烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)在增强人类细胞线粒体功能与能量代谢中的作用,与其依赖性去乙酰化酶(即SIRT1和SIRT3)密切相关。SIRT2主要存在于细胞质中,可作为微管蛋白的关键去乙酰化酶,并调节微管的稳定性。
微管在调控线粒体动力学(包括线粒体运动、分裂/融合、修复及线粒体自噬依赖性清除)中发挥关键作用。然而,NAD+在调节SIRT2相关微管稳定性中的潜在作用,以及NAD+-SIRT2-微管轴是否参与调控线粒体功能与线粒体自噬,尚待阐明。
2026年5月24日,山东第一医科大学牟晓东,Zengjun Li和Lijie Xing共同通讯在Autophagy 在线发表题为NMN/NAD+ enhances SIRT2-modulated microtubule dynamics to improve mitochondrial and mitophagy functions in senescent cells的研究论文。
该研究表明,衰老肌细胞呈现微管过度稳定化及动力学减弱,伴随SIRT2失活与微管蛋白过度乙酰化。这些改变损害了微管依赖的线粒体修复与线粒体自噬功能,导致线粒体DNA泄漏、CGAS-STING1通路激活,继而加速细胞衰老。
值得注意的是,烟酰胺单核苷酸(NMN)处理后,可有效再激活SIRT2,恢复微管动力学,并通过促进修复与线粒体自噬增强线粒体质量控制。最终,NMN可缓解CGAS-STING1驱动的衰老。
本研究揭示了一种新机制:NMN通过SIRT2-微管轴维持衰老细胞线粒体健康,凸显了其超越经典NAD+-去乙酰化酶通路的保护作用,并提示微管动力学作为改善线粒体及线粒体自噬功能障碍相关细胞缺陷的潜在治疗靶点。
烟酰胺单核苷酸(NMN)是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的前体。NAD+是一种关键的辅酶,参与多种细胞过程,例如线粒体稳态、能量代谢和DNA修复。NMN/NAD+在延缓多种类型细胞衰老方面的潜在有益效应已被广泛研究,其潜在机制主要归因于线粒体功能的增强和能量代谢的改善。
人类细胞中的NAD+水平随年龄增长而下降,导致NAD+依赖性酶(包括sirtuins)的活性降低。Sirtuins是一类NAD+依赖性去乙酰化酶,可通过去除靶蛋白上的乙酰基团(去乙酰化)发挥作用,并调节基因表达、代谢和应激反应。在NAD+的多种靶蛋白中,sirtuins因其在延长多种生物体寿命和延缓衰老中的关键作用而广受认可。特别地,SIRT2是sirtuins家族中的一个独特成员,主要定位于细胞质,而TUBA/α-微管蛋白是其去乙酰化活性的关键靶点之一。
因此,SIRT2在影响微管稳定性和动力学中发挥着关键作用。与其他sirtuins类似,SIRT2的活性在细胞衰老过程中也会下降。近期研究表明,向人类细胞或动物模型补充NMN可以提高NAD+水平,改善sirtuins的活性及相关细胞功能。然而,NAD+对SIRT2-微管系统的潜在影响,以及该通路在调控衰老进程中的可能作用尚不清楚。
细胞骨架是决定细胞力学特性的关键结构元件,来自细胞外基质(ECM)的机械应力可通过细胞骨架传递至细胞核,从而改变基因表达谱。
此外,ECM衍生肽也可作为配体激活信号通路,并调节(例如,激活或抑制)SIRT2等酶的活性,从而改变细胞骨架的乙酰化状态和稳定性。微管是主要的细胞骨架结构,在调控细胞形态或形状、细胞迁移或运动、细胞分裂、核变形、信号转导及许多其他细胞事件中发挥重要作用。
重要的是,微管还充当多种细胞内细胞器的运输轨道,对调控其分布、迁移和相互作用至关重要。例如,线粒体、自噬体和溶酶体等细胞器以微管作为引导轨道在细胞质中移动并与其他细胞器相互作用。
特别地,新形成的自噬体沿着微管轨道被运输至核周微管组织中心(MTOC),以便进行后续加工,包括其成熟以及自噬体-溶酶体融合事件。具体而言,微管已被证实是线粒体动力学(即分裂、融合和运动性)及修复过程的基本调控因子。
微管由TUBA和TUBB/β-微管蛋白异二聚体组装而成,而微管蛋白乙酰化对于决定微管稳定性、调控微管组织和细胞内运输至关重要。微管网络的动态不稳定性(即聚合和解聚过程)对于微管的动力学活性尤其重要,这是其调控线粒体动力学等重要生物学功能的基础。
图1.NAD+- sirt2微管轴调控线粒体动力学的潜在机制(摘自Autophagy)
近期研究表明,在多种类型细胞中,微管稳定性随细胞衰老而增强,导致微管动力学降低及微管相关的细胞功能受损。然而,微管网络的生物学功能在细胞衰老过程中如何变化仍有许多未知之处。NMN/NAD+在SIRT2介导的微管动力学中的关键作用,以及该通路在延缓细胞衰老中的潜在贡献,值得进一步研究。
作者的研究结果支持以下观点:在衰老细胞中,NMN/NAD+增强的SIRT2活性可导致TUBA去乙酰化增加和微管动力学改善,继而改善高度依赖微管动力学的线粒体功能。
因此,在本研究中,作者以人类肌肉细胞为模型,探索了NMN介导的抗衰老效应中涉及SIRT2-微管轴的一个潜在新机制,并将阐明NMN是否可以通过激活SIRT2调控的微管动力学来延缓肌肉细胞衰老。
本研究的结果将增进作者对NMN或其他抗衰老药物等有效抗衰老策略机制的理解,并将发现靶向微管的方法在解决年龄相关性肌肉退化和肌肉减少症。
参考消息:https://doi.org/10.1080/15548627.2026.2677181