《Science》研究表明：补充 NAD + 改善干细胞功能，与干细胞成抗衰老良方

随着年龄的增长，我们的身体会逐渐出现各种变化，皮肤变得松弛、免疫力下降、体力大不如前……这些现象的背后，其实都与一个关键因素有关——干细胞功能衰退。干细胞是一类具有自我更新和分化能力的特殊细胞，它们就像身体的“维修工”，不断为身体补充新的细胞，维持组织和器官的正常功能 。在皮肤中，干细胞可以分化成新的皮肤细胞，保持皮肤的弹性；在造血系统中，干细胞能产生各种血细胞，维持正常的免疫功能和氧气运输。

然而，岁月不饶人，干细胞也会受到衰老的影响。成年干细胞在衰老过程中会出现功能衰退，这种现象被称为干细胞衰老 。干细胞衰老后，它们的自我更新能力和分化能力都会下降，就像“维修工”渐渐失去了工作能力，无法及时有效地修复身体组织。这会导致组织的稳态失衡，再生能力降低，各种与衰老相关的问题也随之而来。

以骨骼肌为例，骨骼肌的稳态和再生依赖于肌肉干细胞（MuSCs） 。在肌肉受损时，MuSCs会被激活，增殖并分化成新的肌细胞，修复受损的肌肉纤维。但随着年龄的增长，MuSCs的数量和功能都会下降。在老年小鼠中，MuSCs对肌肉损伤的反应变得迟钝，导致肌肉再生能力减弱。这就是为什么老年人受伤后，肌肉恢复的速度比年轻人慢很多，而且更容易出现肌肉萎缩等问题。

那么，是什么原因导致了干细胞的衰老呢？研究发现，线粒体功能障碍在其中起着重要作用。线粒体是细胞的“能量工厂”，负责产生细胞所需的能量（ATP） 。在衰老过程中，线粒体的功能会逐渐下降，这会影响细胞的正常代谢和功能。有研究表明，线粒体功能障碍与干细胞衰老之间存在密切联系，它可能是导致干细胞衰老的重要原因之一。而NAD⁺作为细胞代谢中的关键辅酶，与线粒体功能密切相关。

NAD⁺与细胞代谢

NAD⁺，全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，参与了细胞内众多的代谢反应，尤其是在能量代谢过程中，它扮演着不可或缺的角色。在细胞呼吸过程中，NAD⁺就像一个“搬运工”，帮助传递电子，参与氧化磷酸化过程，最终产生ATP为细胞供能 。它还参与了细胞内的其他重要代谢途径，如脂肪酸氧化、糖酵解等，对维持细胞的正常代谢起着关键作用。

除了在代谢反应中发挥作用，NAD⁺还具有重要的信号传导功能，它可以调节细胞的多种生理过程 。NAD⁺可以激活sirtuin家族的去乙酰化酶，这些酶参与了细胞的衰老、凋亡、应激反应等过程的调控。研究发现，随着年龄的增长，细胞内的NAD⁺水平会逐渐下降。这就好比汽车的汽油越来越少，细胞的各种功能也会受到影响。NAD⁺水平的下降会导致线粒体功能障碍，进而影响细胞的能量代谢和其他生理功能。在衰老的细胞中，NAD⁺水平的降低会使线粒体的呼吸功能受损，无法产生足够的能量，细胞的活力也会随之下降。

既然NAD⁺对细胞功能如此重要，而且在衰老过程中其水平会下降，那么补充NAD⁺是否能够改善细胞功能，延缓衰老呢？这正是许多科学家关注的问题。而烟酰胺核糖（NR）作为NAD⁺的前体物质，可以在体内转化为NAD⁺，为提高细胞内NAD⁺水平提供了一种可能的途径。

实验揭秘NR的功效

为了探究NR对干细胞功能和衰老的影响，早在2016年，科学家们就开展了一些实验，实验结果发表在《Science》上。

研究人员首先聚焦于肌肉干细胞（MuSCs）。他们发现，从老年小鼠分离出的新鲜MuSCs中，NAD⁺的含量明显低于年轻小鼠 。这一现象暗示着，NAD⁺水平的下降或许与MuSCs的衰老存在紧密联系。随后，研究人员给老年小鼠投喂NR，进行了为期6周的干预实验。结果令人惊喜，NR显著提升了老年小鼠MuSCs内的NAD⁺浓度 。不仅如此，NR处理后，老年小鼠肌肉中MuSCs的数量明显增加。

对 1 月龄（年轻）和 22 - 24 月龄（老年）C57BL/6J 小鼠进行 6 周 NR 饮食补充实验。这些结果综合表明，衰老的 MuSCs 存在线粒体功能障碍，NR 处理有一定改善作用。

为了验证NR对肌肉功能的影响，研究人员对小鼠进行了一系列体能测试。他们发现，经过NR处理的老年小鼠，在最大跑步时间、跑步距离以及肢体抓握力量等方面都有显著提升 。这表明NR不仅增加了MuSCs的数量，还切实增强了肌肉的功能。打个比方，就像是给一辆老化的汽车换上了新的高性能零件，让它重新焕发活力。

肌肉再生能力是衡量肌肉健康的重要指标。研究人员通过用心脏毒素（CTX）诱导小鼠肌肉损伤，来观察NR对肌肉再生的影响。结果显示，NR处理加速了老年小鼠和年轻小鼠的肌肉再生进程 。在老年小鼠中，NR处理后，PAX7染色的MuSCs数量增加，这意味着更多的干细胞被激活参与到肌肉修复中。而且，NAD⁺补充还改善了老年MuSCs的干性，表现为MyoD1和PAX7双阳性与PAX7阳性肌纤维的比例降低，这表明MuSCs的分化更加有序，更有利于肌肉的再生 。

PAX7 和层粘连蛋白免疫染色的胫骨前肌（TA）代表性图像，箭头指示 PAX7 阳性的 SCs，NR 处理增加了老年小鼠 TA 肌肉中 PAX7 阳性 MuSCs 的数量。

那么，NR究竟是如何发挥作用的呢？研究人员深入探究后发现，NR能够抑制MuSCs的衰老。他们通过对新鲜分离的MuSCs进行免疫染色，发现老年小鼠MuSCs中γH2AX（一种DNA损伤标记物）染色的细胞核数量较多，而NR处理后，这一数量显著减少。

这说明NR能够减少MuSCs中的DNA损伤，从而抑制细胞衰老。通过单细胞凝胶电泳（彗星）试验和β - 半乳糖苷酶（β - Gal）染色等经典衰老标记检测方法，研究人员进一步证实了NR对MuSCs衰老的抑制作用。不仅如此，NR处理还增强了老年小鼠MuSCs形成肌源性集落的能力，这表明其自我更新能力得到了提升。

老年小鼠 MuSCs 中 γH2AX 染色的细胞核更多，NR 处理后染色减少，表明 NR 可降低 MuSCs 的 DNA 损伤。

从分子机制层面来看，NR处理老年小鼠的MuSCs后，CDKN1A及相关促炎蛋白的mRNA丰度降低，而细胞周期基因的表达增加 。这一变化表明，NR能够调节细胞周期相关基因的表达，促进MuSCs的增殖，同时减少炎症相关蛋白的表达，减轻细胞的炎症状态。NR还增加了参与三羧酸（TCA）循环和氧化磷酸化（OXPHOS）基因的表达 ，这意味着线粒体代谢得到了改善。

研究人员运用蛋白质组学技术SWATH - MS，对不同条件下MuSCs中的蛋白质表达进行了量化分析。结果显示，老年动物MuSCs中参与OXPHOS和线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）的蛋白质数量显著减少，而NR补充后，这些蛋白质的总体数量增加 。这一系列实验结果表明，NR通过改善线粒体功能，抑制了MuSCs的衰老。

通过 SWATH - MS 技术分析不同饮食组小鼠 MuSCs 的蛋白质丰度，老年小鼠中 OXPHOS 和 UPRmt 相关蛋白减少，NR 处理后增加。

为了进一步验证NR对MuSC衰老的保护作用是否依赖于线粒体功能，研究人员构建了一种tamoxifen诱导的SIRT1（一种NAD⁺依赖的去乙酰化酶，可增加线粒体生物发生）MuSC特异性敲除小鼠（SIRT1MuSC−/−） 。实验发现，在SIRT1MuSC−/−小鼠中，NR对肌肉再生的有益作用明显减弱，同时，敲除SIRT1也阻断了NR对MuSC激活和衰老的有益影响。这充分说明，NR通过改善线粒体功能抑制MuSC衰老的过程，在很大程度上依赖于SIRT1。

除了MuSCs，研究人员还发现NR对其他类型的干细胞也有积极作用。在神经干细胞（NSCs）方面，NR处理老年小鼠后，NSCs的增殖能力明显增强，这通过5 -乙炔基- 2-脱氧尿苷（EdU）和抗原Ki - 67染色得以证实 。NR还诱导了神经发生，表现为双皮质素（DCX）染色增加。在海马体的齿状回和脑室下区，都能观察到这些积极的变化。对于黑素细胞干细胞（McSCs），NR同样发挥了重要作用。在老年小鼠的毛囊中，NR处理增加了McSCs的数量，表现为c - KIT和TRP2（已知的McSC标记物）的表达增加。

NR 处理增加了 Ki67 和 DCX 阳性 NSCs 的数量，表明促进了 NSC 增殖和神经发生。

最令人振奋的是，研究人员发现NR处理能够延长小鼠的寿命。给C57BL/6J小鼠投喂NR后，其平均寿命有所延长（普通饮食组平均寿命为829±12.0天，NR处理组为868±12.4天，P = 0.034） 。尽管寿命延长的幅度相对较小，但考虑到NR是在小鼠24个月大（相当于人类的老年阶段）才开始投喂的，这一结果仍然具有重要意义。它表明，衰老的过程可能部分源于干细胞中NAD⁺稳态的失调，而补充NR有望成为一种延缓衰老的有效策略。

NR 改善了 NSC 和 McSC 功能，并延长了老年小鼠寿命。

深入探索NR的作用机制

NR发挥如此神奇的功效，其背后的作用机制是什么呢？研究人员发现，NR能够激活线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）和抑制素（prohibitin）信号通路。抑制素是一类应激反应蛋白，在哺乳动物的成纤维细胞中，它能够感知线粒体应激并调节衰老；在酵母中，它有助于维持复制寿命；在缺乏成体干细胞的蠕虫中，它能够促进寿命延长。在本研究中，研究人员发现老年MuSCs中抑制素Phb和Phb2的表达降低，而NR处理能够增加C2C12成肌细胞中抑制素蛋白的表达，以及老年小鼠MuSCs中转录本的表达 。

不仅如此，NR处理还能同时增加UPRmt和细胞周期标记物的表达。有趣的是，过表达抑制素，即使在没有NR的情况下，也能增加UPRmt和细胞周期蛋白的表达。而当抑制素被敲低后，NR处理对UPRmt和细胞周期蛋白表达的改善作用就消失了。

这充分表明，NR对抑制素信号通路存在依赖性。研究人员通过体内实验进一步验证了抑制素对细胞周期蛋白的调节作用以及对MuSC功能的影响。他们通过肌肉注射shPhb慢病毒使Phb（抑制素的一种）在体内耗尽，结果发现，在CTX诱导的肌肉再生7天后，注射shPhb慢病毒的小鼠肌肉再生受损，MuSC数量减少 。这表明抑制素在维持MuSC功能和促进肌肉再生中起着不可或缺的作用，而NR正是通过激活抑制素信号通路来发挥其对MuSCs的保护作用的。

从更宏观的角度来看，细胞内NAD⁺水平的下降会削弱适应性UPRmt通路，最终导致线粒体稳态失衡，同时伴随着MuSCs数量和自我更新能力的下降 。而补充NR提高了MuSCs中NAD⁺的浓度，激活了UPRmt通路，刺激了线粒体应激传感器和效应器——抑制素家族，从而恢复了对蛋白毒性应激的抵抗能力。这一系列反应改善了线粒体的稳态，保护了MuSCs免受衰老的影响，进而维护了老年小鼠的肌肉功能 。

NAD⁺补剂的未来

科学研究为我们揭示了NAD⁺和NR在调节干细胞功能和延缓衰老方面的重要作用，为开发新的抗衰老策略提供了坚实的理论基础 。从理论上讲，通过补充NAD⁺前体（如NR）来提高细胞内NAD⁺水平，有望成为一种有效的抗衰老方法。它不仅可以改善肌肉功能，还能对神经干细胞和黑素细胞干细胞产生积极影响，甚至延长动物的寿命。

目前，市场上已经出现了一些NAD⁺补充剂产品，吸引了众多消费者的关注。但在将这些研究成果应用于人类之前，还面临着诸多挑战。虽然在小鼠实验中NR展现出了良好的效果，但小鼠和人类在生理结构和代谢过程上存在差异，不能简单地将小鼠实验结果直接推广到人类身上 。我们需要更多的临床试验来验证NR对人类干细胞功能和衰老的影响，确保其安全性和有效性。NAD⁺补充剂的最佳剂量、使用方式以及长期效果等问题也需要进一步研究。不同个体对NR的反应可能存在差异，如何制定个性化的补充方案也是未来研究的重点之一。

NAD⁺补充剂的生产成本和市场监管也是需要解决的问题。目前，一些NAD⁺补充剂价格较高。未来需要进一步优化生产工艺，降低成本，提高产品的可及性。加强市场监管，规范产品质量和宣传，避免虚假宣传误导消费者，也是保障消费者权益的重要措施。

尽管面临挑战，但NAD⁺补充剂的研究前景依然广阔。随着科学技术的不断进步，未来能够更加深入地了解NAD⁺和NR的作用机制，将这一研究成果更好地应用于人类健康领域。