COVID-19 和病毒感染中的 NAD+ (2022/02)
這篇2022年2月由大衛、辛克萊博士與其他研究員聯名發表於”Cell”期刊(DOI: https://doi.org/10.1016/j.it.2022.02.001), 有關NMN 可以增強免疫力及治療COVID-19患者的研究,內容如下:
重點
NAD+ 可以在小鼠和人類中發揮抗病毒和抗炎作用,這在 2019 年冠狀病毒病 (COVID-19) 感染期間可能是有益的。
與健康個體相比,老年人和患有嚴重 COVID-19 症狀相關疾病(包括糖尿病和心血管疾病)的患者組織和器官中的 NAD+ 濃度較低。
據報導,包括冠狀病毒感染在內的病毒感染會進一步消耗細胞 NAD+ 儲存。
許多 NAD+ 依賴性酶,包括 sirtuin 和多聚 ADP-核糖聚合酶 (PARP) 家族的成員,顯示出有效的抗病毒活性。
嚴重急性呼吸綜合徵冠狀病毒 2 (SARS-CoV-2) 和多種病毒具有 ADP-核糖基水解酶活性,可抵消 PARPs 的活性。
SARS-CoV-2 等病毒可以通過激活核因子 kappa B (NF-κB) 和含有 NOD-、LRR- 和 pyrin 結構域的蛋白 3 (NLRP3) 炎性體來過度激活免疫系統,可能導致致命的細胞因子風暴. NAD+ 增強化合物可能會抵消這些過程。
幾種針對 NAD+ 產生或消耗酶的 NAD+ 增強化合物和分子正在臨床開發中,作為推定的抗炎或抗病毒藥物。
NAD+ 作為病毒感染期間免疫反應的新興調節劑,可能是 2019 年冠狀病毒病 (COVID-19) 的有希望的治療靶點。在本意見中,我們建議提高 NAD+ 水平的干預措施可能會促進抗病毒防禦並抑制不受控制的炎症。我們討論了低 NAD+ 濃度與 COVID-19 預後不良的風險因素之間的關聯,包括衰老和常見合併症。從機制上講,我們概述了病毒感染如何進一步消耗 NAD+ 及其在抗病毒防禦和炎症中的作用。我們還描述了冠狀病毒如何通過去除 NAD+ 修飾並激活含有 NOD-、LRR- 和 pyrin 結構域的蛋白 3 (NLRP3) 炎性體的基因來破壞 NAD+ 介導的作用。最後,我們探索了在臨床上提高 NAD+ 濃度的持續方法,以假定增加抗病毒反應,同時減少過度炎症。
NAD+作為病毒感染結果的調節劑
嚴重的急性呼吸系統綜合症冠狀病毒 2 (SARS-CoV-2) 和其他病毒感染使身體成為戰場,需要動員大量資源來進行有效防禦。如果不受控制,這些防禦可能會適得其反,導致致命的細胞因子風暴(參見詞彙表)。有效干預的關鍵是觸發強大的抗病毒防禦,但要檢查炎症。因此,抑制病毒複製和炎症的分子對於對抗嚴重的 COVID-19 可能特別重要。越來越多的證據表明,代謝物 NAD+ 是抗病毒和抗炎機制的介質。基於這一證據,我們假設提高 NAD+ 濃度的療法可能在預防和治療嚴重的 COVID-19 和其他病毒感染方面發揮作用。
一個多世紀前首次被描述為酵母發酵因子,如今,NAD+ 已成為健康衰老的調節劑。組織和器官中低水平的 NAD+ 與衰老、代謝綜合徵和炎症有關,而減緩年齡相關疾病的飲食干預會增加 NAD+ 濃度。在這裡,我們回顧了支持 NAD+ 在調節病毒感染結果中的作用的流行病學和機制數據,重點關注 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2。我們還探索了提高 NAD+ 水平以獲得臨床治療益處的持續方法。
NAD+ 和嚴重 COVID-19 的危險因素
老化
COVID-19 的一個可悲且鮮為人知的方面是老年人對嚴重疾病的易感性增加。住院率、重症監護病房 (ICU) 入院率和死亡率隨著年齡的增長而增加,而年輕人往往相對毫髮無損。大多數傳染病都困擾著老年人和年輕人,這使得這種 COVID-19 易感性的人口統計模式不同尋常。更好地了解使老年人更容易患上嚴重疾病的機制可能會導致治療干預的新候選策略。
我們假設一個罪魁禍首可能是 NAD+ 的缺乏,在跨物種研究的幾乎所有組織中,NAD+ 的濃度在衰老過程中都會降低。在囓齒動物中,已在與 COVID-19 感染相關的組織和細胞中觀察到這種減少,例如骨骼肌、肝內皮細胞和巨噬細胞。越來越多的人類數據證實了年齡與包括皮膚、血液、肝臟和肌肉在內的多種組織中的低 NAD+ 濃度之間存在關聯。
為什麼 NAD+ 水平在衰老過程中會下降是一個活躍的研究領域。對小鼠的研究表明,消耗 NAD+ 的酶的濃度和活性會增加,例如 CD38、聚(ADP-核糖)聚合酶 1 (PARP1)1,以及含有 1 (SARM1) 的無菌 α 和 TIR 基序,以及產生 NAD+ 的酶的通量不足,例如煙酰胺磷酸核糖基轉移酶 (NAMPT)、吲哚胺 2,3-雙加氧酶 (IDO) 和喹啉磷酸核糖基轉移酶 (QPRT)。這些酶都是提高 NAD+ 濃度的潛在藥理學靶點(圖 1)。
重點
NAD+ 可以在小鼠和人類中發揮抗病毒和抗炎作用,這在 2019 年冠狀病毒病 (COVID-19) 感染期間可能是有益的。
與健康個體相比,老年人和患有嚴重 COVID-19 症狀相關疾病(包括糖尿病和心血管疾病)的患者組織和器官中的 NAD+ 濃度較低。
據報導,包括冠狀病毒感染在內的病毒感染會進一步消耗細胞 NAD+ 儲存。
許多 NAD+ 依賴性酶,包括 sirtuin 和多聚 ADP-核糖聚合酶 (PARP) 家族的成員,顯示出有效的抗病毒活性。
嚴重急性呼吸綜合徵冠狀病毒 2 (SARS-CoV-2) 和多種病毒具有 ADP-核糖基水解酶活性,可抵消 PARPs 的活性。
SARS-CoV-2 等病毒可以通過激活核因子 kappa B (NF-κB) 和含有 NOD-、LRR- 和 pyrin 結構域的蛋白 3 (NLRP3) 炎性體來過度激活免疫系統,可能導致致命的細胞因子風暴. NAD+ 增強化合物可能會抵消這些過程。
幾種針對 NAD+ 產生或消耗酶的 NAD+ 增強化合物和分子正在臨床開發中,作為推定的抗炎或抗病毒藥物。
NAD+ 作為病毒感染期間免疫反應的新興調節劑,可能是 2019 年冠狀病毒病 (COVID-19) 的有希望的治療靶點。在本意見中,我們建議提高 NAD+ 水平的干預措施可能會促進抗病毒防禦並抑制不受控制的炎症。我們討論了低 NAD+ 濃度與 COVID-19 預後不良的風險因素之間的關聯,包括衰老和常見合併症。從機制上講,我們概述了病毒感染如何進一步消耗 NAD+ 及其在抗病毒防禦和炎症中的作用。我們還描述了冠狀病毒如何通過去除 NAD+ 修飾並激活含有 NOD-、LRR- 和 pyrin 結構域的蛋白 3 (NLRP3) 炎性體的基因來破壞 NAD+ 介導的作用。最後,我們探索了在臨床上提高 NAD+ 濃度的持續方法,以假定增加抗病毒反應,同時減少過度炎症。
NAD+作為病毒感染結果的調節劑
嚴重的急性呼吸系統綜合症冠狀病毒 2 (SARS-CoV-2) 和其他病毒感染使身體成為戰場,需要動員大量資源來進行有效防禦。如果不受控制,這些防禦可能會適得其反,導致致命的細胞因子風暴(參見詞彙表)。有效干預的關鍵是觸發強大的抗病毒防禦,但要檢查炎症。因此,抑制病毒複製和炎症的分子對於對抗嚴重的 COVID-19 可能特別重要。越來越多的證據表明,代謝物 NAD+ 是抗病毒和抗炎機制的介質。基於這一證據,我們假設提高 NAD+ 濃度的療法可能在預防和治療嚴重的 COVID-19 和其他病毒感染方面發揮作用。
一個多世紀前首次被描述為酵母發酵因子,如今,NAD+ 已成為健康衰老的調節劑。組織和器官中低水平的 NAD+ 與衰老、代謝綜合徵和炎症有關,而減緩年齡相關疾病的飲食干預會增加 NAD+ 濃度。在這裡,我們回顧了支持 NAD+ 在調節病毒感染結果中的作用的流行病學和機制數據,重點關注 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2。我們還探索了提高 NAD+ 水平以獲得臨床治療益處的持續方法。
NAD+ 和嚴重 COVID-19 的危險因素
老化
COVID-19 的一個可悲且鮮為人知的方面是老年人對嚴重疾病的易感性增加。住院率、重症監護病房 (ICU) 入院率和死亡率隨著年齡的增長而增加,而年輕人往往相對毫髮無損。大多數傳染病都困擾著老年人和年輕人,這使得這種 COVID-19 易感性的人口統計模式不同尋常。更好地了解使老年人更容易患上嚴重疾病的機制可能會導致治療干預的新候選策略。
我們假設一個罪魁禍首可能是 NAD+ 的缺乏,在跨物種研究的幾乎所有組織中,NAD+ 的濃度在衰老過程中都會降低。在囓齒動物中,已在與 COVID-19 感染相關的組織和細胞中觀察到這種減少,例如骨骼肌、肝內皮細胞和巨噬細胞。越來越多的人類數據證實了年齡與包括皮膚、血液、肝臟和肌肉在內的多種組織中的低 NAD+ 濃度之間存在關聯。
為什麼 NAD+ 水平在衰老過程中會下降是一個活躍的研究領域。對小鼠的研究表明,消耗 NAD+ 的酶的濃度和活性會增加,例如 CD38、聚(ADP-核糖)聚合酶 1 (PARP1)1,以及含有 1 (SARM1) 的無菌 α 和 TIR 基序,以及產生 NAD+ 的酶的通量不足,例如煙酰胺磷酸核糖基轉移酶 (NAMPT)、吲哚胺 2,3-雙加氧酶 (IDO) 和喹啉磷酸核糖基轉移酶 (QPRT)。這些酶都是提高 NAD+ 濃度的潛在藥理學靶點(圖 1)。
圖 1 NAD+ 代謝和藥物干預要點。
合併症
在與 COVID-19 嚴重程度相關的某些合併症中,NAD+ 濃度也較低。一種這樣的合併症是胰島素抵抗 (IR) 和糖尿病。具體來說,在小鼠模型中,遺傳(KK/HIJ)、飲食誘導(高脂肪飲食)、鏈脲佐菌素誘導和年齡相關的 IR 與肝臟和白色脂肪組織中較低的 NAD+ 濃度相關,而 NAD+ 的恢復使用 NAD+ 增強劑,例如煙酰胺核糖 (NR) 和煙酰胺單核苷酸 (NMN)(口服、腹膜內或輸注)可逆轉 IR。在人類中,代謝綜合徵和肥胖與脂肪組織中的低 NAD+ 濃度有關 [27.]。 NMN 最近被證明可以改善前驅糖尿病女性的胰島素敏感性,進一步的臨床研究正在進行中,本綜述稍後將討論(表 1,略)。此外,最近開發的口服抗糖尿病藥物 imeglimin 可以增強葡萄糖刺激的 ATP 生成並誘導來自患有 2 型糖尿病的患病囓齒動物的胰島中 NAD+ 的合成。
嚴重 COVID-19 的另一個風險因素是心血管疾病 (CVD)。幾項臨床前研究表明,提高內皮細胞中的 NAD+ 濃度可逆轉血管和內皮功能障礙。進一步的研究表明,NAD+ 在小鼠模型的心血管功能中具有有益作用,包括血脂異常、缺血再灌注損傷和舒張性心力衰竭模型。這種聯繫在人類中得到了流行病學數據的支持,這些數據表明 NAD+ 前體菸酸(菸酸)的膳食攝入量與血管健康之間存在相關性,包括肱動脈血流介導的擴張和血清低密度脂蛋白 (LDL) 濃度 .事實上,菸酸是美國 FDA 批准的降低 LDL、ApoB 和甘油三酯以及提高高密度脂蛋白 (HDL) 的療法。此外,多項正在進行的臨床研究正在測試 NMN 和 NR 等其他 NAD+ 增強劑對高血壓和心力衰竭的影響(稍後討論)(表 1略)。
NAD+在病毒感染中的機制
病毒感染會消耗 NAD+ 濃度
低 NAD+ 濃度不僅與 COVID-19 不良結果的風險因素相關,而且某些病毒感染會進一步消耗受感染細胞中的 NAD+。例如,據報導,體外感染 HIV-1 的人外周血白細胞、感染單純皰疹病毒 1 (HSV-1)的人成纖維細胞和骨骼肌中的 NAD+ 濃度較低。個體同時感染 HIV-1 和丙型肝炎病毒。這些影響可能是由於誘導了消耗 NAD+ 的酶,例如 CD38 和 PARPs。例如,表達 CD38 的 CD8+ T 淋巴細胞已被提議作為 HIV-1 介導的疾病進展的標誌物。 HSV-1 感染誘導的人成纖維細胞中 NAD+ 濃度的下降與蛋白質多聚 (ADP-核糖基) 化增加有關,並且可以通過 PARP1/PARP2 的藥理學抑制來阻斷。
據報導,冠狀病毒感染也會導致類似的 NAD+ 耗盡。具體而言,與健康人的血液相比,來自重症 COVID-19 患者的血液中 NAD+ 前體 NMN 的含量較低。此外,與模擬感染相比,在感染 SARS-CoV-2 的上皮細胞系和腸細胞類器官中觀察到涉及 NAD+ 合成和利用的基因(例如 Nampt、Parp9、Parp12 和 Parp14)的表達變化。與健康對照相比,在已故 COVID-19 患者的肺組織和 SARS-CoV-2 感染個體的支氣管肺泡灌洗液中也報告了類似的 NAD+ 相關基因表達變化。此外,在小鼠骨髓衍生巨噬細胞 (BMDM) 中感染冠狀病毒、小鼠肝炎病毒 (MHV) 會導致 NAD+ 耗竭以及許多 PARP 的基因表達增加,包括 Parp7、Parp9、Parp10、Parp11、 Parp12、Parp13 和 Parp14 相對於模擬感染。這些觀察結果表明,在 SARS-CoV-2 感染期間 NAD+ 代謝途徑的需求增加,並強調了 NAD+ 在調節 COVID-19 疾病結果中的潛在相關性。
抗病毒機制中的 NAD+ 消耗酶
NAD+ 在促進調節哺乳動物免疫反應的酶活性方面發揮著重要作用。經典地,NAD+ 參與氧化還原過程,但它也參與水解的非氧化還原反應,並且它非酶促地調節蛋白質-蛋白質相互作用(圖 1)。在後面的這些功能中,NAD+ 充當信號分子,充當能量可用性的標誌物,並指導細胞通過利用 NAD+ 的酶的作用來響應代謝變化。
PARPs 和 sirtuin 是參與免疫反應的兩個 NAD+ 依賴性酶家族。通過在核因子 kappa B (NF-κB) 等關鍵蛋白質上添加或去除翻譯後修飾,它們可以協調炎症和免疫反應的強度。這使得 NAD+ 在促進對病原體的強烈免疫反應和控制這些反應方面處於重要地位。
PARP1 是 PARP 家族的重要成員,是促炎轉錄因子 NF-κB 的有效共激活因子,因此參與啟動特異性免疫反應。然而,這是一把雙刃劍,因為 PARP1 還可能增加細胞因子風暴的嚴重程度,因為它調節許多 NF-κB 依賴性細胞因子和趨化因子的表達。事實上,抑製或刪除 PARP1 已經改善了包括哮喘和結腸炎在內的幾種炎症性疾病囓齒動物模型中症狀的嚴重程度。例如,PARP1 抑制(藥理學或遺傳)在小鼠和豚鼠哮喘模型中預防了卵清蛋白誘導的肺部炎症。在白細胞介素 10 (IL-10) 缺乏 (Il10-/-) 小鼠以及三硝基苯磺酸治療的大鼠中,使用 PARP 抑製劑治療已減輕與結腸炎相關的炎症。此外,與野生型小鼠相比,PARP1 敲除 (KO) (Parp1-/-) 小鼠免受葡聚醣硫酸鈉誘導的結腸炎。
幾種 PARP 具有強大的抗病毒功能。事實上,PARP13 是一種強大的抗病毒因子,可識別來自多個家族的各種病毒,包括逆轉錄病毒科、絲狀病毒科、阿爾法病毒科和嗜肝DNA病毒科。它在感染期間與病毒 RNA 的特定序列結合,並通過細胞 mRNA 衰變機制介導它們的降解;然而,這些功能不依賴於 PARP 介導的 ADP 核糖基化。 PARP7、PARP10 和 PARP12 的長同種型 (PARP12L) 的表達有效地抑制了脊椎動物細胞中委內瑞拉馬腦炎病毒和其他甲病毒的細胞翻譯和復制。 PARP12L 的這些作用取決於其催化活性。此外,PARP9 和 PARP14 在由干擾素 (IFN)-γ 刺激的巨噬細胞中也上調,並且在巨噬細胞激活中具有相反的作用。 PARP9 激活 IFNγ-STAT1 信號傳導並誘導促炎激活,而 PARP14 ADP-核糖基化降低 IFNγ 處理的人巨噬細胞中的 STAT1 磷酸化。此外,包括 SARS-CoV、MERS-CoV 和 MHV 在內的幾種冠狀病毒的核衣殼蛋白在受感染的細胞中被 ADP 核糖基化,可能是通過 PARPs,這可能表明該途徑在病毒中的常見用途。然而,這種 ADP 核糖基化的功能後果仍有待研究。我們認為,由於 PARP 酶活性需要 NAD+,因此維持足夠的 NAD+ 濃度可能對於實現 PARP 相關的抗病毒機制至關重要。
Sirtuins 還在抗病毒防禦中發揮作用。事實上,sirtuin 1 (SIRT1) KO 或抑制促進了水皰性口炎病毒在小鼠胚胎成纖維細胞 (MEF) 和人類淋巴瘤細胞系中卡波西肉瘤相關皰疹病毒的生命週期和復制。 SIRT1 的破壞也會增加 HPV16 E1-E2 的複制。此外,通過 siRNA 敲低人類成纖維細胞中的 7 種 sirtuin 中的每一種,都能促進多種人類病毒在感染後的生長,包括人類鉅細胞病毒 (CMV)、HSV1、5 型腺病毒和流感病毒 (H1N1)。此外,白藜蘆醇和 CAY10602 等 SIRT1 激活藥物抑制了這些病毒的複制。 SIRT6 促進腫瘤壞死因子 (TNF)α 的分泌,這從抑制 SIRT6 KO MEF 釋放的 TNFα 得到證明,由此可以預期 TNFα 的分泌會促進病原體的根除。事實上,SIRT6 和 NAMPT(一種 NAD+ 合成酶(圖 1))在小鼠成纖維細胞中的藥理學抑制和 siRNA 敲低促進了 CMV 複製。
其他在免疫反應中也發揮作用的 NAD+ 利用酶包括 CD38、BST1 和 SARM1。事實上,CD38 和 BST1 在巨噬細胞和淋巴細胞表面高度表達,並產生細胞外環狀 (ADP-核糖),這是一種鈣動員第二信使,對免疫細胞激活很重要。 SARM1 是另一種有效的 NADase,包含一個 Toll/IL-1 受體結構域,它可能引發神經保護性先天免疫反應,正如神經變性小鼠模型所暗示的那樣。
病毒反擊
與 PARP 活性相關的一種抗病毒機制是形成稱為應激顆粒 (SG) 的胞質無膜細胞器,以隔離病毒 RNA 並阻止前病毒翻譯。事實上,PARP 對 SG 成分的 ADP 核糖基化促進了抗病毒 SG 的形成。包括 PARP5a、12、13、14 和 15 在內的幾種抗病毒 PARP 定位於人類細胞中的 SG,可能是為了執行這種修飾。
作為宿主的反機制,許多病毒,包括冠狀病毒和甲病毒,部署 ADP-核糖水解酶來去除 SG 促進 ADP-核糖修飾。 SARS-CoV-2 在其最大的編碼蛋白非結構蛋白 3 (NSP3) 中具有具有單 ADP-核糖水解酶活性的結構域。 SARS-CoV-2 NSP3 宏結構域的異位表達逆轉了靶蛋白的 PARP9 依賴性 ADP 核糖基化。在活病毒中,該結構域對於病毒複製和毒力都很重要。 MHV 和 SARS-CoV 中該結構域的突變導致病毒複製減弱,因此,突變病毒無法在受感染的小鼠中引起肺部疾病,而用 pan-PARP 抑製劑治療可增強 SARS-CoV 複製並抑制 BMDM 中的 IFN 產生感染了宏結構域缺陷型突變冠狀病毒。這些發現表明,SARS-CoV-2 NSP3 蛋白也可能干擾 SG 的形成,從而允許逃避細胞抗病毒反應(圖 2)。我們認為,提供更多的 NAD+ 來促進 PARPs 的活性可能會使抗病毒平衡重新有利於宿主細胞。
在與 COVID-19 嚴重程度相關的某些合併症中,NAD+ 濃度也較低。一種這樣的合併症是胰島素抵抗 (IR) 和糖尿病。具體來說,在小鼠模型中,遺傳(KK/HIJ)、飲食誘導(高脂肪飲食)、鏈脲佐菌素誘導和年齡相關的 IR 與肝臟和白色脂肪組織中較低的 NAD+ 濃度相關,而 NAD+ 的恢復使用 NAD+ 增強劑,例如煙酰胺核糖 (NR) 和煙酰胺單核苷酸 (NMN)(口服、腹膜內或輸注)可逆轉 IR。在人類中,代謝綜合徵和肥胖與脂肪組織中的低 NAD+ 濃度有關 [27.]。 NMN 最近被證明可以改善前驅糖尿病女性的胰島素敏感性,進一步的臨床研究正在進行中,本綜述稍後將討論(表 1,略)。此外,最近開發的口服抗糖尿病藥物 imeglimin 可以增強葡萄糖刺激的 ATP 生成並誘導來自患有 2 型糖尿病的患病囓齒動物的胰島中 NAD+ 的合成。
嚴重 COVID-19 的另一個風險因素是心血管疾病 (CVD)。幾項臨床前研究表明,提高內皮細胞中的 NAD+ 濃度可逆轉血管和內皮功能障礙。進一步的研究表明,NAD+ 在小鼠模型的心血管功能中具有有益作用,包括血脂異常、缺血再灌注損傷和舒張性心力衰竭模型。這種聯繫在人類中得到了流行病學數據的支持,這些數據表明 NAD+ 前體菸酸(菸酸)的膳食攝入量與血管健康之間存在相關性,包括肱動脈血流介導的擴張和血清低密度脂蛋白 (LDL) 濃度 .事實上,菸酸是美國 FDA 批准的降低 LDL、ApoB 和甘油三酯以及提高高密度脂蛋白 (HDL) 的療法。此外,多項正在進行的臨床研究正在測試 NMN 和 NR 等其他 NAD+ 增強劑對高血壓和心力衰竭的影響(稍後討論)(表 1略)。
NAD+在病毒感染中的機制
病毒感染會消耗 NAD+ 濃度
低 NAD+ 濃度不僅與 COVID-19 不良結果的風險因素相關,而且某些病毒感染會進一步消耗受感染細胞中的 NAD+。例如,據報導,體外感染 HIV-1 的人外周血白細胞、感染單純皰疹病毒 1 (HSV-1)的人成纖維細胞和骨骼肌中的 NAD+ 濃度較低。個體同時感染 HIV-1 和丙型肝炎病毒。這些影響可能是由於誘導了消耗 NAD+ 的酶,例如 CD38 和 PARPs。例如,表達 CD38 的 CD8+ T 淋巴細胞已被提議作為 HIV-1 介導的疾病進展的標誌物。 HSV-1 感染誘導的人成纖維細胞中 NAD+ 濃度的下降與蛋白質多聚 (ADP-核糖基) 化增加有關,並且可以通過 PARP1/PARP2 的藥理學抑制來阻斷。
據報導,冠狀病毒感染也會導致類似的 NAD+ 耗盡。具體而言,與健康人的血液相比,來自重症 COVID-19 患者的血液中 NAD+ 前體 NMN 的含量較低。此外,與模擬感染相比,在感染 SARS-CoV-2 的上皮細胞系和腸細胞類器官中觀察到涉及 NAD+ 合成和利用的基因(例如 Nampt、Parp9、Parp12 和 Parp14)的表達變化。與健康對照相比,在已故 COVID-19 患者的肺組織和 SARS-CoV-2 感染個體的支氣管肺泡灌洗液中也報告了類似的 NAD+ 相關基因表達變化。此外,在小鼠骨髓衍生巨噬細胞 (BMDM) 中感染冠狀病毒、小鼠肝炎病毒 (MHV) 會導致 NAD+ 耗竭以及許多 PARP 的基因表達增加,包括 Parp7、Parp9、Parp10、Parp11、 Parp12、Parp13 和 Parp14 相對於模擬感染。這些觀察結果表明,在 SARS-CoV-2 感染期間 NAD+ 代謝途徑的需求增加,並強調了 NAD+ 在調節 COVID-19 疾病結果中的潛在相關性。
抗病毒機制中的 NAD+ 消耗酶
NAD+ 在促進調節哺乳動物免疫反應的酶活性方面發揮著重要作用。經典地,NAD+ 參與氧化還原過程,但它也參與水解的非氧化還原反應,並且它非酶促地調節蛋白質-蛋白質相互作用(圖 1)。在後面的這些功能中,NAD+ 充當信號分子,充當能量可用性的標誌物,並指導細胞通過利用 NAD+ 的酶的作用來響應代謝變化。
PARPs 和 sirtuin 是參與免疫反應的兩個 NAD+ 依賴性酶家族。通過在核因子 kappa B (NF-κB) 等關鍵蛋白質上添加或去除翻譯後修飾,它們可以協調炎症和免疫反應的強度。這使得 NAD+ 在促進對病原體的強烈免疫反應和控制這些反應方面處於重要地位。
PARP1 是 PARP 家族的重要成員,是促炎轉錄因子 NF-κB 的有效共激活因子,因此參與啟動特異性免疫反應。然而,這是一把雙刃劍,因為 PARP1 還可能增加細胞因子風暴的嚴重程度,因為它調節許多 NF-κB 依賴性細胞因子和趨化因子的表達。事實上,抑製或刪除 PARP1 已經改善了包括哮喘和結腸炎在內的幾種炎症性疾病囓齒動物模型中症狀的嚴重程度。例如,PARP1 抑制(藥理學或遺傳)在小鼠和豚鼠哮喘模型中預防了卵清蛋白誘導的肺部炎症。在白細胞介素 10 (IL-10) 缺乏 (Il10-/-) 小鼠以及三硝基苯磺酸治療的大鼠中,使用 PARP 抑製劑治療已減輕與結腸炎相關的炎症。此外,與野生型小鼠相比,PARP1 敲除 (KO) (Parp1-/-) 小鼠免受葡聚醣硫酸鈉誘導的結腸炎。
幾種 PARP 具有強大的抗病毒功能。事實上,PARP13 是一種強大的抗病毒因子,可識別來自多個家族的各種病毒,包括逆轉錄病毒科、絲狀病毒科、阿爾法病毒科和嗜肝DNA病毒科。它在感染期間與病毒 RNA 的特定序列結合,並通過細胞 mRNA 衰變機制介導它們的降解;然而,這些功能不依賴於 PARP 介導的 ADP 核糖基化。 PARP7、PARP10 和 PARP12 的長同種型 (PARP12L) 的表達有效地抑制了脊椎動物細胞中委內瑞拉馬腦炎病毒和其他甲病毒的細胞翻譯和復制。 PARP12L 的這些作用取決於其催化活性。此外,PARP9 和 PARP14 在由干擾素 (IFN)-γ 刺激的巨噬細胞中也上調,並且在巨噬細胞激活中具有相反的作用。 PARP9 激活 IFNγ-STAT1 信號傳導並誘導促炎激活,而 PARP14 ADP-核糖基化降低 IFNγ 處理的人巨噬細胞中的 STAT1 磷酸化。此外,包括 SARS-CoV、MERS-CoV 和 MHV 在內的幾種冠狀病毒的核衣殼蛋白在受感染的細胞中被 ADP 核糖基化,可能是通過 PARPs,這可能表明該途徑在病毒中的常見用途。然而,這種 ADP 核糖基化的功能後果仍有待研究。我們認為,由於 PARP 酶活性需要 NAD+,因此維持足夠的 NAD+ 濃度可能對於實現 PARP 相關的抗病毒機制至關重要。
Sirtuins 還在抗病毒防禦中發揮作用。事實上,sirtuin 1 (SIRT1) KO 或抑制促進了水皰性口炎病毒在小鼠胚胎成纖維細胞 (MEF) 和人類淋巴瘤細胞系中卡波西肉瘤相關皰疹病毒的生命週期和復制。 SIRT1 的破壞也會增加 HPV16 E1-E2 的複制。此外,通過 siRNA 敲低人類成纖維細胞中的 7 種 sirtuin 中的每一種,都能促進多種人類病毒在感染後的生長,包括人類鉅細胞病毒 (CMV)、HSV1、5 型腺病毒和流感病毒 (H1N1)。此外,白藜蘆醇和 CAY10602 等 SIRT1 激活藥物抑制了這些病毒的複制。 SIRT6 促進腫瘤壞死因子 (TNF)α 的分泌,這從抑制 SIRT6 KO MEF 釋放的 TNFα 得到證明,由此可以預期 TNFα 的分泌會促進病原體的根除。事實上,SIRT6 和 NAMPT(一種 NAD+ 合成酶(圖 1))在小鼠成纖維細胞中的藥理學抑制和 siRNA 敲低促進了 CMV 複製。
其他在免疫反應中也發揮作用的 NAD+ 利用酶包括 CD38、BST1 和 SARM1。事實上,CD38 和 BST1 在巨噬細胞和淋巴細胞表面高度表達,並產生細胞外環狀 (ADP-核糖),這是一種鈣動員第二信使,對免疫細胞激活很重要。 SARM1 是另一種有效的 NADase,包含一個 Toll/IL-1 受體結構域,它可能引發神經保護性先天免疫反應,正如神經變性小鼠模型所暗示的那樣。
病毒反擊
與 PARP 活性相關的一種抗病毒機制是形成稱為應激顆粒 (SG) 的胞質無膜細胞器,以隔離病毒 RNA 並阻止前病毒翻譯。事實上,PARP 對 SG 成分的 ADP 核糖基化促進了抗病毒 SG 的形成。包括 PARP5a、12、13、14 和 15 在內的幾種抗病毒 PARP 定位於人類細胞中的 SG,可能是為了執行這種修飾。
作為宿主的反機制,許多病毒,包括冠狀病毒和甲病毒,部署 ADP-核糖水解酶來去除 SG 促進 ADP-核糖修飾。 SARS-CoV-2 在其最大的編碼蛋白非結構蛋白 3 (NSP3) 中具有具有單 ADP-核糖水解酶活性的結構域。 SARS-CoV-2 NSP3 宏結構域的異位表達逆轉了靶蛋白的 PARP9 依賴性 ADP 核糖基化。在活病毒中,該結構域對於病毒複製和毒力都很重要。 MHV 和 SARS-CoV 中該結構域的突變導致病毒複製減弱,因此,突變病毒無法在受感染的小鼠中引起肺部疾病,而用 pan-PARP 抑製劑治療可增強 SARS-CoV 複製並抑制 BMDM 中的 IFN 產生感染了宏結構域缺陷型突變冠狀病毒。這些發現表明,SARS-CoV-2 NSP3 蛋白也可能干擾 SG 的形成,從而允許逃避細胞抗病毒反應(圖 2)。我們認為,提供更多的 NAD+ 來促進 PARPs 的活性可能會使抗病毒平衡重新有利於宿主細胞。
圖 2 SARS-CoV 感染和 NAD+ 對 NLRP3 炎性體的調節。
病毒可以引發不受控制的炎症
SARS-CoV-2 感染的潛在災難性影響之一是細胞因子風暴。事實上,循環促炎因子(如 IL-1、IL-6 和 TNFα)的濃度與 COVID-19 患者的 ICU 入院和死亡率密切相關。對第一個 SARS 大流行冠狀病毒 SARS-CoV 的研究表明,病毒蛋白通過增強 NF-κB 轉錄活性和促進NLRP3 炎性體的形成(圖 2)。
促進這些過程的 SARS-CoV 蛋白包括開放閱讀框 (ORF)3a、包膜蛋白 (E) 和 ORF8b。 ORF3a 通過 NF-κB 抑制亞基的 TRAF3 依賴性泛素化介導 NF-κB 活化,並介導炎性體亞基 ASC 的斑點形成,其伴隨著人類細胞中 NLRP3 炎性體的組裝。此外,ORF3a 具有驅動 K+ 流出的跨膜結構域和離子通道 (IC) 活性,這進一步促進了 NLRP3 炎性體的激活。事實上,當用表達 SARS-CoV ORF3a 的慢病毒刺激的 BMDM 用富含 K+ 的培養基處理時,IL-1β 的分泌被完全阻斷。 SARS-CoV E 蛋白還通過其細胞內活性促進炎性體活化;它在內質網 (ER)-高爾基體中間室形成脂質-蛋白質通道,產生的 Ca2+ 刺激 NLRP3 炎性體的激活。 E 蛋白還促進表達 NLRP3 炎性體的哺乳動物細胞中 IL-1β 的釋放,而缺乏離子電導的 E 蛋白突變體不能促進 IL-1β 分泌。 ORF8b 在人巨噬細胞中引起炎症小體激活,並在體外直接與 NLRP3 相互作用;此外,它可以形成蛋白質聚集體並觸發 ER 應激和溶酶體損傷,從而激活 HeLa 細胞中的炎性體。這些過程不僅促進毒力,還可能促進病毒複製。例如,對 SARS-CoV 病毒孔蛋白中包含的功能基序的比較研究表明,在受感染的小鼠中,SARS-CoV 的最大復制和毒力需要全長 E 和 ORF3a 蛋白。
與 SARS-CoV 一樣,SARS-CoV-2 也可以激活炎性體。屍檢後,在已故 COVID-19 患者的外周血單個核細胞 (PBMC) 和組織中發現了活性 NLRP3 炎症小體,同時血清 IL-18 濃度較高,這與 COVID-19 的嚴重程度相關。 SARS-CoV-2 可能通過類似於 SARS-CoV 的機制激活炎症小體。 SARS-CoV-2 ORF3a 在人體細胞中的過表達可誘導 K+ 流出、NLRP3 激活和 IL-1β 釋放。用富含 K+ 的培養基限制 K+ 流出會損害 ORF3a 觸發 NLRP3 炎性體組裝的能力,這已從免疫共沉澱 (co-IP) 測定中得到證明 [92.]。 SARS-CoV-2 N 蛋白可以直接與 NLRP3 相互作用,得到互惠 co-IP 和共聚焦顯微鏡結果的支持,從而促進細胞中炎症小體的活化和 IL-1β 的釋放。在感染腺相關病毒 (AAV)-Lung-N 的 Nlrp3+/+ 小鼠中,血清 IL-1β 濃度增加(通過 ELISA 檢測),而 Nlrp3-/ 血清中 AAV-N不誘導 IL-1β − 老鼠 [93.]。由 NLRP3 激活引起的較高細胞因子濃度表明,響應 SARS-CoV-2 感染而發生不受控制的炎症的可能性增加。
抗炎機制中的 NAD+ 消耗酶
NAD+ 可能有助於炎症的消退,並有助於限製或預防細胞因子風暴的影響;它可以通過增加 sirtuins 的活性來做到這一點(圖 2)。 SIRT1、SIRT2 和 SIRT3 均通過多種機制抑制 NF-κB 和 NLRP3 炎性體的活性。從生化的角度來看,SIRT1 與 NF-κB 物理相互作用並使其去乙酰化,從而抑制其在人類上皮細胞中的轉錄活性。 SIRT1 還通過減少氧化應激來抑制脂多醣誘導的 NLRP3 炎性體激活,正如在 shRNA 敲低 SIRT1 的人類滋養細胞中所證明的那樣。 SIRT2 直接使 NLRP3 去乙酰化並使 NLRP3 炎性體失活,如 SIRT2 KO (Sirt2--) 小鼠巨噬細胞所示。 SIRT3 通過抑制線粒體活性氧 (ROS) 的產生來介導炎症小體的激活,這可以激活 NLRP3 炎症小體。與對照相比,人類巨噬細胞中 SIRT3 的 SiRNA 消耗導致 ROS 產生和炎性體激活增加。 SIRT6 還通過 NF-κB 靶基因啟動子中的組蛋白 H3 賴氨酸 9 (H3K9) 去乙酰化促進炎症消退。然而,在病毒感染的背景下,sirtuins 對 NLRP3 炎性體的影響尚未得到廣泛研究。
我們認為,抑制 NF-κB 和 NLRP3 炎症小體活性的 NAD+ 增強劑也可能代表改善 COVID-19 炎症症狀的潛在治療方法。事實上,據報導,用 NAD+ 前體 NR 治療 24 小時可減少來自健康和禁食個體的 PBMC 中 IL-1β 的釋放和鈍化炎性體活化。 NR 還促進 SIRT1 表達,抑制 NLRP3 表達,並減少小鼠肝細胞中促炎因子 TNFα 和 IL-6 的分泌。另一種 NAD+ 前體菸酸也通過調節 NLRP3 活性來減少 2 型糖尿病囓齒動物模型(KK/HIJ 小鼠)的炎症 [26.]。然而,應該考慮到一些研究表明細胞外核苷酸(如 NAD+)也可以通過激活小鼠巨噬細胞和 T 細胞中的 P2X7 受體來促進炎症。
NAD+ 助推器在臨床上的前景
添加更多燃料
鑑於低 NAD+ 濃度可能會加劇 COVID-19 的嚴重程度,提高這種代謝物在高危人群中的水平是減輕嚴重疾病的一種潛在治療策略。提高 NAD+ 濃度的最直接方法是提供額外的前體來促進 NAD+ 合成。典型地,NAD+不能被細胞直接吸收,但它的前體可以。 NAD+ 前體菸酸、NR 和 NMN,都具有推定的轉運蛋白、高安全閾值,並且是口服生物可利用的。然而,它們的藥代動力學特徵確實有所不同,並且似乎在不同組織中將 NAD+ 濃度提高到不同程度,儘管這仍然是一個積極研究的領域。
在結構上,最接近 NAD+ 的分子是 NMN,只需一個酶促步驟即可轉化為 NAD+。在一項雙盲、安慰劑對照試驗中,NMN 被證明可以增加糖尿病前期女性的胰島素敏感性(NCT03151239;表 1)。目前正在對住院的 COVID-19 高血壓和代謝綜合徵患者進行研究,以了解其對疲勞、住院時間和病毒載量的影響(NCT05175768;表 1)。正在進行的 NMN 臨床試驗也在研究其對高血壓和運動後肌肉恢復的影響(NCT04903210 和 NCT04664361;表 1)。
NR 是從 NAD+ 中去除的兩個酶促步驟,也正在臨床研究中。在一項安慰劑對照試驗中,口服 NR 降低了炎症細胞因子 IL-2、IL-5 和 IL-6 的循環濃度 [104.](NCT02950441;表 1)。在另一項試驗中,口服 NR 降低了健康中老年人的血壓和可能的主動脈僵硬度 [105.](NCT02921659;表 1)。在撰寫本綜述時,已在臨床試驗網站上註冊了 30 多項測試 NR 的活躍研究,其中包括許多針對 COVID-19 風險因素的研究,例如血管疾病、高血壓和心力衰竭(NCT04040959、NCT03821623 和 NCT04528004;表 1 )。至少有四項正在進行的研究正在直接測試 COVID-19 患者的 NR,其中一些是針對具有特殊風險因素(例如高齡或急性腎損傷)的患者,其讀數包括住院率、呼吸衰竭和長期 COVID 症狀(NCT04407390, NCT04818216、NCT04573153 和 NCT04809974;表 1)。
提高 NAD+ 濃度的其他方法
另一種提高人體 NAD+ 濃度的方法是抑制消耗 NAD+ 的酶的活性。例如,由於 PARP1 是細胞中 NAD+ 的主要消耗者,因此 PARP1 抑製劑(如 olaparib)已被廣泛研究用於治療乳腺癌和卵巢癌,因為 PARP1 在 BRCA 突變時具有合成致死性。關於 COVID-19,幾種 PARP1 抑製劑 CVL218 和 stenoparib 最近被證明可以限制人類 PBMC 和肺細胞中 SARS-CoV-2 的複制和促炎細胞因子的產生。一種假設的作用機制是通過抑制 PARP1 依賴性 NAD+ 消耗。
其他 NAD+ 消耗酶的幾種抑製劑正處於臨床前開發階段,包括針對 CD38、SARM1 和 ACMSD(在從頭途徑中消耗 NAD+ 的前體)。在人類中,用天然存在的 CD38 抑製劑木犀草素治療可降低血清 TNF 和 IL-6 濃度。
NAD+ 生物合成酶的激活是另一種提高 NAD+ 濃度的策略。一種小分子 NAMPT 激活劑 SBI-797812 目前正處於心血管和代謝疾病的臨床前開發階段。最後,病毒編碼的蛋白質是干擾 NAD+ 代謝的潛在靶點:NSP3 的大結構域可以拮抗宿主 PARPs 的抗病毒活性,儘管這種活性的意義需要對 SARS-CoV-2 進行進一步研究。最近在化學篩選中發現了一些 NSP3 抑製劑,並顯示出對人類上皮細胞中基孔肯雅病毒的抗病毒特性。
結語
通過多種證據、流行病學和機制,NAD+ 代謝似乎與 SARS-CoV-2 和其他病毒的感染有關。 有必要進行進一步的研究,以更好地了解其作為干預目標的機製作用和效用(參見未決問題)。 基礎科學發現的臨床轉化是困難的,有許多抗病毒和抗炎分子的例子已經顯示出早期的希望但尚未實現。 然而,雖然人體研究仍處於早期階段,但我們對調節 NAD+ 濃度或 NAD+ 消耗酶活性的干預措施的前景感到興奮。 這種干預措施可能很快就會在我們的武器庫中佔有一席之地,以對抗當前和未來的病毒感染。
SARS-CoV-2 感染的潛在災難性影響之一是細胞因子風暴。事實上,循環促炎因子(如 IL-1、IL-6 和 TNFα)的濃度與 COVID-19 患者的 ICU 入院和死亡率密切相關。對第一個 SARS 大流行冠狀病毒 SARS-CoV 的研究表明,病毒蛋白通過增強 NF-κB 轉錄活性和促進NLRP3 炎性體的形成(圖 2)。
促進這些過程的 SARS-CoV 蛋白包括開放閱讀框 (ORF)3a、包膜蛋白 (E) 和 ORF8b。 ORF3a 通過 NF-κB 抑制亞基的 TRAF3 依賴性泛素化介導 NF-κB 活化,並介導炎性體亞基 ASC 的斑點形成,其伴隨著人類細胞中 NLRP3 炎性體的組裝。此外,ORF3a 具有驅動 K+ 流出的跨膜結構域和離子通道 (IC) 活性,這進一步促進了 NLRP3 炎性體的激活。事實上,當用表達 SARS-CoV ORF3a 的慢病毒刺激的 BMDM 用富含 K+ 的培養基處理時,IL-1β 的分泌被完全阻斷。 SARS-CoV E 蛋白還通過其細胞內活性促進炎性體活化;它在內質網 (ER)-高爾基體中間室形成脂質-蛋白質通道,產生的 Ca2+ 刺激 NLRP3 炎性體的激活。 E 蛋白還促進表達 NLRP3 炎性體的哺乳動物細胞中 IL-1β 的釋放,而缺乏離子電導的 E 蛋白突變體不能促進 IL-1β 分泌。 ORF8b 在人巨噬細胞中引起炎症小體激活,並在體外直接與 NLRP3 相互作用;此外,它可以形成蛋白質聚集體並觸發 ER 應激和溶酶體損傷,從而激活 HeLa 細胞中的炎性體。這些過程不僅促進毒力,還可能促進病毒複製。例如,對 SARS-CoV 病毒孔蛋白中包含的功能基序的比較研究表明,在受感染的小鼠中,SARS-CoV 的最大復制和毒力需要全長 E 和 ORF3a 蛋白。
與 SARS-CoV 一樣,SARS-CoV-2 也可以激活炎性體。屍檢後,在已故 COVID-19 患者的外周血單個核細胞 (PBMC) 和組織中發現了活性 NLRP3 炎症小體,同時血清 IL-18 濃度較高,這與 COVID-19 的嚴重程度相關。 SARS-CoV-2 可能通過類似於 SARS-CoV 的機制激活炎症小體。 SARS-CoV-2 ORF3a 在人體細胞中的過表達可誘導 K+ 流出、NLRP3 激活和 IL-1β 釋放。用富含 K+ 的培養基限制 K+ 流出會損害 ORF3a 觸發 NLRP3 炎性體組裝的能力,這已從免疫共沉澱 (co-IP) 測定中得到證明 [92.]。 SARS-CoV-2 N 蛋白可以直接與 NLRP3 相互作用,得到互惠 co-IP 和共聚焦顯微鏡結果的支持,從而促進細胞中炎症小體的活化和 IL-1β 的釋放。在感染腺相關病毒 (AAV)-Lung-N 的 Nlrp3+/+ 小鼠中,血清 IL-1β 濃度增加(通過 ELISA 檢測),而 Nlrp3-/ 血清中 AAV-N不誘導 IL-1β − 老鼠 [93.]。由 NLRP3 激活引起的較高細胞因子濃度表明,響應 SARS-CoV-2 感染而發生不受控制的炎症的可能性增加。
抗炎機制中的 NAD+ 消耗酶
NAD+ 可能有助於炎症的消退,並有助於限製或預防細胞因子風暴的影響;它可以通過增加 sirtuins 的活性來做到這一點(圖 2)。 SIRT1、SIRT2 和 SIRT3 均通過多種機制抑制 NF-κB 和 NLRP3 炎性體的活性。從生化的角度來看,SIRT1 與 NF-κB 物理相互作用並使其去乙酰化,從而抑制其在人類上皮細胞中的轉錄活性。 SIRT1 還通過減少氧化應激來抑制脂多醣誘導的 NLRP3 炎性體激活,正如在 shRNA 敲低 SIRT1 的人類滋養細胞中所證明的那樣。 SIRT2 直接使 NLRP3 去乙酰化並使 NLRP3 炎性體失活,如 SIRT2 KO (Sirt2--) 小鼠巨噬細胞所示。 SIRT3 通過抑制線粒體活性氧 (ROS) 的產生來介導炎症小體的激活,這可以激活 NLRP3 炎症小體。與對照相比,人類巨噬細胞中 SIRT3 的 SiRNA 消耗導致 ROS 產生和炎性體激活增加。 SIRT6 還通過 NF-κB 靶基因啟動子中的組蛋白 H3 賴氨酸 9 (H3K9) 去乙酰化促進炎症消退。然而,在病毒感染的背景下,sirtuins 對 NLRP3 炎性體的影響尚未得到廣泛研究。
我們認為,抑制 NF-κB 和 NLRP3 炎症小體活性的 NAD+ 增強劑也可能代表改善 COVID-19 炎症症狀的潛在治療方法。事實上,據報導,用 NAD+ 前體 NR 治療 24 小時可減少來自健康和禁食個體的 PBMC 中 IL-1β 的釋放和鈍化炎性體活化。 NR 還促進 SIRT1 表達,抑制 NLRP3 表達,並減少小鼠肝細胞中促炎因子 TNFα 和 IL-6 的分泌。另一種 NAD+ 前體菸酸也通過調節 NLRP3 活性來減少 2 型糖尿病囓齒動物模型(KK/HIJ 小鼠)的炎症 [26.]。然而,應該考慮到一些研究表明細胞外核苷酸(如 NAD+)也可以通過激活小鼠巨噬細胞和 T 細胞中的 P2X7 受體來促進炎症。
NAD+ 助推器在臨床上的前景
添加更多燃料
鑑於低 NAD+ 濃度可能會加劇 COVID-19 的嚴重程度,提高這種代謝物在高危人群中的水平是減輕嚴重疾病的一種潛在治療策略。提高 NAD+ 濃度的最直接方法是提供額外的前體來促進 NAD+ 合成。典型地,NAD+不能被細胞直接吸收,但它的前體可以。 NAD+ 前體菸酸、NR 和 NMN,都具有推定的轉運蛋白、高安全閾值,並且是口服生物可利用的。然而,它們的藥代動力學特徵確實有所不同,並且似乎在不同組織中將 NAD+ 濃度提高到不同程度,儘管這仍然是一個積極研究的領域。
在結構上,最接近 NAD+ 的分子是 NMN,只需一個酶促步驟即可轉化為 NAD+。在一項雙盲、安慰劑對照試驗中,NMN 被證明可以增加糖尿病前期女性的胰島素敏感性(NCT03151239;表 1)。目前正在對住院的 COVID-19 高血壓和代謝綜合徵患者進行研究,以了解其對疲勞、住院時間和病毒載量的影響(NCT05175768;表 1)。正在進行的 NMN 臨床試驗也在研究其對高血壓和運動後肌肉恢復的影響(NCT04903210 和 NCT04664361;表 1)。
NR 是從 NAD+ 中去除的兩個酶促步驟,也正在臨床研究中。在一項安慰劑對照試驗中,口服 NR 降低了炎症細胞因子 IL-2、IL-5 和 IL-6 的循環濃度 [104.](NCT02950441;表 1)。在另一項試驗中,口服 NR 降低了健康中老年人的血壓和可能的主動脈僵硬度 [105.](NCT02921659;表 1)。在撰寫本綜述時,已在臨床試驗網站上註冊了 30 多項測試 NR 的活躍研究,其中包括許多針對 COVID-19 風險因素的研究,例如血管疾病、高血壓和心力衰竭(NCT04040959、NCT03821623 和 NCT04528004;表 1 )。至少有四項正在進行的研究正在直接測試 COVID-19 患者的 NR,其中一些是針對具有特殊風險因素(例如高齡或急性腎損傷)的患者,其讀數包括住院率、呼吸衰竭和長期 COVID 症狀(NCT04407390, NCT04818216、NCT04573153 和 NCT04809974;表 1)。
提高 NAD+ 濃度的其他方法
另一種提高人體 NAD+ 濃度的方法是抑制消耗 NAD+ 的酶的活性。例如,由於 PARP1 是細胞中 NAD+ 的主要消耗者,因此 PARP1 抑製劑(如 olaparib)已被廣泛研究用於治療乳腺癌和卵巢癌,因為 PARP1 在 BRCA 突變時具有合成致死性。關於 COVID-19,幾種 PARP1 抑製劑 CVL218 和 stenoparib 最近被證明可以限制人類 PBMC 和肺細胞中 SARS-CoV-2 的複制和促炎細胞因子的產生。一種假設的作用機制是通過抑制 PARP1 依賴性 NAD+ 消耗。
其他 NAD+ 消耗酶的幾種抑製劑正處於臨床前開發階段,包括針對 CD38、SARM1 和 ACMSD(在從頭途徑中消耗 NAD+ 的前體)。在人類中,用天然存在的 CD38 抑製劑木犀草素治療可降低血清 TNF 和 IL-6 濃度。
NAD+ 生物合成酶的激活是另一種提高 NAD+ 濃度的策略。一種小分子 NAMPT 激活劑 SBI-797812 目前正處於心血管和代謝疾病的臨床前開發階段。最後,病毒編碼的蛋白質是干擾 NAD+ 代謝的潛在靶點:NSP3 的大結構域可以拮抗宿主 PARPs 的抗病毒活性,儘管這種活性的意義需要對 SARS-CoV-2 進行進一步研究。最近在化學篩選中發現了一些 NSP3 抑製劑,並顯示出對人類上皮細胞中基孔肯雅病毒的抗病毒特性。
結語
通過多種證據、流行病學和機制,NAD+ 代謝似乎與 SARS-CoV-2 和其他病毒的感染有關。 有必要進行進一步的研究,以更好地了解其作為干預目標的機製作用和效用(參見未決問題)。 基礎科學發現的臨床轉化是困難的,有許多抗病毒和抗炎分子的例子已經顯示出早期的希望但尚未實現。 然而,雖然人體研究仍處於早期階段,但我們對調節 NAD+ 濃度或 NAD+ 消耗酶活性的干預措施的前景感到興奮。 這種干預措施可能很快就會在我們的武器庫中佔有一席之地,以對抗當前和未來的病毒感染。