Cell Metab：肌肉无力真是NAD不足惹的祸？科学家揭示骨骼肌NAD耗竭不损害功能及衰老机制

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烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）是一种普遍存在的电子载体，对能量代谢以及许多调节蛋白的翻译后修饰至关重要。NAD代谢的失调普遍被认为对健康有害，其中NAD的耗竭通常被认为与衰老有关。然而，细胞内的NAD浓度在何种程度上下降才不会产生不良后果仍不清楚。

基于此，2025年5月1日，哥本哈根大学Jonas T. Treebak研究团队在Cell Metabolism杂志发表了“NAD depletion in skeletal muscle does not compromise muscle function or accelerate aging”，揭示了骨骼肌中的NAD耗竭不会损害肌肉功能或加速衰老。即使肌肉NAD⁺水平显著降低，肌肉的结构、代谢以及线粒体功能依然保持正常，表明NAD的减少并不驱动与年龄相关的肌肉衰退。

为了研究这一问题，作者构建了一种小鼠模型，在该模型中，成年小鼠骨骼肌中由烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）介导的NAD⁺合成被中断。这种干预导致肌肉中NAD⁺含量减少了85%，但组织的完整性和功能性仍然保持不变。具体表现为肌肉形态、收缩能力和运动耐受性均未受到影响。此外，终生的NAD耗竭并未加速肌肉衰老或损害全身代谢。综上所述，这些发现表明NAD的减少并不导致骨骼肌功能随年龄相关的衰退。

图一 Nampt敲除会改变NAD代谢，但不会破坏基础的全身代谢和肌肉功能

NAMPT催化烟酰胺转化为烟酰胺单核苷酸。在成熟的骨骼肌中诱导性敲除Nampt基因导致NAMPT以及NAD⁺、NADH、NMN和其他与NAD相关的代谢物显著减少。尽管如此，线粒体中参与NADP合成的酶NAD激酶2和NADPH产生的NAD(P)转氢酶并未出现代偿性上调，而负责由烟酰胺核糖生成NMN的酶烟酰胺核糖激酶2则表达上调。同时，肌肉中的NR水平及其转运体的表达均未发生变化。然而不能排除烟酰胺核糖激酶2在维持NAD⁺水平中的作用。腺苷二磷酸核糖和烟酰胺的水平分别降低了60%和80%。这可能是因为烟酰胺通过非甲基化途径的外排增加，并进一步降解为甲基吡啶类物质，但未观察到烟酰胺N-甲基转移酶的上调。为了评估NAD耗竭是否引发类似衰老的肌肉表型，作者评估了肌肉的形态和功能。尽管NAD水平较低，小鼠的胫骨前肌纤维仍保持正常的结构和大小。趾长伸肌和腓肠肌在单次收缩和强直收缩中的力量输出在实验组和野生型小鼠之间没有差异。然而，在重复强直收缩过程中，实验组的趾长伸肌肌肉表现出更强的力量恢复能力，提示其疲劳程度降低，这可能与糖原含量升高有关。总体而言，尽管NAD被耗竭，肌肉结构和收缩功能仍然保持正常。鉴于骨骼肌在代谢中的重要性，作者进一步检测了全身生理状况。实验组和野生型小鼠在体重和身体组成以及代谢标志物方面无明显差异。间接测热法显示，呼吸、活动量和摄食行为在不同基因型之间无显著差异。呼吸交换率也保持不变，说明底物氧化功能正常。昼夜能量消耗波动和活动模式也未受影响，证实NAD耗竭不会损害全身代谢。

图二 尽管在急性运动时的代谢反应有所改变，iSMNKO小鼠仍保持完整的运动能力

运动能够激活肌肉的氧化代谢，并对全身能量需求产生显著压力。为了评估运动表现，作者监测了小鼠的自主跑轮活动。两种基因型小鼠在跑步频率、速度和距离方面相似，能量消耗也没有差异。高强度跑步机测试，包括力量测试和递增最大运动测试，显示实验组和对照组小鼠的表现相当。然而，实验组小鼠在力量测试后的乳酸水平升高。尽管如此，最大摄氧量及相关参数保持不变，这证实骨骼肌中NAD的减少并不损害运动耐受能力。在中等强度运动后，实验组小鼠表现出更高的血液乳酸水平，尽管两种基因型的乳酸水平都出现了类似的增长。在静息状态下，实验组股四头肌的糖原含量高出20%，但在运动过程中，葡萄糖摄取和糖原利用与对照组相当。实验组肌肉中AMP水平升高，表明其能量压力更大，但AMPKγ1或γ3复合体的活性没有变化。此外，AMPK-γ1/γ3的动态变化与NAD的可用性无关，在运动结束时活性相似，并在运动后20分钟恢复到基础水平。AICAR是一种药理学上的AMPK激活剂可通过AMPK-γ3依赖的方式增加肌肉葡萄糖摄取。为了进一步研究在低NAD条件下AMPK-γ3复合体的激活情况，作者评估了AICAR在实验组小鼠中降低血糖的能力，但未发现两种基因型之间存在差异。在肌肉收缩过程中，实验组骨骼肌利用了更多的糖原。肌肉糖原在一次运动后迅速恢复。在实验组和对照组中，股四头肌和腓肠肌的糖原在20分钟内几乎完全恢复，而肝脏则没有这种变化。为了评估一小时中等强度运动后的全身葡萄糖氧化情况，作者使用了均匀标记的¹³C葡萄糖，并结合稳定同位素分析仪和间接测热法进行检测。在静息状态下，¹³C标记的CO₂释放率没有差异；但在运动后仅在实验组中下降，表明其葡萄糖氧化减少，而在恢复期间糖原合成速率更高。然而，这并未影响运动后数小时至数天内的呼吸交换率和能量消耗。为了进一步研究实验组小鼠肌肉糖原代谢的调控机制，作者采用了坐骨神经电刺激诱发的在体肌肉收缩方法，以精确控制收缩的时间和强度。在实验组和对照组的小鼠趾长伸肌和胫骨前肌中，收缩导致的糖原下降程度相似。然而，实验组肌肉平均利用了约50%更多的糖原。肝脏和腓肠肌的糖原储备未受影响。接着，作者评估了在收缩后恢复期间是否出现葡萄糖摄取增加。在四个被检测的肌肉群中有三个在基因型之间葡萄糖转运量无差异。但在趾长伸肌中，实验组的葡萄糖摄取高于对照组。为了直接评估糖原含量及其再合成速率，作者测量了放射性标记葡萄糖整合到糖原中的情况。虽然两种基因型的糖原再合成速率相似，但实验组肌肉在收缩后30分钟内未能恢复到收缩前的水平。总体来看，这些数据表明实验组小鼠的基础肌肉糖原水平较高，并且在收缩过程中被更大量地消耗。然而，收缩后几分钟内的糖原合成速率并未受到肌肉NAD降低的限制。综上所述，糖原供应增加可能是实验组肌肉的一种适应机制，使其能够在NAD减少的情况下维持正常功能。

图三 衰老对肌肉功能的影响与肌肉中NAD的含量无关

对成年iSMNKO小鼠的全面分析表明，肌肉中NAD的耗竭是可以被良好耐受的，对肌肉功能、运动能力和代谢健康均无不良影响。然而，慢性NAD缺乏是否会加剧与年龄相关的功能衰退仍有待明确。为此，作者进一步研究了老年iSMNKO小鼠，结果显示，两种基因型小鼠的体重和身体组成相似均主要通过脂肪和自由液体含量增加而增重。尽管衰老使野生型小鼠股四头肌中的NAD⁺水平下降了10%，但在iSMNKO小鼠中NAD水平保持不变。在NAD衍生的代谢物中，只有ADPR随着年龄增长而减少，并且在iSMNKO肌肉中始终处于较低水平。相应地，无论年龄如何，iSMNKO肌肉中ADP-核糖化蛋白的含量均降低，提示NAD裂解型ADP-核糖基转移酶活性较低。相反，部分由NAD依赖性脱酰酶调控的全局蛋白乙酰化水平则保持不变。为了评估代谢调控情况，作者进行了口服葡萄糖耐量试验（OGTT）。老年小鼠表现出轻微升高的空腹胰岛素水平和适度降低的空腹血糖浓度。两种基因型小鼠在葡萄糖负荷后的血糖和胰岛素反应相似。值得注意的是，老年小鼠表现出更好的葡萄糖耐量，表现为更低的血糖峰值和曲线下面积（AUC），这可能与胰岛素分泌增强有关，这一现象也与以往研究结果一致。这种趋势在老年雌性小鼠中同样存在，说明血糖调节是通过轻度高胰岛素血症实现的，且不受肌肉NAD含量的影响。代谢评估显示，两个基因型的老年小鼠呼吸交换率（RER）降低，能量消耗（EE）增加，但摄食行为和累计活动量无明显差异。尽管在黑暗期行走距离随年龄增长而减少，整体活动模式在各组之间相似。为了评估自主运动行为，作者给予动物自由使用跑轮的机会。结果显示，老年小鼠的跑步量显著低于年轻小鼠，但在跑步距离、速度或净运输成本方面没有基因型之间的差异。综上所述，即使在衰老过程中，骨骼肌中长期的NAD缺乏也并未引发明显的功能恶化或代谢紊乱，提示NAD水平的降低并不必然导致与年龄相关的肌肉功能衰退。

图四 全文摘要总结

总结

骨骼肌中的NAD耗竭并不会损害组织完整性和功能，也不会加速衰老，这一点在一个肌肉NAD⁺水平下降85%的小鼠模型中得到了证实。肌肉结构、代谢和线粒体功能均未受到影响，表明NAD的减少并不是导致与年龄相关的肌肉功能衰退的原因。

文章来源

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2025.04.002