COVID-19: l’integrazione di NAD + può ripristinare il deterioramento muscolare correlato all’età e ringiovanire i tessuti

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Più invecchiamo, più i nostri muscoli si indeboliscono, crivellando la vecchiaia con fragilità e disabilità fisica. Ma questo non riguarda solo l’individuo, ma crea anche un onere significativo per l’assistenza sanitaria pubblica.

Eppure, gli sforzi di ricerca sui processi biologici e sui biomarcatori che definiscono l’invecchiamento muscolare non hanno ancora definito le cause sottostanti.

Ora, un team di scienziati del laboratorio di Johan Auwerx presso la School of Life Sciences dell’EPFL ha esaminato il problema da una prospettiva diversa: le somiglianze tra invecchiamento muscolare e malattie muscolari degenerative.

Hanno scoperto aggregati proteici che si depositano nei muscoli scheletrici durante l’invecchiamento naturale e che bloccarli può prevenire le caratteristiche dannose dell’invecchiamento muscolare. Lo studio è pubblicato su Cell Reports.

“Durante le malattie muscolari associate all’età, come la miosite da corpi inclusi (IBM), le nostre cellule lottano per mantenere il corretto ripiegamento delle proteine, portando queste proteine ​​mal ripiegate a precipitare e formando aggregati proteici tossici all’interno dei muscoli”, spiega Auwerx.

“Il componente più importante di questi aggregati proteici è la beta-amiloide, proprio come nelle placche amiloidi nel cervello dei pazienti con malattia di Alzheimer”.

Nello studio, gli scienziati identificano aggregati proteici simili all’amiloide nei muscoli anziani di specie diverse, dal nematode C. elegans fino all’uomo. Inoltre, hanno anche scoperto che questi aggregati compromettono anche la funzione mitocondriale.

Sebbene sia stato suggerito che le proteine ​​aggregate contribuiscano all’invecchiamento cerebrale, questa è la prima volta che hanno dimostrato di contribuire all’invecchiamento muscolare e di danneggiare direttamente i mitocondri.

“Questi aggregati proteotossici anormali potrebbero servire come nuovi biomarcatori per il processo di invecchiamento, al di là del cervello e dei muscoli”, afferma Auwerx.

Ma si può invertire la formazione degli aggregati proteici?

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno nutrito i vermi con la vitamina nicotinamide riboside e l’agente antitumorale Olaparibentrambi i quali aumentano i livelli di nicotinamide adenina dinucleotide (NAD +), una biomolecola essenziale per mantenere la funzione mitocondriale e i cui livelli diminuiscono durante l’invecchiamento.

Nei vermi, i due composti attivavano i sistemi di difesa dei mitocondri, anche se forniti in età avanzata. L’attivazione del cosiddetto “sistema di controllo della qualità mitocondriale” ha ridotto gli aggregati di proteine ​​amiloidi legate all’età e migliorato la forma fisica e la durata della vita dei vermi.

Gli scienziati sono poi passati al tessuto muscolare umano, prelevato da soggetti anziani e pazienti IBM. L’attivazione degli stessi sistemi di controllo della qualità mitocondriale ha prodotto miglioramenti simili nell’omeostasi delle proteine ​​e dei mitocondri.

I risultati incoraggianti hanno portato i ricercatori a testare il riboside di nicotinamide nei topi anziani. Il trattamento ha anche attivato i sistemi di difesa mitocondriale e ridotto il numero e le dimensioni degli aggregati amiloidi in diversi tessuti muscolari scheletrici.

“I farmaci che aumentano il controllo di qualità mitocondriale potrebbero quindi essere testati in clinica per invertire questi aggregati proteotossici legati all’età e ringiovanire i tessuti”, afferma Mario Romani, il primo autore dello studio.


Negli ultimi anni, l’interesse per la biologia del NAD + ha acquisito slancio, rivelando intuizioni critiche sul suo ruolo in numerosi processi fisiologici e sottolineando gli effetti benefici dell’integrazione con i suoi precursori. Inoltre, l’evidenza accumulata indica che una diminuzione dei livelli di NAD + contribuisce allo sviluppo della fisiopatologia associata all’età [1,2,3].

La diminuzione del NAD + sistemico è causata sia dalla riduzione dei tassi di biosintesi che dall’aumento dell’uso di NAD +. L’immensa richiesta di NAD + è causata dalla sua importanza nelle reazioni di riduzione dell’ossidazione cellulare, inclusa la maggior parte delle reazioni cataboliche e anaboliche, come glicolisi, β-ossidazione degli acidi grassi, ciclo degli acidi tricarbossilici, sintesi di acidi grassi, colesterolo, steroidi, ecc. [4,5,6].

Inoltre, gli enzimi che consumano NAD +, come sirtuine, poli-ADP-ribosio polimerasi (PARP), cADP-ribosio sintasi (ectoenzimi CD38 / 157) [7,8,9] e mono-ADP-ribosio transferasi (ART) contribuiscono a un esaurimento complessivo di NAD +.

La biosintesi può compensare in qualche modo i livelli impoveriti di NAD + tramite sintesi de novo dal triptofano (Trp) o nelle vie di salvataggio da altri quattro precursori, nicotinamide (NAM), acido nicotinico (NA), nicotinamide riboside e nicotinamide mononucleotide (NMN).

Mentre la sintesi de novo da Trp viene eseguita in un percorso in otto fasi, i precursori recuperabili NA e NAM richiedono solo tre (percorso Preiss-Handler) e due, rispettivamente (Figura 1). La nicotinamide riboside (NR) è un ulteriore precursore NAD + recuperabile con un percorso a due fasi [10] o tre fasi [11] per formare NAD + (Figura 1).

Nei mammiferi, il precursore più comune è il NAM, che può essere ulteriormente utilizzato per formare NMN dall’enzima limitatore di velocità, fosforibosiltransferasi (NAMPT) [12]. Nella fase finale, NMN viene convertito in NAD + da NMN / NaMN adeniltransferasi (NMNAT) [13,14].

In funzione del processo di invecchiamento e / o della sovralimentazione, il contenuto di NAD + e l’espressione di NAMPT diminuiscono in più tessuti [3,15,16,17], mentre il mantenimento dei livelli di NAD + si basa su diverse vie biosintetiche e precursori in diversi tessuti [18,19]. Tuttavia, la ridotta espressione dell’enzima NAMPT è una delle principali cause del declino del NAD + nell’età [15,20].

Il requisito di questo enzima può essere aggirato con la conversione diretta di NR in NMN da parte di due chinasi ribosio nicotinammide, NMRK1 e NMRK2 (note anche come NRK1 e NRK2) [10]. Ciò aggira anche il requisito di PRPP energeticamente costoso (fosforibosil pirofosfato. Figura 2) e l’inibizione del feedback da parte di NAD + [21].

In alternativa, NR può essere trasformato in NAM dalla fosforilasi nucleosidica purinica (NP), che viene successivamente convertita in NAD + tramite NMN da NMNAT (Figura 1). Quindi, l’utilizzo di NR dipende dall’espressione della via Nrk o NP combinata con la via Nampt.

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Figura 1
Percorsi di sintesi NAD +. La figura mostra la via NAD + de novo dal triptofano (Trp) attraverso l’acido chinolinico (QA), la via Preiss-Handler dall’acido nicotinico (NA) attraverso l’acido nicotinico adenina dinucleotide (NAAD) e la NAD sintetasi (NADS) e le “vie di salvataggio” da nicotinamide riboside (NR) e nicotinamide mononucleotide (NMN) tramite enzimi nucleosidici purinici fosforilasi (NP) e nicotinamide fosforibosiltransferasi (NAMPT) o nicotinamide ribosio chinasi (NRK) e NMN / NaMN adeniltransferasi (NMNAT), rispettivamente.
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Figura 2
L’attivazione della via NMRK2 rappresenta un meccanismo adattativo comune nel cuore in difficoltà dove i livelli di NAD + sono bassi. La sintesi di NAD + da NR attraverso la via NMRK2 può essere favorita, poiché la sintesi di NMN da NR da enzimi NMRK richiede solo una molecola di ATP mentre la sintesi da NAM da NAMPT richiede almeno tre equivalenti di ATP.

L’importanza del NAD + si riflette attraverso l’attività degli enzimi che riducono il NAD +, i mediatori dell’invecchiamento, che sono per lo più indotti da fattori di stress, come il danno al DNA, lo stress ossidativo e l’infiammazione.

I principali mediatori a valle sono le sirtuine, le deacetilasi / deacilasi dipendenti dal NAD +. Le sirtuine sono regolatori conservati dell’invecchiamento e della longevità in diversi organismi e sono considerati gli interruttori principali del metabolismo [22] a causa delle loro numerose funzioni regolatrici nel metabolismo, nella riparazione del DNA, nella risposta allo stress, nel rimodellamento della cromatina e nel ritmo circadiano. (Tabella 1) [2,23].

Insieme alle sirtuine, i PARP utilizzano NAD + per produrre una catena di molecole di ADP-ribosio (ADPR). PARP1 e PARP2 rispondono alle rotture del DNA nel nucleo e facilitano il processo di riparazione del DNA [23]. Man mano che il danno al DNA si accumula nel tempo, l’attivazione di PARPs aumenta, il che a sua volta abbassa l’attività di SIRT1 a causa sia della competizione del substrato che della capacità di PARP2 di legarsi al promotore di Sirt1 e reprimerne l’espressione [24].

Inoltre, il contenuto della NADasi primaria nei mammiferi, CD38, aumenta con l’età. Questo enzima utilizza NAD + per produrre e idrolizzare il secondo messaggero mobilizzante Ca2 +, cADP-ribosio [25,26,27]. Il CD38 può anche degradare gli intermedi NAD +, NR e NMN [28,29], il che riduce ulteriormente il contenuto di NAD + [30].

L’effetto di CD38 sul contenuto di NAD + è stato dimostrato in topi con deficit di CD38, i cui livelli di NAD + rimangono alti. Ciò preserva la respirazione mitocondriale e la funzione metabolica con l’età [31]. Inoltre, l’inibizione del CD38 può aumentare i livelli di NAD + e migliorare il metabolismo del glucosio e dei lipidi [32].

Oltre agli ectoenzimi CD38 e CD157, SARM1 (alfa sterile e motivo recettore Toll / interleuchina-1 contenente 1) è un ulteriore enzima di deplezione di NAD + che utilizza NAD + per promuovere la degenerazione assonale dopo la lesione e quindi riduce il suo contenuto complessivo [33].

Tabella 1

Ruolo centrale delle sirtuine nella riparazione del DNA, nel controllo del ciclo cellulare e nella funzione dei mitocondri (adattato da Meng et al. [ 34 ]).

LocalizzazioneFunzione generaleFunzione
SIRT1Nucleo, CytosolRiparazione del DNAMetabolismo del glucosio, differenziazione, secrezione di insulina, neuroprotezione, protezione vascolare
SIRT2Citosol, NucleoCiclo cellulareSviluppo e funzionalità del tessuto adiposo, omeostasi della glicemia, modulazione della mielinizzazione periferica
SIRT3Mitocondri, Nucleo, CitosolMetabolismo mitocondrialeOmeostasi ATP, disintossicazione da ROS, soppressione del tumore, riparazione del DNA, neuroprotezione, soppressione dell’apoptosi
SIRT4MitocondriMetabolismo mitocondrialeSecrezione di insulina, riparazione del DNA, soppressione dell’apoptosi
SIRT5Mitocondri, Citosol, NucleoMetabolismo mitocondrialeCiclo dell’urea, formazione di corpi chetonici, gestione dei rifiuti azotati, disintossicazione da ROS
SIRT6Nucleo (cromatina)Riparazione del DNAProtezione della telomerasi, stabilità del genoma, omeostasi del colesterolo, glicolisi e gluconeogenesi
SIRT7Nucleo (Nucleolo)trascrizione di rRNA, ciclo cellulareProtezione cardiaca

L’immenso coinvolgimento di NAD + in tutti questi processi suggerisce un potenziale significativo per il trattamento di varie condizioni fisiopatologiche con l’integrazione di precursori di NAD +. Tuttavia, esistono più opzioni per l’integrazione e il precursore e il dosaggio ottimali non sono ancora chiari per quanto riguarda la condizione specifica.

Per i requisiti di base della sintesi di NAD +, sono sufficienti il ​​triptofano dietetico o meno di 20 mg di niacina (NA, NAM) al giorno. Tuttavia, prove crescenti dimostrano che tassi sostanzialmente maggiori di sintesi di NAD + mostrano numerosi effetti benefici o addirittura terapeutici, che possono essere ottenuti integrando i suoi intermedi.

Questi intermedi si trovano in un’ampia varietà di alimenti, tra cui carne, uova, latticini, alcune verdure e grano intero [35,36]. Nello specifico, NR è il terzo precursore NAD + scoperto che si trova naturalmente nel latte ed è già disponibile come nutraceutico. È stato dimostrato che l’integrazione orale con NR aumenta i livelli di NAD + in più tessuti, insieme ad una maggiore attività SIRT [10,11], a una migliore funzione mitocondriale [37] e al potenziale rigenerativo delle cellule staminali [38].

Inoltre, NR è attualmente considerato un precursore favorevole poiché non è stato implicato che abbia effetti collaterali gravi o vampate di calore rispetto ad altri precursori NAD + [14,39]. Il cloruro di NR ha ottenuto lo status GRAS (generalmente considerato sicuro) che ne supporta ulteriormente la rapida implementazione come terapia simile a un farmaco. Tuttavia, per adattare le tecnologie NR per l’uso terapeutico, è necessario determinare la disponibilità orale, il dosaggio terapeutico e l’utilizzo in diversi tessuti.

La digestione umana e il microbioma [40] svolgono inoltre un ruolo importante nel metabolismo NR, che deve ancora essere caratterizzato in dettaglio. A questo proposito, abbiamo riassunto i dati disponibili da studi sull’uomo e sugli animali sugli effetti della NR sui disturbi metabolici, neurodegenerativi e cardiovascolari, insieme ai vantaggi della NR rispetto ad altri precursori NAD + disponibili.

Abbiamo anche considerato gli effetti immunomodulatori in questa revisione, poiché dati recenti indicano che NR può supportare il trattamento delle infezioni, comprese quelle causate da SARS-CoV-2 che ha provocato la recente pandemia di Coronavirus. Lo stato attuale della ricerca sulla NR, inclusa la sua biodisponibilità, sicurezza ed effetti sullo stress ossidativo e sulla longevità, è descritto in questo documento.

Effetti della NR sul metabolismo e sulla fisiopatologia associata all’età

Effetti sulla sensibilità all’insulina, sulla salute del fegato e su altre funzioni metaboliche

Insieme ai suoi intermedi, il NAD + svolge un ruolo essenziale nel metabolismo e le prove suggeriscono che un aumento dei livelli di NAD + può mostrare effetti migliorativi sui disturbi metabolici, come il diabete di tipo 2 (T2D), la sindrome metabolica e la steatosi epatica non alcolica (NAFLD) [14,41,42]. Inoltre, NR è uno degli intermedi NAD + che funge anche da precursore di NADH, così come NADP + epatico e NADPH [14]. Poiché il metaboloma epatico NAD + è considerato come una funzione dei modelli murini prediabetici (PD) e T2D, NADP + e NADPH possono essere utilizzati per valutare la progressione della malattia.

Vale a dire, sia NADP + che NADPH sono importanti per la resistenza allo stress ossidativo, mentre si ritiene che NADPH sia il principale contributore alla resistenza all’insulina [42]. I livelli significativamente ridotti di NADP + e NADPH epatico nei topi PD e T2D vengono ripristinati con l’integrazione di NR [41].

Nei modelli di topo, NR può aumentare il metabolismo del NAD + e quindi migliorare la tolleranza al glucosio, ridurre l’aumento di peso e mostrare effetti neuroprotettivi contro la neuropatia diabetica e la steatosi epatica [41]. Allo stesso modo, nei topi modelli di obesità indotta da alto contenuto di grassi, è stato dimostrato che una dose di NR nella dieta di appena 400 mg / kg / die migliora la sensibilità all’insulina e protegge i topi dall’aumento di peso [37].

Tuttavia, questi risultati non sono stati ancora replicati nell’uomo, poiché l’integrazione per 12 settimane di NR con una dose di 2000 mg / die non è stata in grado di migliorare la sensibilità all’insulina e altri parametri metabolici negli uomini insulino-resistenti e obesi [43]. Sono necessarie ulteriori ricerche per determinare gli effetti a lungo termine della NR sulla sensibilità all’insulina [43]. D’altra parte, ci sono prove che la somministrazione di NR nei modelli di topo aumenta l’attività di SIRT1, un fattore importante nella prevenzione del T2D e nel mantenimento della sensibilità all’insulina [37,44].

Inoltre, SIRT1 inibisce gli effetti dello stress ossidativo nei topi T2D [45], promuove la secrezione di insulina stimolata dal glucosio dalle cellule beta pancreatiche [46,47] e protegge dall’insulino-resistenza nei tessuti periferici [48], mentre la sovraespressione di SIRT1 promuove gli acidi grassi ossidazione e inibisce la lipogenesi, proteggendo il fegato dalla steatosi. Inoltre, le sirtuine sono sottoregolate nei pazienti con NAFLD, uno stato caratterizzato da steatosi epatica [49].

La NAFLD è ampiamente considerata una manifestazione epatica della sindrome metabolica in quanto risulta essere associata a T2D, obesità e resistenza all’insulina [50]. Tramite l’attivazione di SIRT1 e altri fattori associati all’omeostasi del colesterolo, NR potrebbe potenzialmente ridurre i livelli di colesterolo e migliorare la salute del fegato [51,52,53,54].

L’accumulo di grasso è anche potenzialmente ridotto attraverso un meccanismo che coinvolge l’induzione della risposta della proteina dispiegata mitocondriale [44]. Nella rigenerazione del fegato, NR riduce l’accumulo di lipidi, promuove la replicazione degli epatociti e aumenta il contenuto di ATP epatico portando a un più rapido recupero del peso del fegato nei topi [55].

Inoltre, l’integrazione alimentare di NR è stata in grado di ripristinare i livelli di NAD + causati da una biosintesi alterata in un modello murino di carcinoma epatocellulare, e quindi prevenire sia il danno al DNA che la tumorigenesi [56]. Complessivamente, ci sono prove sufficienti che indicano che l’aumento del contenuto di NAD + con l’integrazione di NR può essere considerato una strategia terapeutica promettente per le disfunzioni metaboliche, inclusi T2D e NAFLD.

Effetti sulle malattie cardiovascolari

L’interruzione dell’omeostasi NAD + dovuta a disfunzione mitocondriale è centrale nello sviluppo dell’ipertrofia cardiaca e dell’insufficienza cardiaca (HF) ed è stata segnalata in diversi modelli di SC tra cui sovraccarico di pressione, infarto miocardico e infusione di angiotensina II [57,58,59,60 , 61,62].

Inoltre, nello sviluppo dell’HF si verifica spesso un passaggio dall’ossidazione degli acidi grassi e dalla fosforilazione ossidativa ad altre forme di metabolismo del substrato (glicolisi e ossidazione chetonica) [63,64], mentre diminuisce anche il rapporto NAD + / NADH [64]. La variazione della capacità ossidativo-riduttiva aumenta ulteriormente la suscettibilità cardiaca allo stress.

Aumenta anche il livello di iperacetilazione delle proteine, guidato dalla diminuzione della deacetilazione dipendente da NAD + sia nei modelli murini di ipertrofia che nei pazienti umani con SC ischemico o cardiomiopatia dilatativa (DCM) [64,65]. L’integrazione con NR normalizza il rapporto miocardico NAD + / NADH e mostra effetti protettivi nel rimodellamento cardiaco avverso, mentre l’integrazione a lungo termine aumenta l’acetilazione delle proteine ​​nucleocitoplasmatiche stimolando il metabolismo del citrato e dell’acetil-CoA e l’espressione genica antiossidante [66]. Migliorando l’omeostasi del NAD + e attivando NMRK2, NR può prevenire ulteriormente il deterioramento della funzione cardiaca e il rimodellamento avverso, che sono eventi sia precoci che persistenti in un modello murino di DCM che porta a SC.

In diversi modelli di lesioni cardiache, l’enzima NAMPT è represso [62], mentre l’espressione di Nmrk2 è fortemente sovraregolata [66]. Un cambiamento simile è stato osservato nel cuore umano in difficoltà nei modelli di cardiomiopatia [66]. Pertanto, è stato proposto che l’attivazione della via NMRK2 rappresenti un meccanismo adattativo comune nel cuore in difficoltà, mentre il gene Nmrk2 può essere attivato in risposta all’inibizione del NAMPT.

Inoltre, il passaggio da NAMPT a NMRK2 per la sintesi di NAD + è un meccanismo di risparmio energetico che può essere favorito, poiché la sintesi di NMN da NR da parte degli enzimi NMRK richiede un singolo ATP, mentre la sintesi da NAM da NAMPT richiede più di tre equivalenti di ATP (Figura 2 ). Sebbene la via NMRK2 sia attivata nei topi HF, il livello di NAD + miocardico è depresso, il che suggerisce che i livelli circolanti e tissutali dei precursori NAD + sono insufficienti per sostenere la sintesi cardiaca di NAD + con una dieta regolare per roditori.

Ciò supporta l’interesse per la supplementazione di NR per migliorare questa condizione. Inoltre, un forte effetto benefico di NR è stato scoperto nei modelli murini di SC con la conservazione della funzione cardiaca e una limitazione del rimodellamento cardiaco, che era associata al mantenimento dei livelli di NAD + nel cuore. Ciò suggerisce inoltre che la supplementazione orale di NR è un potente approccio per preservare la funzione cardiaca e limitare il rimodellamento nel DCM.

L’integrazione di precursori di NAD + ha anche il potenziale per proteggere contro il rimodellamento cardiaco avverso mediante meccanismi aggiuntivi di attivazione delle SIRT (Tabella 2) e mantenimento dell’omeostasi del Ca2 + [67]. Vale a dire, l’attivazione in vivo di SIRT1 protegge dall’ipertrofia cardiaca, dalla disregolazione metabolica e dall’infiammazione cardiaca in un modello murino di ipertrofia cardiaca e mostra effetti protettivi in ​​altri modelli di disfunzione cardiaca [68,69,70,71].

Inoltre, SIRT2 e SIRT6 sono emerse come SIRT cardioprotettive prominenti [72,73], poiché la carenza di SIRT2 ha intensificato l’ipertrofia cardiaca nei topi anziani e nei topi stressati con angiotensina II [73], mentre una perdita di SIRT6 nei topi ha portato allo sviluppo di ipertrofia cardiaca e scompenso cardiaco [74]. L’attività delle SIRT mitocondriali è implicata nel rimodellamento cardiaco e nello sviluppo dell’HF, inclusa la SIRT3 che sembra essere necessaria per mantenere la funzione cardiaca [75].

I dati suggeriscono inoltre che NR come precursore NAD + favorito nei mitocondri [76], mentre gli effetti NR in vivo sono stati interpretati come dipendenti dalle attività della sirtuina mitocondriale [37,77]. Tuttavia, l’importanza dei target nucleocitosolici non dovrebbe essere esclusa [1,78]. La riduzione della pressione sanguigna sistolica (SBP) e della rigidità aortica indotta da NR [39], due indicatori di rischio clinicamente importanti per la funzione cardiovascolare e la salute [79,80], possono verificarsi a causa dell’attivazione di SIRT1 nucleare e citosolica (Tabella 1).

Vale a dire, NAD + è un substrato obbligato per la deacetilasi SIRT1, che è stata implicata nel mantenimento di una sana funzione vascolare [81,82,83]. Sebbene il coinvolgimento di NAD + in numerose risposte fisiologiche non sia ancora completamente compreso, i benefici per la salute documentati nei modelli di topo convalidano il crescente interesse nella traduzione della NR in terapia per le malattie cardiovascolari, specialmente nell’HF e nell’ipertrofia cardiaca.

in grado 2

Il ruolo delle sirtuine nello sviluppo dell’insufficienza cardiaca acquisito da esperimenti su topi knock-out e transgenici (adattato da Pillai et al., [ 84 ]).

SIRT1Crescita e sviluppo delle cellule cardiache, mediazione dell’ipertrofia cardiaca, protezione dal danno ischemico; la carenza parziale protegge dall’ipertrofia e dal fallimento indotti da sovraccarico di pressione
SIRT2Danno ischemico mediatore dovuto ad apoptosi programmata attenuata
SIRT3Protezione dall’ipertrofia indotta dall’età, dalla fibrosi e dalla disfunzione contrattile, previene la suscettibilità agli stimoli ipertrofici cardiaci
SIRT6Protezione dall’ipertrofia cardiaca e dallo scompenso cardiaco
SIRT7Protezione dall’ipertrofia cardiaca spontanea e dalla cardiomiopatia infiammatoria
SIRT1La sovraespressione da bassa a moderata attenua il declino dipendente dall’età delle funzioni cardiache nei topi, mentre un’elevata sovraespressione induce ipertrofia cardiaca e insufficienza cardiaca
SIRT3La sovraespressione cardiaca specifica protegge il cuore dagli stimoli ipertrofici preservando la funzione mitocondriale
SIRT6La sovraespressione cardiaca specifica protegge il cuore dagli stimoli ipertrofici bloccando l’attivazione della segnalazione Akt a livello della cromatina

Effetti sui disturbi neurodegenerativi

I disturbi neurodegenerativi sono associati a danni al DNA e stress ossidativo, che si accumulano con l’età [85] portando ad una ridotta funzione mitocondriale [86]. Inoltre, l’esaurimento del NAD + è stato osservato durante il processo di invecchiamento in più animali, inclusi gli esseri umani, ed è considerato il principale fattore di rischio per la malattia di Alzheimer (AD) [87].

Quando somministrato in modelli murini di AD, NR mostra effetti benefici sia sullo stress ossidativo che sulla riparazione del DNA aumentando i livelli di NAD + [88]. Inoltre, NR può migliorare altri aspetti della neuropatologia dell’AD tra cui pTau, β-amiloide, neurogenesi, neuroinfiammazione, plasticità sinaptica ippocampale e cognizione [89,90].

In particolare, il trattamento con NR riduce la neuroinfiammazione e l’amiloidogenesi nell’intero cervello dei topi nutriti con dieta ad alto contenuto di grassi (HFD), diminuendo i livelli di β di amiloide e diversi marker infiammatori (NLRP3, CASP1, IL-1, TNF-α e IL- 6) [91]. Poiché l’infiammazione cerebrale è strettamente correlata al deterioramento cognitivo [92,93,94], la funzione cognitiva e la memoria di riconoscimento potrebbero essere attenuate dal trattamento NR in sole 6 settimane [91].

Inoltre, l’aumento della PARilazione, un altro segno distintivo dell’AD, potrebbe essere diminuito nei topi AD con supplementazione di NR [90]. Una maggiore PARilazione è stata rilevata anche in molti altri disturbi neurodegenerativi che coinvolgono difetti di riparazione del DNA, tra cui la sindrome di Cockayne, lo xeroderma pigmentoso e l’atassia-teleangectasia.

Tuttavia, è stato recentemente confermato che la deplezione di NAD + mediata da PARP gioca un ruolo importante nella patogenesi di questi disturbi. Nonostante i deficit di riparazione del DNA sottostanti, NR potrebbe migliorare notevolmente il fenotipo di ciascuna di queste condizioni nei modelli murini, prolungando la sopravvivenza di oltre tre volte nei topi atassici [95,96].

Un altro evento precoce che si verifica nella lesione cerebrale acuta e nelle malattie neurodegenerative croniche, comprese le malattie di Alzheimer e Parkinson, è la degenerazione assonale [97,98,99,100]. In questi casi, la degenerazione assonale è causata dall’eccitotossicità, che è un’altra caratteristica implicata nella maggior parte dei disturbi neurodegenerativi che colpiscono il sistema nervoso centrale.

È interessante notare che un forte esaurimento NAD + nei neuroni è stato rivelato durante l’eccitotossicità [101,102,103,104], mentre i topi iniettati con NR erano protetti dalla degenerazione assonale indotta da eccitotossicità [105]. Tra i tre precursori NAD + testati (NA, NAM e NR) incluso NAD +, solo NR potrebbe prevenire la degenerazione assonale alterando il metabolismo NR locale all’interno dell’assone [105,106].

Vale a dire, NR ha impedito la condensazione nucleare e la degenerazione assonale nei neuroni dei topi Nmrk2-KO, inducendo Nmrk1 [105], il che suggerisce che Nmrk1 potrebbe essere il mediatore chiave dell’attività neuroprotettiva di NR. Questo effetto neuroprotettivo dipende dal contenuto di NAD + sia mitocondriale che assonale [78].

Al momento, sono stati proposti due possibili meccanismi di neuroprotezione: aumentare il NAD + mitocondriale per supportare SIRT3 [77] e preservare il NAD + assonale per fornire l’attivazione di SARM1 indotta dal danno [107]. Tramite l’attivazione di SIRT3, un aumento dei livelli di NAD + indotto da NR può avere ulteriori effetti terapeutici benefici e possibili. In particolare, NR ha dimostrato di prevenire la perdita dell’udito indotta dal rumore e la retrazione dei neuriti dalle cellule ciliate nell’orecchio interno attraverso un meccanismo dipendente da SIRT3 [77].

Inoltre, SIRT3 e 5 sono entrambi fondamentali per la salute dei fotorecettori retinici [108]. L’attività di SIRT3 è sensibile alla riduzione del contenuto di NAD + che è stata rilevata in molteplici disturbi con degenerazione retinica, tra cui disfunzione associata all’età, retinopatia diabetica e degenerazione indotta dalla luce nei topi [108]. Ciò suggerisce un potenziale trattamento terapeutico con NR per una varietà di disturbi che includono la degenerazione dei fotorecettori.

Inoltre, è stata osservata una diminuzione generale dei livelli di NAD + nelle malattie neuromuscolari che sono spesso causate da mutazioni ereditarie che portano a una progressiva debolezza e degenerazione dei muscoli scheletrici [38]. L’aumento del contenuto di NAD + con NR può stimolare la produzione di energia e migliorare la funzione dei mitocondri.NR ha dimostrato di avere effetti terapeutici in diversi disturbi muscolari nei modelli murini.

Sebbene l’integrazione con NR non possa correggere i difetti genetici sottostanti, potrebbe migliorare l’abbondanza mitocondriale e la funzione in due diverse miopatie mitocondriali [109,110]. Inoltre, NR potrebbe invertire la sindrome da deperimento progressivo nel muscolo scheletrico nei topi privi di Nampt ripristinando la resistenza, in appena 1 settimana di trattamento [111]. Di conseguenza, è stato riscontrato che NR conferisce maggiore resistenza e migliore tolleranza al freddo nei topi nutriti con HFD. Tuttavia, se NR ha benefici significativi in ​​muscoli magri e sani è meno chiaro, poiché è stata osservata solo una tendenza non significativa verso una maggiore resistenza nei topi nutriti con il cibo [37].

È interessante notare che la diminuzione dei livelli di NAD + e dell’espressione di Nampt sono stati osservati anche nella distrofia muscolare di Duchenne (DMD), una condizione istologicamente e trascrizionalmente simile alla sindrome da deperimento progressivo [112,113]. La DMD è anche caratterizzata da una maggiore attività PARP, fibrosi e degenerazione muscolare. Si è scoperto che NR migliora la funzione muscolare e la patologia cardiaca nei topi mdx modelli di DMD e riduce la PARilazione, l’infiammazione e la fibrosi [112].

Inoltre, il trattamento con NR ha dimostrato di migliorare la funzione delle cellule staminali e quindi di migliorare il fenotipo di deperimento muscolare nei topi mdx, supportando l’uso di NR per la condizione umana [38,112]. Il miglioramento della funzione delle cellule staminali sembra essere un fenomeno generale durante il trattamento con NR ed è stato suggerito che sia alla base di una piccola, ma significativa estensione della durata della vita nei topi [38]. Complessivamente, questi risultati supportano che NR potrebbe essere efficace nel gestire la progressione della distrofia muscolare e della degenerazione, migliorando la forza muscolare, ringiovanendo le cellule staminali muscolari senescenti e riducendo i livelli di infiammazione e fibrosi.

Effetti sulla longevità

La restrizione calorica (CR) è considerata l’approccio più efficace per estendere la durata della vita negli eucarioti dal primo rapporto sull’estensione della durata della vita nelle cellule di lievito wild-type tramite la regolazione di Sir2 e NAD + [114]. Gli effetti di prolungamento della vita della CR possono essere in parte mediati dall’aumento della funzione della sirtuina, mentre il fabbisogno di NAD + per la loro attività suggerisce una possibile connessione tra invecchiamento e metabolismo. Tuttavia, l’approccio nutrizionale per aumentare l’attività e la longevità di Sir2 è stato ottenuto mediante sovraespressione genica ingegnerizzata nel lievito [115], mentre NA non è riuscita a prolungare la durata della vita e NAM l’ha accorciata [116,117].

D’altra parte, come con CR, NR può aumentare i livelli di NAD + e la funzione di Sir2, mentre NR esogeno promuove la repressione della ricombinazione dipendente da Sir2, migliora il silenziamento genico e prolunga la durata della vita senza restrizione calorica [11]. Inoltre, il meccanismo d’azione di NR dipende completamente dall’aumentata sintesi netta di NAD + attraverso le vie Nrk1 e Urh1 / Pnp1 / 4.

Quest’ultimo è Nrk1 indipendente e rappresenta un percorso di salvataggio di NR scoperto di recente [11]. Inoltre, uno studio su modelli murini ha documentato che un digiuno di un giorno aumenta il NAD + nel fegato [118] mentre la CR eleva il NAD + e riduce il NAM nel cervello [119]. Ciò implica che i livelli aumentati di NAD + sembrano mediare diversi effetti benefici della CR, supportando gli effetti di prolungamento della vita dell’integrazione con NR.

Questi effetti sono mediati dal miglioramento del metabolismo e dalla diminuzione dell’infiammazione cronica, un segno distintivo dell’invecchiamento [35]. Studi preclinici hanno riportato che NR riduce l’infiltrazione dei macrofagi nei muscoli danneggiati [38,112] e attenua il TNF-α plasmatico nei modelli di steatosi epatica [44].

Tuttavia, un recente studio clinico ha confermato la disponibilità di NR nel tessuto muscolare in soggetti umani anziani [120] e i suoi effetti antinfiammatori. Vale a dire, un’integrazione di 21 giorni di NR ha ridotto numerose citochine infiammatorie circolanti [120], implicando meccanismi aggiuntivi attraverso i quali NR può potenzialmente modulare il processo di invecchiamento e quindi mostrare effetti di prolungamento della vita. Mentre i meccanismi esatti attraverso i quali NR esercita questi effetti rimangono poco chiari, gli apparenti benefici per la salute descritti indicano effetti positivi di NR sulla longevità.

Trattamento delle infezioni ed effetti immunomodulatori

Gli intermedi NAD + sono stati riconosciuti per i loro effetti benefici sulla salute durante l’infezione da diversi agenti patogeni. Gli studi hanno confermato l’effetto antimicobatterico del NAM in pazienti infetti da Mycobacterium tuberculosis [121,122], mentre l’eliminazione immuno-mediata è stata segnalata per Staphylococcus aureus, inclusi MRSA e altri importanti patogeni umani come Klebsiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa [123].

Inoltre, NAM e i suoi analoghi hanno mostrato un effetto antivirale in pazienti con HIV [121] ed epatite B [124]. Il potenziale trattamento con intermedi NAD + è stato recentemente riconosciuto per combattere l’infezione da COVID-19 che attualmente manca di efficaci agenti terapeutici o preventivi e rappresenta una preoccupazione globale per la salute pubblica.

L’infezione da SARS-CoV-2 innesca una risposta immunitaria disadattiva. In particolare una risposta proinfiammatoria esagerata che porta a una “tempesta di citochine” nel tessuto polmonare e linfopenia con un drastico declino delle cellule T CD4 + e CD8 + [125]. A livello molecolare, quando la risposta immunitaria innata si attiva per combattere l’infezione, l’attivazione dei PARPs aumenta a causa dell’esteso danno al DNA e della MARilazione indotta da IFN (mono-ADP-ribosilazione) delle proteine ​​SARS-CoV-2 bersaglio [126,127] .

La risposta di PARP è necessaria per l’inibizione della replicazione virale [128]; tuttavia, questo effetto antivirale è invertito dal macrodominio ADP-ribosilidrolasi della proteina virale non strutturale, nsp3, la cui attività è richiesta per la virulenza [126,127,129]. Inoltre, è stato riscontrato che nsp10 di SARS-CoV inibisce il trasporto di elettroni nel sito NADH del complesso I nella catena di trasporto degli elettroni mitocondriale [130], suggerendo che eventi chiave nella risposta immunitaria innata alle infezioni virali si stanno verificando all’interno del NAD + della cellula infetta metaboloma [131].

Un recente studio ha esaminato l’espressione di PARP e la disregolazione del metaboloma NAD + a causa dell’infezione da coronavirus. 

Le linee cellulari infette da SARS-CoV-2 esaminate di un furetto e dei polmoni di pazienti deceduti hanno mostrato alterazioni del metabolismo del NAD + e dell’espressione genica rispetto alla sintesi e all’utilizzo del NAD + [131].

Inoltre, l’espressione della via NMRK1 è stata sovraregolata insieme all’espressione del trasportatore nucleosidico concentrativo CNT3, indicando una maggiore capacità di conversione di NR in NAD + e NADP + durante l’infezione [10]. Una sovraregolazione del gene NMRK era precedentemente associata all’efficacia terapeutica di NR [66,105].

Inoltre, l’espressione di NNMT (nicotinamide N-metiltransferasi) è stata ridotta [131] a causa della minore metilazione NAM, suggerendo una promozione della via di salvataggio del NAM [132] e una maggiore efficienza del trattamento NR per ricostituire NAD + [131]. Questi dati indicano che l’aumento del contenuto di NAD + attraverso i percorsi della chinasi NAM e NR può ripristinare le funzioni antivirali dei PARP per supportare l’immunità innata a SARS-CoV-2 [131].

Dopo l’attivazione della risposta immunitaria adattativa, la sovraespressione di CD38 sia nei linfociti CD4 + che CD8 + esagera ulteriormente la deplezione di NAD + [133,134] portando ad un aumento della produzione e del rilascio di citochine proinfiammatorie, specie reattive dell’ossigeno e infiltrazione di macrofagi [135,136].

Inoltre, il drastico esaurimento del NAD + compromette la funzione delle sirtuine, i regolatori della morte cellulare e della vitalità [133]. In particolare, SIRT1 regola l’espressione di geni inclusi soppressori tumorali, citochine e proto-oncogeni e modula infine i meccanismi di infiammazione, sopravvivenza cellulare e apoptosi [137].

La perdita della funzione della sirtuina insieme a un aumento del danno ossidativo e una diminuzione dell’energia complessiva culmina infine nella morte cellulare. Il rifornimento del contenuto corporeo di NAD + potrebbe ripristinare i livelli di energia e la funzione compromessa della sirtuina e possibilmente riequilibrare la risposta immunitaria disadattiva all’infezione da SARS-CoV-2. Vale a dire, sia SARS-CoV che SARS-CoV-2 inducono iperinfiammazione disadattiva seguita da un aumento dell’infiltrazione dei leucociti nei polmoni con conseguente danno tissutale esteso e conseguente insufficienza d’organo con ridotta capacità polmonare [138,139,140].

Prove emergenti hanno dimostrato che il NAD + viene rilasciato durante la fase iniziale dell’infiammazione e ha un ruolo immunoregolatore in vivo [141,142].

Inoltre, la niacina era stata precedentemente suggerita come terapia antinfiammatoria in uno studio preclinico come potente agente per diminuire le citochine proinfiammatorie, tra cui IL-1, IL-6 e TNFα [143]. NR può diminuire in modo simile IL-2, IL-5, IL-6 e TNFα [120].

Il targeting dell’IL-6 è stato recentemente proposto come trattamento promettente per bloccare la tempesta infiammatoria, specialmente nei pazienti con COVID-19 grave [132]. Inoltre, la niacina potrebbe anche ridurre l’infiltrazione dei neutrofili, mentre mostra un effetto antinfiammatorio prolungato durante il danno polmonare indotto dal ventilatore.

Tuttavia, la niacina ha esacerbato l’ipossiemia indipendentemente dalla diminuzione dell’infiltrazione dei neutrofili, suggerendo una diversa causa di ipossiemia, indipendente dal declino dei neutrofili [144,145], che richiede ulteriori indagini. Inoltre, l’elevata efficienza della vitamina B3 (niacina o nicotinamide) nel prevenire il danno al tessuto polmonare è stata confermata in diversi modelli animali con danno polmonare indotto da bleomicina e LPS [146,147,148].

Considerando i forti effetti di protezione polmonare della vitamina B3, è stato proposto come agente di supporto precoce al trattamento contro COVID-19 [146]. Ciò implica che NR dovrebbe essere considerato come un potenziale agente terapeutico o di supporto per ridurre l’iperinfiammazione e rigenerare il tessuto polmonare danneggiato.

link di riferimento: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7352172/


Ulteriori informazioni:  Mario Romani et al, il potenziamento del NAD + riduce l’amiloidosi associata all’età e ripristina l’omeostasi mitocondriale nei muscoli,  Cell Reports  (2021). DOI: 10.1016 / j.celrep.2020.108660

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