心脑血管

伊朗研究表明,NAD+前体联合褪黑素可有效保护心脏

《心血管药理学和治疗学杂志》发表的文章称,NMN联合褪黑激素可通过减少心肌损伤、改善心功能来保护心脏。

作者: Isabella, 哈尔滨医科大学

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)。

图1 世界卫生组织(WHO)发布了《2019年全球卫生估计报告》,其中心脏病为“头号杀手”。
图1 世界卫生组织(WHO)发布了《2019年全球卫生估计报告》[1],其中心脏病为“头号杀手”。

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。

图2 《心血管药理学和治疗学杂志》发表的文章称,褪黑素和NMN通过调节线粒体功能和血流动力学参数减轻老年大鼠心肌缺血/再灌注损伤。
图2 《心血管药理学和治疗学杂志》发表的文章称,褪黑素和NMN通过调节线粒体功能和血流动力学参数减轻老年大鼠心肌缺血/再灌注损伤。

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)。

图3 褪黑素、NMN与心脏间的作用探索
图3 褪黑素、NMN与心脏间的作用探索

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。

图4 心肌缺血/再灌注损伤的建模实验流程
图4 心肌缺血/再灌注损伤的建模实验流程
其中假手术组为正常老年鼠,持续灌注105分钟;对照组、NMN组局部缺血30分钟,再灌注45、60分钟;褪黑素组、NMN+褪黑素组先局部缺血30分钟,而从再灌注开始前5分钟开始给予褪黑素,再灌注45、60分钟。再灌注45分钟时进行生化和线粒体分析(n=6),再灌注60分钟时评估梗死面积(n=6)。

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。

图5 NMN和褪黑素可保护老年大鼠心脏,提高心功能
图5 NMN和褪黑素可保护老年大鼠心脏,提高心功能
其中左心室舒张末期压越低,代表腔静脉血压回流入心脏越好,加之心收缩力越强,代表心功能越好。

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)。

图6 NMN和褪黑素可减少老年鼠的心肌损伤
图6 NMN和褪黑素可减少老年鼠的心肌损伤
乳酸脱氢酶和梗死面积是评价心肌损伤的重要指标。

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。

图7 线粒体和NAD+是NMN和褪黑素发挥心脏保护的关键
图7 线粒体和NAD+是NMN和褪黑素发挥心脏保护的关键

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。

参考文献

[1] WHO reveals leading causes of death and disability worldwide: 2000-2019. Retrieved Dec 10, 2020, from https://www.who.int/news/item/09-12-2020-who-reveals-leading-causes-of-death-and-disability-worldwide-2000-2019

[2] Liu M, Zhang P, Chen M, et al. Aging might increase myocardial ischemia/reperfusion-induced apoptosis in humans and rats. Ageing.2012; 34 (3):621-63

[3] Hosseini L, Vafaee MS, Badalzadeh R. Melatonin and Nicotinamide Mononucleotide Attenuate Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury via Modulation of Mitochondrial Function and Hemodynamic Parameters in Aged Rats. J Cardiovasc Pharmacol Ther. 2020May;25(3):240-250

[4] Rodriguez AD, Gonzalez PA, Arroyo EU, Reiter RJ. Decreased level of melatonin in serum predicts left ventricular remodeling after acute myocardial infarction. J Pine Res. 2012;53(3): 319-32

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