《Redox Biology》：一種會限制NAD+合成速度的酶與結腸炎的嚴重程度密切相關，而NMN則可有效緩解並使小鼠存活率加倍。
若將人體的健康視為一座城市，那麼腸道於人體而言就如守護健康的『長城』，腸道內的巨噬細胞《一種免疫細胞類型》則如為城墻上的『士兵』，抵禦外界細菌、炎症的侵犯。然而，戰爭往往是殘酷的，雖然巨噬細胞可以將細菌、炎症驅逐出境，但若細菌源源不斷，炎症反復發作，也會使腸道不堪重負，從而引發疾病，如炎症性腸病。
圖1: 炎症性腸病常見症狀
炎症性腸病主要是一組累及回腸、直腸、結腸的炎症性疾病，常見症狀為腹痛、腹瀉、血便等。持續和過度炎症是目前該疾病的主要發病因素之一，而其他的因素或機制尚在研究中。最近，韓國亞洲大學《Ajou University》的You-Sun Kim《圖2》教授所在的研究團隊在該方面取得了重要進展。
圖2: You-Sun Kim教授，韓國亞洲大學醫學院，生物化學與分子生物學系
Kim等人發現[1]，一種負責合成煙酰胺腺嘌呤二核苷酸《Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+，一種影響細胞能量的關鍵分子》的限速酶與小鼠結腸炎的嚴重程度有關，即當巨噬細胞中缺乏NAMPT酶《煙酰胺磷酸核糖轉移酶》時，會顯著減少NAD+的合成，導致結腸炎惡化、小鼠存活率降低；而當一周內給小鼠註射3次500 mg/kg的β-煙酰胺單核苷酸(Nicotinamide mononucleotide，NMN》後，結腸炎的嚴重程度得到顯著緩解，並提高了小鼠的存活率[1]。該研究闡明了炎症和結腸炎發生的潛在機制，還提出了補充NMN或是有效改善該疾病的潛在方式之一，目前已發表於《氧化還原生物學》《Redox Biology》《圖3》。
圖3: 《Redox Biology》:巨噬細胞中的NAMPT可通過增強吞噬功能中的氧化還原敏感性來減輕結腸炎的嚴重程度。
NAMPT是NAD+合成的主要限速酶NAD＋是生命必需分子，參與各項生理活動，其合成主要由兩種不同的途徑產生，即補救合成途徑和從頭合成途徑(圖4)[2]。而NAMPT酶作為補救合成途徑中合成NAD+的限速酶，主要負責催化NMN轉化為NAD+，對維持細胞能量至關重要，並且與多種炎症性疾病有關，包括類風濕性關節炎、糖尿病和敗血症[3,4]。然而，NAMPT酶在炎性巨噬細胞中的作用尚未完全闡明，特別是在炎症性腸病的情況下。
圖4: NAD+的從頭合成途徑和補救合成途徑
炎症區域NAMPT酶升高可能與巨噬細胞群的聚集相關為了研究NAMPT酶炎症性腸病中的作用，Kim等人分析了患者結腸活檢中NAMPT的表達。結果顯示，與正常結腸組織相比，炎症性腸病患者的巨噬細胞數量更多，組織纖維化增加，但炎症區域的NAMPT《基因/蛋白》表達增強《圖5》。
圖5: 炎症性腸病患者的結腸中NAMPT表達增強A為基因表達圖；B為蛋白表達圖。
為進一步確定上調的NAMPT酶在炎症性腸病中的具體作用，Kim等人用DDS《2.5%硫酸葡聚糖鈉》促使正常小鼠罹患結腸炎《圖6A》。結果顯示，正常小鼠在服用DSS後，在第7天時發現其結腸上皮結構破壞、炎症區域范圍擴大、粘膜增厚。然而值得注意的是，巨噬細胞的數量與NAMPT酶變化趨勢一致，在炎症處大量聚集《圖6B》。這說明，NAMPT酶與巨噬細胞似乎存在相關性。
圖6: 炎症區域NAMPT酶升高可能與巨噬細胞群的聚集相關圖A為DSS誘導小鼠結腸炎模型實驗流程圖；圖B為NAMPT酶和巨噬細胞群的免疫染色圖。
巨噬細胞中NAMPT缺乏會導致結腸炎惡化為了確定巨噬細胞與NAMPT酶的關系，Kim等人通過基因敲除技術，除去了小鼠體內巨噬細胞中的NAMPT基因《使巨噬細胞不能正常產生NAMPT酶》，並人為的引發了這些小鼠的結腸炎《給小鼠服用DSS》。結果顯示，在誘導結腸炎後，對照組小鼠《未敲除NAMPT基因的小鼠》在第10天時體重減輕10%，但未影響其存活率；相比之下，敲除NAMPT基因的小鼠的體重減輕了24%，且其中42%死於疾病《圖7A-B》；此外，這兩種小鼠的疾病活動指數也具有顯著差異，這表明在發生結腸炎時，巨噬細胞表達出的NAMPT酶可對小鼠產生保護作用《圖7C》。
圖7: 敲除巨噬細胞中的NAMPT導致結腸炎小鼠存活率降低，而正常表達的可抵抗結腸炎對小鼠的損害。圖A為小鼠存活率；B為小鼠體重變化；C為結腸炎小鼠的疾病活動指數，其指根據大便稠度、大便出血和體重減輕對疾病嚴重程度進行評分，評分越高，說明疾病越嚴重。
除上述發現外，Kim等人對這兩種小鼠進行了解剖，實際考察了結腸炎對小鼠內臟的傷害。結果顯示，與正常小鼠相比，敲除NAMPT基因小鼠的結腸長度明顯更短《圖8A》，而組織破壞、程度和炎症程度更高《圖8B》。這表明巨噬細胞中NAMPT基因的缺失會導致結腸炎嚴重惡化。
圖8: 巨噬細胞中NAMPT缺乏會導致結腸炎惡化。圖A為結腸長度變化；B為組織損害程度評分圖、潰瘍評分圖和炎症評分圖。
NMN可使患有結腸炎的小鼠存活率加倍由於NAMPT酶是合成NAD+的限速酶，因此Kim等人便假設巨噬細胞中NAMPT酶缺乏不能為細胞合成充足的NAD+來對抗炎症，從而加重結腸炎，但補充NMN可能會抵抗這種損傷。為驗證該假設，Kim等人分別檢測了結腸炎小鼠中NAD+的水平和補充NMN《500mg/kg》的效果。結果顯示，NMN顯著降低小鼠的疾病活動指數，提高存活率《圖9A-B》。具體而言，PBS《一種不會對小鼠產生影響的生理溶液》僅保持了33%的存活率，而NMN可使存活率加倍《67%》《圖9C》。而對於NAD+水平來說，亦符合Kim等人猜想，即NAMPT基因敲除導致NAD+水平下降，結腸炎惡化，而當補充NMN後，該現象可被顯著逆轉。
圖9: NMN可使結腸炎小鼠的存活率加倍。圖A為存活率；B為疾病活動指數；C為具體存活率；D為NAD+水平變化。
接下來，Kim等人檢查了長期NMN的安全性。結果顯示，NMN給藥14天後在結腸、肝臟或脾臟中均未觀察到任何異常變化《圖10》，血液指標也無變化。這表明NMN可減輕結腸炎的同時不產生肝毒性，具有良好安全性。
圖10: NMN安全性良好，未對小鼠結腸、肝臟或脾臟產生損傷
Kim等人通過罹患結腸炎的小鼠模型，發現了巨噬細胞中NAMPT酶對於該疾病的重要性，即NAMPT升高可充分應對炎症疾病，但當其缺乏時，會顯著加重結腸炎。當炎症入侵時，免疫細胞會調動一切『兵力』來抵禦外敵、修復自身。然而隨著年齡增長，細胞內NAD+和NAMPT酶的含量隨之降低，士兵會逐漸缺乏戰鬥力，導致多種疾病的發生。而NAD+的直接前體NMN的出現，仿佛是振奮士氣的『沖鋒號』，不僅對炎症性腸病，對其他多種與年齡相關的疾病或許都是一種改善策略，從而築牢人體的『健康長城』。
參考文獻[1] Hong SM，Lee AY，Hwang SM，et al. NAMPT mitigates colitis severity by supporting redox-sensitive activation of phagocytosis in inflammatory macrophages. Redox Biol. (2022)Jan 15;50:102237.[2] A. Garten，et al.，Nampt: linking NAD biology，metabolism and cancer，Trends Endocrinol. Metabol. 20 (3) (2009) 130–138[3] A. Garten，et al.，Physiological and pathophysiological roles of NAMPT and NAD metabolism，Nat. Rev. Endocrinol. 11 (9) (2015) 535–546.[4] V. Audrito，V.G. Messana，S. Deaglio，NAMPT and NAPRT: two metabolic enzymes with key roles in inflammation，Front. Oncol. 10 (2020) 358.