NAMPT - фермент синтеза NAD+

NAMPT (никотинамидфосфорибозилтрансфераза) - фермент, который превращает никотинамид, обломок израсходованного NAD+, в NMN - первую ступень на пути обратно к NAD+. Это самый медленный шаг главного пути восстановления NAD+ у млекопитающих, поэтому NAMPT называют узким местом всей системы.

Удивительно, что клетке вообще приходится этим заниматься. NAD+ можно собрать с нуля из аминокислоты триптофана, но этот путь у человека работает плохо. Поэтому клетка поступает как хороший механик: она не выбрасывает отработанную молекулу, а снимает с неё никотинамид и ставит его обратно в строй. Один и тот же никотинамид проходит через этот конвейер снова и снова, и NAMPT стоит у его входа.

Узкое место: как работает спасательный путь

Когда сиртуины, ферменты репарации ДНК семейства PARP или фермент CD38 расходуют NAD+, они отщепляют от него никотинамид. Для клетки это отходы, причём неудобные: избыток никотинамида тормозит те же сиртуины. NAMPT берёт никотинамид и соединяет его с активированной рибозой PRPP. Получается никотинамидмононуклеотид - NMN. Второй фермент, NMNAT, дособирает из NMN готовый NAD+.

Сама реакция NAMPT не тратит АТФ. Платит клетка раньше: PRPP синтезируется из рибозо-5-фосфата с затратой АТФ. Так что рециклинг NAD+ не бесплатен, просто счёт выставляется на предыдущем шаге.

Почему именно NAMPT называют лимитирующим? Его много там, где он нужен, и мало там, где нет; его выработка резко меняется в ответ на стресс, воспаление, питание, суточный ритм. NMNAT работает быстро и регулируется слабо. Если у конвейера есть регулируемая заслонка, то это NAMPT. Отсюда и популярная цифра "около 85-90% NAD+ идёт через спасательный путь": она встречается в обзорах, но меняется от ткани к ткани, и единой константы для человека нет.

Это узкое место объясняет, зачем вообще существуют добавки NMN и NR. Никотинамид - обычный витамин B3, дёшев и доступен, но его превращение упирается в NAMPT, а избыток мешает сиртуинам. NR превращается в NMN другим ферментом, NRK, а NMN уже стоит после узкого места. Логика обхода понятна, но клиническое превосходство этих форм над простым никотинамидом у человека не доказано, и что выбирать - вопрос отдельного разбора NMN и NR.

NAMPT - заслонка, а не насос: клетка регулирует синтез NAD+ в основном через него, но обойти его можно.

Белок с тремя именами и двумя жизнями

NAMPT открыли трижды, и каждый раз принимали за что-то другое. В 1994 году его описали как фактор роста предшественников B-лимфоцитов и назвали PBEF (Samal et al., Molecular and Cellular Biology, 1994. PMID: 7906564). В 2005 году его нашли в висцеральном жире и объявили гормоном-висфатином, который якобы имитирует инсулин (Fukuhara et al., Science, 2005. PMID: 15662007). Инсулиновая история не воспроизвелась, и статья была отозвана. А потом выяснилось, что PBEF, висфатин и давно известный фермент NAMPT - один и тот же белок.

Путаница неслучайна. У NAMPT две формы. Внутриклеточная, iNAMPT, тихо собирает NMN в цитоплазме. Внеклеточная, eNAMPT, циркулирует в крови и ведёт себя иначе: при ожирении, диабете 2 типа и сепсисе её уровень растёт вместе с воспалением, и в этом контексте она выглядит скорее сигналом тревоги, чем полезным ферментом.

Но у eNAMPT есть и другая сторона. Группа Имаи показала на мышах, что часть eNAMPT упакована во внеклеточные везикулы, что с возрастом этого пула становится меньше и что введение таких везикул от молодых мышей старым улучшало ряд возрастных показателей.

У мышей содержание eNAMPT во внеклеточных везикулах плазмы снижалось с возрастом, а введение везикул с eNAMPT от молодых животных старым улучшало физическую активность и метаболические показатели и увеличивало продолжительность жизни в эксперименте. Это данные на мышах; у человека аналогичный эффект не показан, а методы выделения везикул не стандартизированы. (Yoshida et al., Cell Metabolism, 2019. Тип: исследование на животных. PMID: 31191060)

Как один белок может быть и маркером воспаления, и кандидатом в омолаживающие факторы? Текущая гипотеза: свободная и везикулярная формы ведут себя по-разному, а концентрации при болезни и в норме различаются на порядки. Единой модели пока нет, и анализ крови на "висфатин" ничего надёжно не говорит о старении - разные тест-системы ловят разные формы белка.

Один и тот же фермент внутри клетки производит NAD+, а снаружи может быть и сигналом воспаления, и курьером.

Часы и мышцы: что реально управляет NAMPT

Ген NAMPT подчиняется циркадным часам. Комплекс CLOCK:BMAL1 связывается с его промотором, поэтому выработка фермента и вслед за ней уровень NAD+ колеблются в течение суток. NAD+ питает сиртуин SIRT1, а SIRT1 в свою очередь влияет на сами часы - получается замкнутая петля, где метаболизм и циркадный ритм настраивают друг друга.

Экспрессия NAMPT у мышей колебалась в суточном ритме под контролем CLOCK:BMAL1, вслед за ней колебался уровень NAD+ и активность SIRT1, а SIRT1 замыкал петлю, модулируя работу часов. Данные получены на мышах и клеточных культурах. (Ramsey et al., Science, 2009. Тип: исследование на животных и клетках. PMID: 19940848)

Здесь живёт популярная ошибка. Из этих работ часто делают вывод: "пик NAMPT - ночью, поэтому сон восстанавливает NAD+". Но мыши - ночные животные, их активность и еда приходятся на тёмное время. У дневного человека фазы другие, а прямых данных о суточном пике NAMPT в тканях человека почти нет. Связь сна и NAD+ реальна и разобрана в материале о сне и NAD+, но "ночной пик фермента" - перенос мышиной хронобиологии на человека.

С мышцами данные надёжнее. Мышечное сокращение включает энергетический датчик AMPK, а тот повышает выработку NAMPT в скелетной мышце - и это показано не только у грызунов. У людей после нагрузки содержание NAMPT в биоптатах мышцы росло, а у мышей с выключенной AMPK этот подъём пропадал (Brandauer et al., The Journal of Physiology, 2013. PMID: 23918774). Это локальная адаптация мышцы, а не доказательство роста NAD+ во всём организме; её место в общей картине тренировок - в разборе спорта и митохондрий.

Часы задают ритм NAMPT, нагрузка поднимает его в мышце - но ни то ни другое не превращается в "ночной пик у человека".

Падает ли NAD+ с возрастом из-за NAMPT

Уровень NAD+ с возрастом снижается в ряде тканей, и долгое время главным подозреваемым считали NAMPT: конвейер устал, синтез упал. У мышей снижение NAMPT действительно показано в гипоталамусе, жировой ткани, сосудах. Но это только половина уравнения.

Вторая половина - расход. С возрастом в тканях растёт фермент CD38, один из самых прожорливых потребителей NAD+, причём растёт на фоне хронического воспаления, которое геронтологи называют инфламэйджингом. У мышей без CD38 возрастное падение NAD+ почти не развивалось, хотя NAMPT у них никто не чинил (Camacho-Pereira et al., Cell Metabolism, 2016. PMID: 27185843). Добавьте ферменты PARP, которые жгут NAD+ при каждом повреждении ДНК, - и картина меняется: бак не только медленнее наполняется, он ещё и течёт.

Что это значит для вопроса "как активировать NAMPT"? Три вещи. Активность NAMPT в тканях человека нельзя проверить по анализу крови. Химические активаторы вроде SBI-797812 существуют только в доклинике. И больше NAMPT - не всегда лучше: быстро делящиеся опухолевые клетки критически зависят от NAD+, поэтому в онкологии изучают ингибиторы NAMPT, а не активаторы. Фермент, полезный для стареющей мышцы, может оказаться союзником опухоли. Как возрастная динамика NAD+ выглядит у человека и что из этого следует, разобрано в материале о NAD+ после 35.

Возрастное падение NAD+ - это и уставший конвейер, и дырявый бак; чинить только NAMPT - значит решать половину задачи.

NAMPT - один узел большой сети, где NAD+ связывает митохондрии, сиртуины и репарацию ДНК. Как устроена сама молекула NAD+, разобрано в базовом материале о NAD+, а вся карта клеточной энергетики - в руководстве по митохондриям и NAD+.

Материал носит ознакомительный характер и не является медицинской рекомендацией. При наличии заболеваний проконсультируйся с врачом.