線粒體上能與Ca2+結(jié)合的天冬氨酸-谷氨酸載體（ARALAR）在蘋果酸-天冬氨酸穿梭子中發(fā)揮重要作用且在線粒體外部具有Ca2+結(jié)合區(qū)域，研究者發(fā)現(xiàn)Ca2+對NADH穿梭有影響并且發(fā)現(xiàn)不足以激活Ca2+單向運輸?shù)纳倭緾a2+信號能影響線粒體NADH水平，少量的Ca2+信號能通過激活ARALAR促進NADH從胞漿穿梭進入線粒體。生理和病理條件下NADH穿梭子的轉(zhuǎn)運后調(diào)節(jié)有待于進一步研究。E. NAD通過細胞質(zhì)膜的運輸眾所周知NAD+和NADH是不能穿過任何細胞的質(zhì)膜的，然而最近的研究發(fā)現(xiàn)在某些細胞類型中NAD+和N

28、ADH是能夠穿過質(zhì)膜的：間隙連接蛋白43（CX43）的單側(cè)通道能使一定濃度梯度的NAD+穿過成纖維細胞和星形細胞的質(zhì)膜。我們的最新研究首次發(fā)現(xiàn)了NADH可以通過P2X7受體穿過星形細胞的質(zhì)膜：將星形細胞用10uM-10mM的NADH處理時，細胞內(nèi)NADH和NAD+水平顯著增加。同時也發(fā)現(xiàn)了嘌呤能P2X7受體介導的NADH運輸：P2受體的抑制劑磷酸吡哆醛-6-苯偶氮基-2.4-雙磺酸能阻止NADH的運輸；RNA沉默使P2X7受體發(fā)生變形也能阻礙NADH的運輸；用鼠P2X7受體CDNA轉(zhuǎn)染人P2X7受體缺陷型胚腎細胞（HEK293）會促進細胞中NADH的運輸。這些研究結(jié)果共同說明了在某些細胞中P2

29、X7受體能介導NADH跨質(zhì)膜運輸。我們的研究提出了改變細胞內(nèi)NADH和NAD+含量的新方法。在其他細胞中是否也存在NADH的跨質(zhì)膜運輸以及病理狀態(tài)是否能改變NADH的運輸狀況有待于進一步研究。. NAD和 NADP的生物學功能A. NAD和 NADP的生物學功能的一般介紹長久以來NAD的生物學功能都被認為是調(diào)節(jié)細胞的能量代謝，大量的研究表明NAD能參與細胞死亡許多其他的生命活動如鈣平衡和基因表達，目前越來越多的研究更加深入的發(fā)現(xiàn)了NAD在許多重大生命活動如衰老，致癌和免疫功能等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。NADPH的生物學功能主要包括三個方面：一，NADPH是細胞抗氧化作用的關(guān)鍵成分；二，NADPH是

30、脂肪酸，類固醇和DNA等物質(zhì)還原性生物合成的電子源；三，NADPH是NADPH氧化酶的底物，通過產(chǎn)生ROS在多種生物學和病理過程中發(fā)揮中重要作用。各種不同的NADPH-合成機制有著不同的生物學功能：IDPc 和IDPm在防御氧化損傷上起著重要作用，IDPc也參與脂類代謝。合成NADPH的部位能夠決定NADPH的功能：線粒體酶催化合成的NADPH主要作用于線粒體抗氧化和生物合成，而胞漿酶催化合成的NADPH主要用于NADPH氧化酶活化時ROS的合成。NADP+的主要生物學功能是作為NADPH合成的前體。NADP+也是合成NAADP的前體，NAADP是一種能動員細胞內(nèi)酸性鈣泵的內(nèi)源性分子。從NAD

31、P+和NAD+衍化而來的NAADP和環(huán)化ADP-核糖是鈣平衡的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)。B. NAD和 NADP的抗氧化作用和氧化應(yīng)激PARP-1在許多條件下的氧化性細胞死亡中起作用。NAD+缺失和PARP-1誘導的細胞死亡有關(guān)，NAD也能對通過多種途徑影響抗氧化作用和氧化應(yīng)激的形成：一，由于NADH/NAD+氧化還原對在多種氧化還原反應(yīng)中起作用并且在細胞中具有負值最小的還原力（-0.32）,NADH/NAD+比值是衡量細胞還原氧化力的指數(shù)；二，NAD+可被NADK催化生成NADP+,即NADPH合成的前體；三，一些研究發(fā)現(xiàn)了NADH直接的抗氧化作用；四，NAD+能夠抑制同戊二酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶及具有

32、可透過性的鼠大腦線粒體的ROS合成。然而，細胞內(nèi)過多的NADH能產(chǎn)生還原力從而導致Fe2+從鐵蛋白中釋放出來，或激活黃嘌呤氧化酶/黃嘌呤脫氫酶通過氧化NADH而形成ROS。NADPH是細胞內(nèi)通過以下途徑實現(xiàn)抗氧化作用的物質(zhì)之一：一，谷胱甘肽還原酶催化GSSG形成GSH需要NADPH。GSH是一些主要的抗氧化作用酶包括谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的必要原料。在一些細胞中，大部分的NADPH和清除H2O2的酶（過氧化氫酶）結(jié)合，當它被H2O2滅活后能重新激活。三，NADPH在另一個抗氧化系統(tǒng)硫氧還系統(tǒng)中也是一個必要地組成成分。 關(guān)于磷酸戊糖途徑在抵御氧化應(yīng)激中的作用的研究已有很多。例如，

33、當用6-磷酸葡萄糖脫氫酶抑制劑處理雌鼠胚胎干細胞時，6-磷酸葡萄糖表現(xiàn)出對抵御氧化應(yīng)激的不可必要性但是對戊糖的合成石不必要的。NADPH主要通過影響GSH再生而參與細胞的抗氧化作用，在紅細胞中，NADPH表現(xiàn)出比GSH更強的氧化損傷作用，很可能和NADPH能夠重新活化過氧化氫脫氫酶有關(guān)。6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺陷病人的紅細胞對氧化應(yīng)激的敏感性會增強進一步說明了6-磷酸葡萄糖脫氫酶在NADPH合成和抗氧化上的關(guān)鍵作用。最近的研究也發(fā)現(xiàn)了IDPm的抵御氧化應(yīng)激作用：IDPm的過量和過低表達將會分別降低和增加線粒體對氧化應(yīng)激的敏感性。同時也發(fā)現(xiàn)IDPc在細胞抗氧化中也發(fā)揮著重要作用。圖3描述了NADP

34、H抵御細胞氧化應(yīng)激的途徑。圖3.NADPH的細胞抗氧化作用NADPH可由6-磷酸葡萄糖脫氫酶（G6PDH)，6-磷酸葡萄糖酸鹽脫氫酶(6GPDH)，以NADP+為底物的異檸檬酸脫氫酶(ICPs），蘋果酸脫氫酶(MEPs)和轉(zhuǎn)氫酶催(TH)催化形成。NADPH可通過作為谷胱甘肽還原酶（GR）的底物，將GSSG還原為GSH，GSH是抗氧化酶-谷胱甘肽過氧化酶（GPx）和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶維持活性的必需物質(zhì)，從而增強細胞抗氧化能力。NADPH也能通過重新激活以H2O2為底物的過氧化氫酶（CAT）或通過促進硫氧還蛋白還原酶介導的硫氧還蛋白的重新合成來增強抗氧化能力。H+的跨線粒體質(zhì)膜運輸和NAD(H

35、),NADP(H)之間的轉(zhuǎn)化相偶聯(lián)，這離不開線粒體脫氫酶的催化作用。因此，線粒體脫氫酶可能和三羧酸循環(huán)（TCA）活力和線粒體的還原電位相關(guān)：較高的TCA活力會使NADH含量增加從而增加線粒體膜的H+電化學梯度并且促進了電子傳遞鏈上ROS的產(chǎn)生，由于轉(zhuǎn)氫酶的作用，較高的H+濃度能促進NADPH的合成及提高線粒體的抗氧化能力。由于線粒體NADPH合成和以NADH為底物的電子傳遞鏈上的氧化應(yīng)激的形成解偶聯(lián)，在某些病理條件下轉(zhuǎn)氫酶發(fā)生失活將會使線粒體氧化損傷加劇。然而NADPH也能通過NADPH氧化酶作用而形成氧化應(yīng)激。NADPH氧化酶是能催化NADPH和氧形成過氧化物的一類酶。大量的研究表明不僅在吞

36、噬細胞中，在許多其他細胞和組織中也存在NADPH氧化酶活性。NADPH氧化酶的NOX家族有7個成員，包括吞噬細胞NADPH氧化酶（NOX2/gp91(phox)）和吞噬細胞NADPH氧化酶細胞色素亞基的六個同源物（NOX1, NOX3, NOX4, NOX5, DUOX1和DUOX2)。這些酶都能受到鳥苷三磷酸酶（Rac），蛋白激酶C和Ca2+等的激活，使電子穿過質(zhì)膜從而導致過氧化物的形成。在不同的NOX家族成員分布上存在著較大的組織特異性。NOX4主要存在于人臍靜脈上皮細胞的細胞核中，通過在細胞核中形成ROS來調(diào)節(jié)基因表達。最近的研究表明在心肌細胞的細胞中，局部缺氧誘導的NOX2的表達能參與

37、局部缺氧誘導的細胞凋亡。同時也發(fā)現(xiàn)吸收了NADPH氧化酶NOX2的早期樹突細胞的吞噬小體能通過合成ROS使吞噬小體內(nèi)腔堿化。這些研究發(fā)現(xiàn)說明了NADPH氧化酶不僅存在于質(zhì)膜上也存在于細胞核這樣的亞細胞器中。將來關(guān)于定位于亞細胞器中的NADPH的研究將會為NADPH氧化酶的生物學功能和調(diào)節(jié)細胞死亡提供新信息。圖4以圖表的形式描述了NAD和NADP影響抗氧化作用和ROS合成的途徑。圖4.NAD和NADP影響抗氧化作用和ROS合成的途徑NADH能夠促進還原勢的生成，也能通過電子傳遞鏈（ETC）或誘導鐵離子從鐵蛋白中釋放，促進生成ROS.NADPH能夠促進谷胱甘肽還原酶(GR)-介導的GSH的重新合成

38、，過氧化氫酶的重新活化及硫氧還蛋白還原酶(TrxR)-介導的硫氧還蛋白(TRx)的生成，從而增強了細胞抗氧化能力。NADPH也能被NADPH氧化酶催化生成過氧化物。GSH/GSSG比值可能通過對NAD/NADP代謝的影響而調(diào)節(jié)細胞的整體氧化還原力：由于谷胱甘肽還原酶催化GSSG合成GSH需要消耗NADPH,GSH/GSSG比值降低會使NADPH/NADP+比值也降低；由于NADK能調(diào)節(jié)NADPH/NADP+比值和NADH/NAD+比值之間的衡，NADPH/NADP+比值降低可能會影響NADH/NAD+比值。C. NAD和 NADP在鈣平衡中的作用大量的研究表明NAD+能通過多種途徑參與鈣平衡的

39、節(jié):a)ADP-核糖基環(huán)化酶能催化NAD+形成環(huán)化ADP核糖，環(huán)化ADP核糖是斯里蘭卡肉桂咸受體介導的鈣通道的有力的內(nèi)源性促效劑b)NAD+也能促進P2X7受體單-ADP-核糖基化，使P2X7受體打開，使Ca2+進入，從而調(diào)節(jié)鈣代謝。c)NAD葡萄糖水解酶或PARPs/多聚(ADP-核糖) 葡萄糖水解酶(PARG)催化NAD合成的ADP-核糖分子能活化TRPM2受體，使Ca2+進入細胞。d）Sir2家族蛋白合成的O-乙酰基-ADP-核糖直接與TRPM2受體的胞漿結(jié)構(gòu)域結(jié)合，使TRPM2通道打開從而導致Ca2+進入細胞。NADH也能直接調(diào)節(jié)鈣平衡：氧含量低時，NADH能促進Ca2+從腦內(nèi)浦肯野細

40、胞和神經(jīng)生長因子分化的PC12細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)門控Ca2+通道中釋放出來。和三磷酸肌醇(IP3)門控Ca2+通道相聯(lián)系的GAPDH能合成NADH，從而促進Ca2+通道打開。由于心肌細胞肌質(zhì)網(wǎng)上存在NADH氧化酶活性，NADH也能抑制心肌細胞的斯里蘭卡肉桂咸受體，卻不能抑制骨骼肌細胞中的該體。NADP+是合成動員細胞內(nèi)Ca2+泵的NAADP的主要的底物。NAADP通過T淋巴細胞調(diào)節(jié)TRPM2通路。大量的研究表明NAADP是動員細胞內(nèi)鈣泵的內(nèi)源性物質(zhì)之一。由NADK聯(lián)系起來的NADP+和NAD+分別是合成NAADP和環(huán)化ADP-核糖的前體。因此，確定NADK在環(huán)化A

41、DP-核糖和NAADP信號通路中的作用顯得十分重要。圖5描述了NAD和NADP影響鈣平衡的途徑。圖5. NAD和NADP影響鈣平衡的途徑ADP-核糖基環(huán)化酶(ARCs)，多聚（ADP-核糖）聚合酶(PARPs)/多聚(ADP-核糖)葡萄糖酸鹽水解酶(PARG)及sirtuins利用NAD+作為底物合成一些動員Ca2+的第二信使，包括環(huán)化ADP-核糖(cADPR),ADP-核糖和O-乙?；?核糖（O-乙?；鵄DRP）。這些物質(zhì)能夠活化TRPM2受體和斯里蘭卡肉桂堿(RyR)。以NAD+為底物的單（ADP-核糖基）轉(zhuǎn)移酶(ARTs)通過使P2X7 受體 (ADPR-P2X7R)單-ADP-核糖基化

42、，也能影響該平衡。NADH通過影響IP3-鈣離子門控通道，線粒體通透性的改變和RyR而調(diào)節(jié)鈣平衡。從NADP合成NAADP動員細胞內(nèi)以NAADP為底物的鈣泵。NADPH也可能通過抗氧化作用和生成ROS影響鈣泵和鈣通道最終影響鈣平衡。D .NAD和 NADP在能量代謝和線粒體功能中的作用NAD在幾乎所有物種的能量代謝中都發(fā)揮著重要作用。NAD能通過多種途徑參與胞漿的能量代謝：作為糖酵解酶GAPDH的輔酶，NAD參與了糖酵解過程；NAD也參與了胞漿中其它能量代謝相關(guān)的反應(yīng)，如乳酸脫氫酶催化的乳酸-丙酮酸之間相互轉(zhuǎn)化。此外，由于NADH從胞漿到線粒體的穿梭作用，胞漿中的NADH也能影響線粒體的氧化磷

43、酸化作用。NAD參與線粒體能量代謝的機制有很多；a)NADH是電子傳遞鏈主要電子供體之一；b)NAD+是三羧酸循環(huán)的三個限速酶的輔酶；c)AIF是維持線粒體復合物活力的一種NADH氧化酶；d)NADH能直接作用于陰離子電壓門控通道并控制小分子物質(zhì)穿過線粒體膜的運輸；e)最近的研究表明依賴于NAD+的sirtuins能使活化的乙酰- CoA合成酶的賴氨酸殘基脫乙?；瑥亩罨藢⒁宜徂D(zhuǎn)化為乙酰- CoA的酶。在哺乳動物細胞中SIRT1能使胞漿中的乙酰- CoA合成酶1脫乙?；⒒罨?， SIRT3能脫乙?；⒒罨€粒體中的乙酰- CoA合成酶2；f)NADH/NAD+比值能調(diào)節(jié)MPT小孔的開放，從

44、而影響線粒體膜電位。線粒體處于還原狀態(tài)時如果存在吡啶核苷酸會使bcl-2過量表達從而抑制煙酸應(yīng)激誘導的MPT。研究表明在一定條件下由于胞漿細胞色素C和線粒體細胞色素氧化酶的作用，隨著線粒體膜化學電位的形成，胞漿中的NADH還原力能直接轉(zhuǎn)移到線粒體中的氧。來自于NADH的高能量電子在線粒體的外部被NADH-細胞色素b5氧化還原酶復合體轉(zhuǎn)化為胞漿細胞色素C;之后細胞色素C在呼吸接觸位點將電子轉(zhuǎn)移到線粒體復合物（細胞色素氧化酶），最后隨著膜化學電位的形成分子氧被還原。在細胞凋亡的早期階段當大量的細胞色素C釋放到胞漿中時這個過程可能發(fā)生，形成的過多能量最終導致細胞凋亡。此外，由于線粒體中的細胞色素C可

45、能持續(xù)不斷地釋放到胞漿中此過程也可能在生理條件下發(fā)生，從而清除胞漿中過多的NADH并且在第一個呼吸鏈復合體受損時促進細胞存活。由于轉(zhuǎn)氫酶利用線粒體跨膜的H+電化學梯度將NADP+ NADH轉(zhuǎn)化為NADPH + NAD+，線粒體NADPH的合成能通過轉(zhuǎn)氫酶與氧化磷酸化相偶聯(lián)。逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)氫酶催化的反應(yīng)可利用NADPH生成較高的線粒體膜質(zhì)子梯度。然而，逆轉(zhuǎn)反應(yīng)可利用的的能量相對較低，逆轉(zhuǎn)反應(yīng)生成的質(zhì)子梯度是暫時的，無關(guān)重要的。線粒體異檸檬酸脫氫酶也可能存在相同的機制（-同戊二酸和NADPH被催化生成異檸檬酸和NADP+,從而更好地調(diào)節(jié)TCA循環(huán)），肝臟和心臟中的IDPm催化的逆轉(zhuǎn)反應(yīng)能進行，使用IDPm

46、特異性抑制劑卻不能是逆轉(zhuǎn)反應(yīng)發(fā)生，此結(jié)論進一步證實了這個推論。在將來的研究中有必要闡明轉(zhuǎn)氫酶，線粒體NADPH合成，TCA循環(huán)活力和線粒體氧化磷酸化之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)氫酶不足會導致C57BL/6J鼠中葡萄糖誘導的胰島素發(fā)生釋放說明了此研究的重要性。最近的研究表明IDPc參與了小鼠葡萄糖誘導的丙酮酸循環(huán)和胰島素分泌，IDPc能作用于丙酮酸相關(guān)的能量代謝。酵母NADH激酶POS5破壞會顯著增加線粒體的突變率表明NADPH在保護線粒體DNA完整性中的作用。E.NAD和 NADP對基因表達的影響NAD可能通過多種途徑影響基因表達。NADH參與維持輔阻遏物羧基末端結(jié)合蛋白的活性，這是一種細胞周期調(diào)節(jié)，發(fā)育和

47、轉(zhuǎn)化的重要調(diào)節(jié)因子；NADH也能調(diào)節(jié)生物鐘（BMAL1和NPAS2）的活性，BMAL1是控制晝夜節(jié)奏鐘相關(guān)基因表達的異二聚體轉(zhuǎn)錄因子。大量的研究表明了PARP-1在基因表達中的重要作用。例如，依賴于DNA拓撲異構(gòu)酶a的雙鏈DNA的暫時斷裂及之后PARP-1的激活作用都是細胞核受體和許多其他與DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子介導的信號傳導的基因表達必不可少的。PARP-1參與基因表達的機制包括：一，PARP-1能作用于多種轉(zhuǎn)錄因子，如AP-1, AP-2, NF_B, p53, cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白，Sry 和HIF1；二，依賴于NAD+的PARP-1通過與核小體結(jié)合能可逆地調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)：與核小體結(jié)合

48、的PARP-1能促進轉(zhuǎn)錄抑制的凝集染色質(zhì)的形成，而當存在 NAD+時，PARP-1發(fā)生多聚（ADP-核糖基）化，使得PARP-1從染色質(zhì)上分離從而形成了轉(zhuǎn)錄激活的松散的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)；三，PARP-1能使組蛋白H1多聚（ADP-核糖基）化，也能使染色質(zhì)去凝集；四，當NAD+存在時，PARP-1能使RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄發(fā)生沉默；五，PARP-1自身也能通過與某些基因如iNOS和CXC ligand1的啟動子結(jié)合直接作用于基因表達；六，PARP-1能通過DNA甲基化修飾影響基因表達；七，依賴于PARP-1的NAD+消耗會影響sirtuins對多種轉(zhuǎn)錄因子的活性的調(diào)節(jié)進而作用于基因表達。PARP-1通

49、過多種機制如蛋白質(zhì)之間直接的相互作用，轉(zhuǎn)錄因子的修飾和轉(zhuǎn)錄因子的多聚（ADP-核糖基）化作用于轉(zhuǎn)錄因子，說明了PARP-1作用于基因表達的機制的復雜性。PARP-1介導的基因表達在多種生物學和病理學過程如炎癥和癌癥中具有重要作用。例如，最近的研究表明PARP-1能參與依賴于氮氧化物的iNOS基因表達的負反饋調(diào)節(jié)：PARP-1是iNOS啟動子的一種新型激活因子，NO能使PARP-1亞硝基化從而抑制iNOS基因表達。圖6以圖表的形式描述了PARP-1影響基因表達的途徑。圖6. PARP-1影響基因表達的途徑PARP-1通過作用于大量的轉(zhuǎn)錄因子或直接與特定基因的啟動子結(jié)合而影響基因表達。PARP-1

50、也能通過使染色質(zhì)去凝集或使之壓縮而影響基因表達。PARP-1也能使依賴于RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄停止或使DNA甲基化而影響基因表達。此外，以PARP-1為底物的NAD+的消耗能引起具有調(diào)節(jié)一些轉(zhuǎn)錄因子活性的功能的sirtuins的降解從而影響基因表達。Sirtuins也能通過多種途徑影響基因表達：一，酵母Sir2和哺乳動物SIRT1能通過染色質(zhì)高度緊縮形成異染色質(zhì)而使組蛋白發(fā)生基因阻遏和低度乙?；?；二，SIRT1使多種轉(zhuǎn)錄因子如p53，F(xiàn)OXO轉(zhuǎn)錄因子，NFkB, p73和Tat等發(fā)生脫乙?；瑥亩龠M了這些轉(zhuǎn)錄因子的活性；三，SIRT7是RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄作用的激活因子；四，SIRT1能通過使

51、TAFI68脫酰基而使RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄作用受到抑制。大量的研究表明sirtuins能通過影響基因表達而作用于多種生物學過程，包括衰老，細胞死亡，致癌和抗壓作用。由于ROS能通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)而參與基因表達，NADPH能通過細胞抗氧化和生成ROS影響基因表達。位于人臍帶血管上皮細胞核中的NOX4能形成過氧化物從而調(diào)節(jié)基因表達，這是NADPH影響基因表達的一個新的機制：細胞核中的NADPH氧化酶可能通過啟動氧化還原反應(yīng)的信號傳導而影響基因表達。同時也發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮NADPH氧化酶能被血管生成因子激活，如VEGF。NADPH氧化酶催化生成的ROS能活化多種氧化還原信號通路而使血管生成相關(guān)基因

52、表達可能介導了出生后或體內(nèi)的血管生成。FNAD和 NADP的免疫功能CD38誘導產(chǎn)生的ADP-核糖能通過對細菌化學引誘物的中性粒細胞趨化性在炎癥和主動免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。最近的研究也表明作為第二信使的環(huán)化-ADP核糖介導了脂多糖誘導的人外周血單核細胞的增殖。由于PARP-1對NFkB有重要影響，PARP-1在炎癥反應(yīng)中也發(fā)揮了重要作用。NADH達到一定的含量時也能誘導IL-6從人體末梢血白細胞中釋放出來。最近的研究表明胞外ARTs能通過消耗細胞外NAD+使P2X7受體發(fā)生單ADP核糖基化,從而使P2X7受體通道打開。P2X7受體的開放促進了一種能夠抑制其它類型T細胞活性的Treg細胞的死

53、亡。當存在干細胞因子和IL-7時，細胞因子PBEF能夠促進B-細胞前體的成熟。PBEF和Nampt一樣是哺乳動物NAD+合成補救途徑的關(guān)鍵酶，表明NAD+合成關(guān)鍵酶在胞外激活時能產(chǎn)生類似細胞因子的效果。Nampt的煙酰胺單核苷酸合成能力是否能夠解釋PBEF的類似細胞因子的效應(yīng)有待于進一步研究。吞噬細胞中的NADPH氧化酶通過形成對微生物具有殺傷力的ROS在主動免疫中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。大量的研究表明NOX家族氧化酶的一些其它成員也參與了宿主防御。NADPH受到抑制時能夠阻斷炎癥反應(yīng)說明了病理條件下的NADPH氧化酶在炎癥反應(yīng)中的重要作用。NADPH氧化酶和可誘導的(iNOS)之間的相互作用在炎癥誘

54、導的細胞毒性中具有重要作用：iNOS是NOS的亞型，但是iNOS依賴于Ca2+并且受到轉(zhuǎn)錄調(diào)控?；罨膇NOS能形成大量有毒持續(xù)的NO。NADPH氧化酶催化形成的過氧化物和iNOS催化形成的NO相互作用生成的過氧化亞硝酸鹽能通過DNA損傷，抑制線粒體呼吸鏈和活化PARPs而產(chǎn)生毒性NO。大量的研究表明NADPH氧化酶和iNOS在誘導某些類型細胞的死亡上能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。最近的研究已表明吸收有NADPH氧化酶NOX2的早期樹狀突細胞吞噬小體能通過形成低水平的ROS,使吞噬小體內(nèi)腔堿化。因此，NOX2使樹狀突細胞具有了吞噬細胞所特有的處理抗原而不是殺傷病菌的功能。同時也發(fā)現(xiàn)NADPH氧化酶任一組份的

55、缺失會導致形成一種先天的免疫缺陷病慢性肉芽腫。表7描述了NAD和NADP影響免疫功能的機制。圖7. NAD和NADP影響免疫功能的途徑以NAD+為底物的多聚（ADP-核糖）聚合酶-1（PARP-1）由于和NFkB緊密聯(lián)系，在免疫功能中發(fā)揮著重大作用。以NAD+為底物的由CD38催化形成的環(huán)化ADP-核糖(cADPR)也能調(diào)節(jié)免疫細胞中的信號傳導。胞外單ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶(ARTs)能夠通過利用NAD+使P2X7受體單ADP-核糖基化(ADP-R-P2X7R)，從而誘導Treg細胞死亡。NADPH氧化酶使吞噬細胞中產(chǎn)生ROS。NADH可能通過誘導細胞因子從周圍粒細胞中釋放而影響免疫系統(tǒng)。G.N

56、AD和 NADP在血管活動中的作用 由于NADPH氧化酶形成ROS ，血管緊張素在調(diào)節(jié)血管活性中發(fā)揮著重要作用。最近的研究表明NADH/NAD+比值和NADPH氧化酶在兩個重要的含氧量低的肺血管收縮模型中發(fā)揮著重要作用。也有研究表明肺動脈和冠狀動脈適應(yīng)缺氧的差異性和NADPH有關(guān)： NADPH氧化酶催化形成的過氧化物低于基礎(chǔ)水平會引起缺氧狀態(tài)下的肺動脈收縮；而NADPH低于基礎(chǔ)水平會引起缺氧狀態(tài)下的冠狀動脈收縮。NAD和NADP在許多病理條件下的血管受損中也發(fā)揮著重要作用。例如，PARP抑制劑能夠通過提高血液流動，減少中性粒細胞黏著和儲存氧化亞氮來降低心肺分流術(shù)誘導的腸系膜的異常概率；NADP

57、H的C242T CYBA多態(tài)現(xiàn)象和特發(fā)性高血壓相關(guān)。H. NAD和 NADP在致癌和癌癥治療中的作用NAD合成的選擇性抑制能夠誘導腫瘤細胞凋亡。由于PARP-1在調(diào)節(jié)DNA修復，基因組穩(wěn)定性和細胞周期進程中發(fā)揮著重要作用，大量的研究已表明PARP-1的致癌作用。PARP-1抑制劑能夠修復有抵抗力的腫瘤對拓撲異構(gòu)酶抑制劑或甲基化劑的敏感性。由于端粒酶和端粒在致癌中發(fā)揮著重要作用，調(diào)節(jié)端粒酶活性的以NAD+為底物的端錨聚合酶類可能通過影響端粒而對致癌作用有影響。大量的研究表明sirtuins可能參與致癌和癌癥治療。癌細胞如果要存活可能需要SIRT1：RNA沉默能夠使SIRT1含量處于低水平從而選擇

58、性誘導細胞凋亡或人上皮細胞生長停止，然而RNA沉默不影響人正常的上皮細胞。人MCF-7癌細胞中的腫瘤抑制基因HICI的SIRT1抑制劑能夠使p53乙?；⑶乙种瓶沟蛲鲆蜃觔lc-2從而參與DNA損傷誘導的細胞凋亡。由NADPH，硫氧還蛋白和硫氧還蛋白還原酶組成的硫氧還蛋白系統(tǒng)在致癌和癌癥的表型入侵種發(fā)揮著重要作用。由于NAD和NADP能夠長久地影響細胞死亡和基因表達，信號傳導等多種生物學過程，關(guān)于NAD和NADP在致癌和癌癥治療中的重要作用有待于進一步研究。I. NAD和 NADP在衰老中的作用NAD能通過調(diào)節(jié)sirtuins，PARP-1, 端錨聚合酶和氧化應(yīng)激等參與細胞衰老過程。Sir2是和酵母生命有關(guān)的關(guān)鍵酶。Lin等的研究表明能量的多少能夠調(diào)整Sir2活性，從而可通過減少NADH含量延長酵母壽命。然而，Anderson等發(fā)現(xiàn)一個能量和Sir2參與調(diào)節(jié)酵母壽命的有趣的機制：PNC1（吡嗪酰胺酶/煙酰胺酶1）編碼了一種能將煙酰胺轉(zhuǎn)化為煙酸的酶，它能清除Sir2的抑制劑煙酰胺，從而活化Sir2。同時也發(fā)現(xiàn)PNCI是一個新的壽命延長基因，它是受能量限制的壽命延長所必須的基因，由Sir2活化。人Sir2的同源物SIRT6在鼠中不足會產(chǎn)生類似衰老的表型和基因組