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新南威尔士大学研究确定出三个与NAD+缺乏症相关的新突变

澳大利亚新南威尔士大学的研究人员提出,补充NAD+前体物质与维生素B3可能有助于先天性 NAD+缺乏症的患者拥有生育健康新生儿的能力。

作者: Robert, 南京医科大学

NAD+中文名称是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,本质上是传递氢离子的辅酶之一,简称辅酶1。传递氢离子这个化学过程广泛存在于人体的生命活动中,对于一个个体来说,小到细胞的能量代谢,大到整体的新陈代谢,都离不开辅酶这种成分的参与。在每个个体诞生之初,一旦携带有关编码NAD+的基因突变,将会出现先天性的NAD+缺乏,会对胎儿心脏和骨骼的发育造成极大的影响,严重者甚至会直接导致胎儿畸形。然而对于这种疾病的发病原理,科学家们也一直还在探索之中。

澳大利亚新南威尔士大学(University of New South Wales in Australia)的生物学家Sally Dunwoodie教授及其同事,最近几年一直致力于人类基因突变的相关研究。最近他们在《人类突变》(Human Mutation)杂志上发表了一项研究,他们确定了与先天性NAD+缺乏症相关的新突变[1]。该结果为未来研究NAD+合成途径的调控,提供了强有力的科学依据。在未来,随着对NAD+合成途径的进一步完善,缺乏NAD+的人群可以得到及时的补充,那么NAD+缺乏症的家庭生育健康的宝宝,也会从美梦变成现实。

NAD+对于新个体的生长发育至关重要

一个生命想要延续,需要辅酶每时每刻发挥作用。在简单的一呼一吸之间,NAD+就已经参与完成了成百上千种细胞反应,因此,NAD+与个体的生长发育密不可分。如果胎儿患有遗传性的NAD+缺乏症,将会对心脏、肾椎骨和肢体的发育造成不可逆的伤害,严重时甚至可以引发胎儿的多器官畸形。

随着三胎政策的实施,生育的高峰也随之到来,尽可能的使每一个胎儿可以健康的生长发育,成为了国家和社会所关心的重点。然而在目前的产前检查项目中,并不包含NAD+缺乏症的相关检查,这代表着一旦胎儿携带有关编码NAD+的基因突变,在历次的产检过程中无法被及时发现,并且因为携带突变而导致患有NAD+缺乏症的胎儿,在其自身的生长过程中,容易产生多器官的畸形,甚至进展为不可逆的损伤。因此,有关NAD+缺乏症的研究,是目前医学领域亟待攻克的难题,也是各个领域的医学工作者们研究的热点话题。

新突变位点的发现给NAD+缺乏症的治疗带来新方向

随着现代科学技术的迅速发展,生物学家们对于NAD+缺乏症的研究更加深入,早已不仅仅局限于蛋白质水平,而是进行了更深层次的分子水平的研究。但是长期以来,被发现的导致先天性NAD+缺乏症的DNA突变是屈指可数的,即使是已知的基因突变,也并没有完全了解这些突变是如何影响人类的生长发育。最近,澳大利亚新南威尔士大学的Sally Dunwoodie团队对于这一疾病的研究取得了突破性的进展,确定了三种与该疾病相关的基因突变,分别是Kynu、Haao、和Nadsyn1,并对DNA突变影响人体生长发育的机制做了相关阐述。

Dunwoodie教授与他的同事选取来自不同家庭的七名患者作为样本,研究结果表明,这些患者在Kynurenine蛋白途径中具有新的突变,尤其是编码蛋白质合成相关酶的两种基因:Haao和Kynu。

其中三名患者具有酶Haao的突变,患者均表现出与之前公布的患者一致的身体缺陷:心脏、椎骨、四肢和肾脏的畸形。另外四名患者则表现出肢体、心脏以及面部异常的特征,例如眼距较宽,短颈和宽鼻子。这些都是先天性NAD+缺乏症患者标志性的临床表现。

酵母与人类具有相同的NAD+合成途径酶,为了进一步验证研究结果,研究团队将突变通过基因工程插入酵母中。通过监测酵母的生长情况及NAD+的产生水平,来反映突变对于人体生长发育的影响。监测结果表明具有Kynu突变的酵母与健康无突变的酵母相比,NAD+的水平至少降低57%,生长发育水平也显著降低。不仅如此,突变引起的酵母中NAD+合成受损越严重,观察到的患者畸形程度相应也会较严重。

这一新的发现,从分子水平上初步阐释了NAD+缺乏症患者的发病机制(详见图1),为这类疾病的研究开拓出新的思路,更让无数患者感到治愈的希望。

图1:NAD的从头合成途径及突变基因所影响的位置

患有NAD+缺乏症的孕妇补充NAD+前体物质与维生素B3可能会降低婴儿畸形的发病率

生物学家Dunwoodie及其同事在研究中还发现,患有NAD+缺乏症的孕妇如果在怀孕期间补充适当的NAD+前体和维生素B3,将会大幅度降低婴儿畸形的发病率。这可能与维生素B3参与NAD+合成过程有关[3],详见图2。

图2:维生素B3衍生物

与此同时,合成NAD+中的关键酶也引起了科学家们的关注,基因突变会引起合成NAD+关键酶的缺失或功能异常。这为疾病的研究提供了新的思路,研究人员表示,可以通过研究这些合成酶的功能来研发新的治疗方案。如果能够恢复关键酶的正常功能,那么NAD+的水平自然也将回归正常,患者因为NAD+缺乏导致的症状也会得到相应的控制。

最新的研究结果标志着在分子水平上对于NAD+缺乏症的研究,已经进入了新的时期。无数的患者从中看到了新的希望,相信在不久的将来,NAD+缺乏症家庭抚育健康的宝宝将会变为现实。

参考文献

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4. Shi Hongjun., Enriquez Annabelle., Rapadas Melissa., Martin Ella M M A., Wang Roni., Moreau Julie., Lim Chai K., Szot Justin O., Ip Eddie., Hughes James N., Sugimoto Kotaro., Humphreys David T., McInerney-Leo Aideen M., Leo Paul J., Maghzal Ghassan J., Halliday Jake., Smith Janine., Colley Alison., Mark Paul R., Collins Felicity., Sillence David O., Winlaw David S., Ho Joshua W K., Guillemin Gilles J., Brown Matthew A., Kikuchi Kazu., Thomas Paul Q., Stocker Roland., Giannoulatou Eleni., Chapman Gavin., Duncan Emma L., Sparrow Duncan B., Dunwoodie Sally L.(2017). NAD Deficiency, Congenital Malformations, and Niacin Supplementation. N Engl J Med, 377(6), 544-552. doi:10.1056/NEJMoa1616361

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