初識(shí)輔酶Ⅰ：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量代謝必需輔酶

1904年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Sir Arthur Harden發(fā)現(xiàn)一種物質(zhì)在酵母發(fā)酵中具有重要作用，并將其命名為輔酶Ⅰ。這是人類歷史上首次發(fā)現(xiàn)的輔酶類物質(zhì)，比輔酶Q10的發(fā)現(xiàn)足足早了53年。限于技術(shù)原因，直到20世紀(jì)20年代，Hans von Euler-Chelpin成功從酵母提取物中分離出輔酶Ⅰ，并發(fā)現(xiàn)其二核苷酸的基本結(jié)構(gòu)，大大加速了它的研究進(jìn)展。20世紀(jì)30年代，OttoWarburg和Christian發(fā)現(xiàn)了輔酶Ⅰ可以將氫離子轉(zhuǎn)移到其它分子物質(zhì)上，在氧化還原反應(yīng)中具有重要作用，正式拉開(kāi)輔酶Ⅰ生理功能研究的序幕。

輔酶Ⅰ(Coenzyme Ⅰ，NAD+)，又稱煙酰胺腺嘌呤二核甘酸或二磷酸煙苷，它在細(xì)胞物質(zhì)和能量代謝方面的生理功能率先被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。作為生物催化反應(yīng)必不可少的輔酶，參與上千種生理反應(yīng)，如細(xì)胞三羧酸循環(huán)(TCA)、脂肪β氧化、酒精代謝等過(guò)程，在糖、脂肪、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝利用過(guò)程中具有重要作用。特別是線粒體內(nèi)的輔酶Ⅰ(NAD+)在TCA循環(huán)中接受電子傳遞還原成還原型輔酶Ⅰ(NADH)，通過(guò)電子傳遞能夠抑制自由基生成，增加谷胱甘肽含量，抑制細(xì)胞色素C從線粒體釋放。同時(shí)，作電子傳遞鏈最重要的氫供體，1mol輔酶Ⅰ可以參與生成3mol ATP，是細(xì)胞能量的重要來(lái)源。另外，輔酶Ⅰ在體內(nèi)的代謝物如輔酶Ⅱ[NADP(H)]、煙酰胺(NAM)、ADP核糖等物質(zhì)在能量代謝、氧化壓力調(diào)節(jié)和信號(hào)通路傳遞方面有著重要作用。

重識(shí)輔酶Ⅰ：NAD+依賴性ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶唯一底物

隨著分子生物學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展，輔酶Ⅰ更多重要的生理功能被逐漸揭開(kāi)。其中最重要的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是一類二磷酸腺苷(ADP)核糖基轉(zhuǎn)移酶只能利用它作為底物生成特定ADP核糖和煙酰胺，在不同組織細(xì)胞中發(fā)揮重要生理功能。這類酶被稱為NAD+依賴性ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶，在體內(nèi)主要有三種：1.ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶或聚ADP核糖基聚合酶(PARP)，它利用輔酶Ⅰ生成多聚ADP核糖基蛋白，參與DNA修復(fù)、基因表達(dá)、細(xì)胞周期進(jìn)展、細(xì)胞存活、染色體重建和基因穩(wěn)定性等；2.環(huán)ADP核糖聚合酶(cADP合酶)，它是由一對(duì)細(xì)胞外酶(淋巴細(xì)胞抗原CD38和CD157)組成，它們以輔酶Ⅰ為底物生成環(huán)ADP核糖(重要的鈣信號(hào)信使)，在鈣穩(wěn)態(tài)維持和免疫應(yīng)答方面具有重要生理意義；3.Ⅲ型組蛋白去乙酰化酶(Sirtuins)，它們是一類組蛋白去乙酰化酶，在哺乳動(dòng)物內(nèi)有7種不同的亞型(SIRT 1-SIRT 7)，利用輔酶Ⅰ對(duì)蛋白進(jìn)行去乙酰化和生成氧代乙?；鵄DP核糖，調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能。Sirtuins對(duì)代謝平衡的調(diào)節(jié)將直接影響到與代謝相關(guān)的各種疾病。如SIRT 1在輔酶Ⅰ的參與下調(diào)節(jié)組蛋白的乙?；癄顟B(tài)，對(duì)增強(qiáng)心臟耐受氧化應(yīng)激反應(yīng)、調(diào)節(jié)心肌能量代謝及抗衰老等起著重要作用。多項(xiàng)研究表明外源性給予輔酶Ⅰ后，能夠有效提高細(xì)胞內(nèi)輔酶Ⅰ含量，Sirtuins(如SIRT 1和SIRT 3)活性增強(qiáng)，發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用。如輔酶Ⅰ含量增加會(huì)加強(qiáng)SIRT 3活性，顯著增加抗氧化劑、MnSOD和過(guò)氧化氫酶表達(dá)，減輕氧化壓力介導(dǎo)的心肌細(xì)胞或腎臟細(xì)胞凋亡?！?/span>

聚焦輔酶I：全力修復(fù)細(xì)胞損傷

在健康狀態(tài)下，人體內(nèi)輔酶Ⅰ含量穩(wěn)定，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、能量代謝的必需輔酶和NAD+依賴性ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶的唯一底物，維護(hù)人體正常生理活動(dòng)。特別是近些年來(lái)發(fā)現(xiàn)它是細(xì)胞損傷修復(fù)過(guò)程中的“引擎”和“燃料”，一方面它被NAD+依賴性ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶用來(lái)啟動(dòng)修復(fù)細(xì)胞損傷的程序，促進(jìn)細(xì)胞DNA修復(fù)，抑制細(xì)胞凋亡信號(hào)產(chǎn)生；另一方面促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝和ATP合成，為受損細(xì)胞提供充足的物質(zhì)和能量，促進(jìn)細(xì)胞恢復(fù)。

隨著年齡增長(zhǎng)，人體組織中輔酶Ⅰ的含量隨年齡增長(zhǎng)顯著降低，同時(shí)伴隨著細(xì)胞代謝功能減弱和衰老。這種含量變化在心臟和腦組織中尤為明顯。在缺血情況下，輔酶Ⅰ含量降低是心臟代謝抑制的一個(gè)顯著特點(diǎn)并會(huì)加劇缺血心肌損傷。腦組織中輔酶Ⅰ含量同樣也會(huì)隨年齡增長(zhǎng)顯著降低。2015年《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》一項(xiàng)研究表明，人體下丘腦中輔酶Ⅰ含量隨年齡增長(zhǎng)顯著下降，造成腦部細(xì)胞線粒體中有氧代謝和氧化磷酸化過(guò)程抑制，導(dǎo)致腦部能量供給不足。除了年齡增長(zhǎng)造成的輔酶Ⅰ含量降低外，當(dāng)急性創(chuàng)傷、感染、炎癥、缺氧、輻射、化學(xué)毒物和衰老等因素出現(xiàn)時(shí)，體內(nèi)輔酶Ⅰ含量也會(huì)明顯降低，加速疾病發(fā)生或進(jìn)展。造成輔酶Ⅰ匱乏的原因主要是體內(nèi)消耗加速與代謝合成受阻。如創(chuàng)傷、炎癥、缺氧、輻射、化學(xué)毒物等因素會(huì)造成細(xì)胞DNA嚴(yán)重受損，細(xì)胞內(nèi)DNA修復(fù)酶PARP被大量激活并持續(xù)消耗大量的輔酶Ⅰ來(lái)進(jìn)行受損DNA修復(fù)，造成細(xì)胞內(nèi)輔酶Ⅰ匱乏。直接后果是線粒體功能受到抑制，ATP產(chǎn)生減少，細(xì)胞能量不足，凋亡信號(hào)被激活并釋放，最終細(xì)胞凋亡。同時(shí)，其它NAD+依賴性ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶受到抑制，信號(hào)通路受阻，細(xì)胞活力減弱，細(xì)胞正常生理功能受阻，最終加速疾病發(fā)生或進(jìn)展。

大量醫(yī)學(xué)研究表明，體外補(bǔ)充輔酶Ⅰ可有效恢復(fù)體內(nèi)輔酶Ⅰ水平，增強(qiáng)組織細(xì)胞抗氧化能力，抑制凋亡信號(hào)傳導(dǎo)，恢復(fù)細(xì)胞正常功能，預(yù)防疾病發(fā)生或抑制疾病進(jìn)展。在心臟疾病方面，輔酶Ⅰ通過(guò)調(diào)節(jié)心肌能量代謝和調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路降低心肌損傷。德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)部麻醉科在《British Journal of Pharmacology》發(fā)表了一項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)在心肌氧糖剝奪損傷情況下，恢復(fù)輔酶Ⅰ含量是ATP再生的先決條件并且觀察到輔酶Ⅰ代謝途徑在生物能恢復(fù)中具有重要作用?！禩he Journal of Biological Chemistry》的一項(xiàng)研究表明，補(bǔ)充輔酶Ⅰ(NAD+)可顯著改善心肌受損后的能量代謝情況，并且通過(guò)激活Sir3-LKB1-AMPK通路抑制心肌肥大反應(yīng)。重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科在《Fundamental & Clinical Pharmacology》雜志上發(fā)布的研究結(jié)果顯示，外源性給予輔酶Ⅰ可顯著恢復(fù)Sir1活性，降低p53乙?；剑种频蛲鲂盘?hào)，顯著降低缺氧/復(fù)氧條件下心肌損傷，為臨床治療缺血再灌注心肌損傷提供了證據(jù)支持。在腦部疾病方面，國(guó)內(nèi)外大量研究證實(shí)輔酶Ⅰ可以減少氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)元死亡和星形膠質(zhì)細(xì)胞死亡。細(xì)胞內(nèi)保持充足的輔酶Ⅰ，對(duì)神經(jīng)功能退化和缺血性腦損傷有著預(yù)防和治療作用。如上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任醫(yī)師劉建榮在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)輔酶Ⅰ可以通過(guò)抑制細(xì)胞自噬等途徑減少小鼠模型中的缺血性腦損傷。

此外，輔酶Ⅰ可通過(guò)激活和促進(jìn)先天免疫細(xì)胞成熟、產(chǎn)生抗炎因子和抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞等作用，增強(qiáng)免疫應(yīng)答能力。在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，輔酶Ⅰ降低輻射引起外周血白細(xì)胞下降和骨髓細(xì)胞的凋亡率，增加輻射小鼠的存活率。2014年《Apoptosis》雜志發(fā)表的研究表明，輔酶Ⅰ可以顯著降低炎癥反應(yīng)中中性粒細(xì)胞的凋亡率，延長(zhǎng)中性粒細(xì)胞存活時(shí)間，是一種有效的中性粒細(xì)胞存活因子。　

輔酶Ⅰ制劑在疾病防治中作用凸顯

在國(guó)外，還原型輔酶Ⅰ(NADH)已率先被應(yīng)用于治療多種疾病，但是還原型輔酶Ⅰ價(jià)格昂貴，純化困難，活性不易保存，難于生產(chǎn)應(yīng)用。它在體內(nèi)的另一種形式——氧化型輔酶Ⅰ(NAD+)不存在以上缺點(diǎn)，可以在體內(nèi)快速轉(zhuǎn)化成還原型輔酶Ⅰ后發(fā)揮作用，同時(shí)作為NAD+依賴性ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶的唯一底物，具有修復(fù)缺血性損傷、抑制細(xì)胞凋亡、抵抗和修復(fù)輻射或化學(xué)藥物毒性、增強(qiáng)機(jī)體免疫等作用，在臨床上可以用于預(yù)防和治療多種疾病。

在國(guó)內(nèi)，以輔酶Ⅰ(NAD+)為單獨(dú)成分的制劑只有注射用輔酶Ⅰ。在早期的臨床應(yīng)用中，上海第九人民醫(yī)院的徐濟(jì)民教授發(fā)現(xiàn)輔酶Ⅰ對(duì)改善冠心病胸悶、心絞痛等癥狀有一定作用，對(duì)改善心電圖亦有效。并且發(fā)現(xiàn)大多數(shù)患者注射后自覺(jué)精神振奮、食欲亢進(jìn)、睡眠佳，具有有改善體質(zhì)的作用，且副反應(yīng)少。另外有研究報(bào)道，注射用輔酶Ⅰ聯(lián)合術(shù)后早期的腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)應(yīng)用，能夠改善老年食管癌患者機(jī)體防御能力，控制炎癥反應(yīng)，促進(jìn)白蛋白合成，減少手術(shù)創(chuàng)傷后并發(fā)癥的發(fā)生，具有很好的臨床應(yīng)用價(jià)值。以輔酶Ⅰ為單獨(dú)成分的注射用輔酶Ⅰ作用機(jī)理清晰、安全性高，具有“促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量代謝+抗深度氧化損傷+調(diào)節(jié)免疫”的功能，將在多種疾病預(yù)防和治療中凸顯優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮重要臨床價(jià)值。

輔酶Ⅰ與輔酶Q10淺析

輔酶Q10：站在舞臺(tái)中央的明星

1957年，美國(guó)的Crane教授在牛心臟線粒體中發(fā)現(xiàn)了輔酶Q10；同年英國(guó)的Morton教授從維生素A缺陷的小鼠肝臟中也得到了這種化合物，并將其命名。輔酶Q10(coenzyme Q, ubiquinone)，又稱癸烯醌、泛醌和維生素Q10，是脂溶性維生素類似物。其富含于人心臟、肝臟、腎臟和胰腺中。

電子呼吸鏈及自由能變化

輔酶Q10具有促進(jìn)氧化磷酸化反應(yīng)和保護(hù)生物膜結(jié)構(gòu)完整性的功能。它參與線粒體氧化磷酸化與ATP的產(chǎn)生過(guò)程，調(diào)控細(xì)胞氧化還原環(huán)境，在電子穿膜過(guò)程中輔酶Q10攜帶還原電子進(jìn)入囊泡或帶出胞外，并參與內(nèi)膜和質(zhì)膜的質(zhì)子梯度的形成。在體內(nèi)呼吸鏈中質(zhì)子移位及電子傳遞中起重要作用，是細(xì)胞呼吸和細(xì)胞代謝的激活劑，也是重要的抗氧化劑和非特異性免疫增強(qiáng)劑。1977年，日本實(shí)現(xiàn)了微生物工業(yè)化生產(chǎn)輔酶Q10，推動(dòng)了它的工業(yè)化發(fā)展。同時(shí)，隨著臨床醫(yī)學(xué)和流行病學(xué)研究的不斷深入，輔酶Q10已被證實(shí)具有抗氧化和清除自由基，抗腫瘤和提高人體免疫力，緩解疲勞和提高運(yùn)動(dòng)能力，防老抗衰以及保護(hù)心血管等多種保健功效。除了藥用外，輔酶Q10可以作為某些高級(jí)化妝品的添加劑及食品中的添加劑等，是食品、藥品、化妝品等工業(yè)的重要原料。

輔酶Ⅰ：厚積薄發(fā)的明日之星

1904年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Sir Arthur Harden發(fā)現(xiàn)一種物質(zhì)在酵母發(fā)酵中具有重要作用，并將其命名為輔酶I。這是人類歷史上首次發(fā)現(xiàn)的輔酶類物質(zhì)，比輔酶Q10的發(fā)現(xiàn)足足早了53年。輔酶Ⅰ(coenzymeⅠ,NAD+)，又稱煙酰胺腺嘌呤二核苷酸或二磷酸煙苷，是水溶性維生素B3的衍生物。其富含于各類組織細(xì)胞中，尤其是能量需求大的組織，如心臟、大腦、肌肉和肝臟。

作為生物催化反應(yīng)中必不可少的輔酶，它參與上千種生理反應(yīng)，如細(xì)胞三羧酸(TCA)循環(huán)、脂肪酸β氧化、酒精代謝等過(guò)程，尤其在糖、脂肪、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝利用過(guò)程中具有重要意義。線粒體內(nèi)的輔酶Ⅰ在TCA循環(huán)中接受電子傳遞，被還原成還原型輔酶Ⅰ(NADH)，通過(guò)電子傳遞能夠抑制自由基生成，增加谷胱甘肽含量，抑制細(xì)胞色素C從線粒體釋放，維持線粒體正常膜電位和功能。其中作為電子傳遞鏈起始的氫供體，它將質(zhì)子傳遞給輔酶Q10，參與ATP生成。與輔酶Q10相比，輔酶Ⅰ抗氧化的能力更強(qiáng)，可以促進(jìn)輔酶Q10在體內(nèi)發(fā)揮生理功能。同時(shí)，它是NAD+依賴性二磷酸腺苷(ADP)核糖基轉(zhuǎn)移酶唯一能利用的物質(zhì)，這類酶[主要為ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶或聚ADP核糖基聚合酶(PARP)、環(huán)ADP核糖聚合酶(cADP合酶)、Ⅲ型組蛋白去乙?；?Sirtuins)]只能利用輔酶Ⅰ作為底物，生成ADP核糖和煙酰胺，在不同細(xì)胞中發(fā)揮重要生理功能。這一點(diǎn)是它與輔酶Q10最顯著的差異，也決定了它在體內(nèi)具有更多的生理功能。

      與輔酶Q10相比，生產(chǎn)工藝制約了輔酶Ⅰ大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。隨著分離純化技術(shù)的成熟，工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)輔酶Ⅰ成為了現(xiàn)實(shí)。值得一提國(guó)內(nèi)已有以輔酶Ⅰ(NAD+)為單獨(dú)成分的制劑--注射用輔酶Ⅰ。它成分明確、作用機(jī)制清晰、安全性高，具有“促營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量代謝+抗深度氧化損傷+調(diào)節(jié)免疫”的功能，有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值