曾在1983年世界杯中上演“上帝之手”和“世纪进球”的阿根廷传奇球星马拉多纳,于2020年11月突发心脏病去世。然而噩耗连连,时隔13个月后,马拉多纳的亲弟弟雨果也因心脏病于近日与世长辞,享年仅52岁。两兄弟的相继离世,不仅让世人抱憾,也为大家敲响了关注心脏健康的警钟。
2019年世卫组织公布了2000-2019年的全球十大死因,其中缺血性心脏病“稳居”第一,因此被冠以“头号杀手”之称。(图1)。
缺血性心脏病又被称之为冠心病,包括猝死、心梗、心衰等,主要原因为心脏供血不足,而当流向心脏的血流停止(缺血)后重新灌注心脏时,会导致严重的心肌损伤,从而产生致命性损害。研究表明[2],衰老是发生缺血性心脏病的相关因素,其会减弱缺血损伤后心肌功能的恢复。然而令医生更加头疼的是,衰老还会导致心脏病患者对常规治疗产生抵抗作用。因此,如何找到更适合老年患者的心脏保护方法,成为了众多科学家的研究热点。
一位来自于伊朗大不里士医科大学(Tabriz University of Medical Sciences)的Hosseini教授发现了一种潜在的心脏保护方法,即联合β-烟酰胺单核苷酸(Nicotinamide mononucleotide,NMN)和褪黑素可通过提高心脏细胞内NAD+水平和改善线粒体功能,来减少患有心肌缺血/再灌注损伤老年大鼠的心梗面积,提高心功能,从而保护心脏。目前该研究已发表于《心血管药理学和治疗学杂志》(Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapeutics)[3]上。
褪黑素、NMN与心脏间的联系
褪黑素常用于改善睡眠,因其具有抗炎、抗氧化能力而被广泛应用。已有研究表明[4],褪黑素对年轻动物具有心脏保护作用,并对线粒体活性产生积极影响。此外,随着年龄的增长,心血管疾病负担的增加亦与褪黑素水平降低有关。因此,褪黑素已成为保护心脏的潜在方式,但其是否能够恢复老年心脏细胞功能仍然未知。
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)是细胞代谢过程的重要辅助因子,在能量产生中起主导作用。但随着年龄增长和心脏损伤,NAD+水平逐渐下降,同时线粒体能量产生减少,因此NAD+也是衰老和心脏细胞功能的相关因子。而NMN作为 NAD+ 直接前体,是否可以保护老年心脏细胞功能仍需探索。
基于这两种物质在衰老和心脏中既有效又有限的作用,Hosseini教授便着眼于将二者联合,来探究其对衰老大鼠心肌缺血/再灌注损伤后心功能、线粒体功能有何影响(图3)。
强强联合:NMN和褪黑素可保护老年鼠心脏,提高心功能
在老年鼠造成心肌缺血/再灌注损伤之前,Hosseini等人给这些鼠每隔一天注射一次 NMN (100 mg/kg/d),持续 28 天。随后Hosseini等人从大鼠身上分离出心脏,并按照图4进行心肌缺血/再灌注损伤的建模,并将褪黑素添加到心脏泵送的血液中。在血液再灌注45分钟和60分钟时对心脏组织进行相关检测。
结果显示,对照组中造成心肌缺血/再灌注损伤老年鼠的左心室舒张末期压显著升高(图5A),心收缩力显著下降(图5B),而单独使用褪黑素和NMN均减弱了这两方面的影响,且二者联用减弱效果可叠加,甚至在末期恢复了与正常老年鼠相似的心收缩力。这说明,NMN和褪黑素可显著提高心功能。
联用NMN和褪黑素可减少老年鼠的心肌损伤
乳酸脱氢酶增加和心肌梗死面积是心肌损伤的显著指标。因此,Hosseini等人对其也进行了检测。
结果显示,与假手术组相比,对照组心脏乳酸脱氢酶和心肌梗死面积均显著增加,但单独使用褪黑素和NMN显著减少了乳酸脱氢酶的释放和梗死面积,而二者联用的效果更好(图 6)。
线粒体和NAD+是NMN和褪黑素发挥心脏保护的关键
上述研究结果证实了NMN和褪黑素可保护心脏,但尚不清楚二者是通过何种途径发挥的。因此,结合之前的研究,Hosseini等人对这两者的相关因子进行了探究,包括NAD+水平和线粒体功能的变化。
结果显示,与假手术组相比,受损的心肌细胞中NAD+含量显著下降(图7A),线粒体产生ROS(代表氧化)增多(图7B),但在缺血前单独或与褪黑素联合使用 NMN 时可有效抑制这两种因子的变化。这说明,线粒体功能和NAD+水平的变化可能是NMN和褪黑素发挥心脏保护的关键,而这两者的相辅相成,使这种有利的保护作用得到了放大。
心脏之于人体,就好像汽车的发动机,一旦发生问题,汽车便停止工作,生命便受到威胁。而Hosseini等人的研究为老年人找到了一个保护心脏的潜在策略,即利用NMN与褪黑素的协同作用,来有效减少心肌损伤,保护心脏。然而,未来还需进一步研究这其中具体的作用机制。
由于NAD+是参与多种生理过程的关键辅助因子,因此Hosseini等人还建议,未来可不止局限于心脏,在其他衰老器官缺血前使用NAD+的直接前体NMN,或许也可改善细胞的不良改变,防止血管功能障碍并增强细胞的抗氧化能力等,或许NMN在保护其他器官方面也可大放异彩。