初識輔酶Ⅰ：營養(yǎng)物質和能量代謝必需輔酶

1904年諾貝爾獎獲得者Sir Arthur Harden發(fā)現(xiàn)一種物質在酵母發(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，比輔酶Q10的發(fā)現(xiàn)足足早了53年。限于技術原因，直到20世紀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構，大大加速了它的研究進展。20世紀30年代，OttoWarburg和Christian發(fā)現(xiàn)了輔酶Ⅰ可以將氫離子轉移到其它分子物質上，在氧化還原反應中具有重要作用，正式拉開輔酶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，它在細胞物質和能量代謝方面的生理功能率先被科學家發(fā)現(xiàn)。作為生物催化反應必不可少的輔酶，參與上千種生理反應，如細胞三羧酸循環(huán)(TCA)、脂肪β氧化、酒精代謝等過程，在糖、脂肪、氨基酸等營養(yǎng)物質的代謝利用過程中具有重要作用。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)，通過電子傳遞能夠抑制自由基生成，增加谷胱甘肽含量，抑制細胞色素C從線粒體釋放。同時，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，是細胞能量的重要來源。另外，輔酶Ⅰ在體內(nèi)的代謝物如輔酶Ⅱ[NADP(H)]、煙酰胺(NAM)、ADP核糖等物質在能量代謝、氧化壓力調節(jié)和信號通路傳遞方面有著重要作用。

重識輔酶Ⅰ：NAD+依賴性ADP核糖基轉移酶唯一底物

隨著分子生物學研究技術的發(fā)展，輔酶Ⅰ更多重要的生理功能被逐漸揭開。其中最重要的一項發(fā)現(xiàn)是一類二磷酸腺苷(ADP)核糖基轉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核糖基轉移酶，在體內(nèi)主要有三種：1.ADP核糖基轉移酶或聚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、基因表達、細胞周期進展、細胞存活、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)，它是由一對細胞外酶(淋巴細胞抗原CD38和CD157)組成，它們以輔酶Ⅰ為底物生成環(huán)ADP核糖(重要的鈣信號信使)，在鈣穩(wěn)態(tài)維持和免疫應答方面具有重要生理意義；3.Ⅲ型組蛋白去乙?；?Sirtuins)，它們是一類組蛋白去乙?；?，在哺乳動物內(nèi)有7種不同的亞型(SIRT 1-SIRT 7)，利用輔酶Ⅰ對蛋白進行去乙?；蜕裳醮阴；鵄DP核糖，調節(jié)多種細胞功能。Sirtuins對代謝平衡的調節(jié)將直接影響到與代謝相關的各種疾病。如SIRT 1在輔酶Ⅰ的參與下調節(jié)組蛋白的乙酰化狀態(tài)，對增強心臟耐受氧化應激反應、調節(jié)心肌能量代謝及抗衰老等起著重要作用。多項研究表明外源性給予輔酶Ⅰ后，能夠有效提高細胞內(nèi)輔酶Ⅰ含量，Sirtuins(如SIRT 1和SIRT 3)活性增強，發(fā)揮細胞保護作用。如輔酶Ⅰ含量增加會加強SIRT 3活性，顯著增加抗氧化劑、MnSOD和過氧化氫酶表達，減輕氧化壓力介導的心肌細胞或腎臟細胞凋亡。　

聚焦輔酶I：全力修復細胞損傷

在健康狀態(tài)下，人體內(nèi)輔酶Ⅰ含量穩(wěn)定，作為營養(yǎng)物質、能量代謝的必需輔酶和NAD+依賴性ADP核糖基轉移酶的唯一底物，維護人體正常生理活動。特別是近些年來發(fā)現(xiàn)它是細胞損傷修復過程中的“引擎”和“燃料”，一方面它被NAD+依賴性ADP核糖基轉移酶用來啟動修復細胞損傷的程序，促進細胞DNA修復，抑制細胞凋亡信號產(chǎn)生；另一方面促進營養(yǎng)物質代謝和ATP合成，為受損細胞提供充足的物質和能量，促進細胞恢復。

隨著年齡增長，人體組織中輔酶Ⅰ的含量隨年齡增長顯著降低，同時伴隨著細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顯著特點并會加劇缺血心肌損傷。腦組織中輔酶Ⅰ含量同樣也會隨年齡增長顯著降低。2015年《美國科學院院報》一項研究表明，人體下丘腦中輔酶Ⅰ含量隨年齡增長顯著下降，造成腦部細胞線粒體中有氧代謝和氧化磷酸化過程抑制，導致腦部能量供給不足。除了年齡增長造成的輔酶Ⅰ含量降低外，當急性創(chuàng)傷、感染、炎癥、缺氧、輻射、化學毒物和衰老等因素出現(xiàn)時，體內(nèi)輔酶Ⅰ含量也會明顯降低，加速疾病發(fā)生或進展。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、化學毒物等因素會造成細胞DNA嚴重受損，細胞內(nèi)DNA修復酶PARP被大量激活并持續(xù)消耗大量的輔酶Ⅰ來進行受損DNA修復，造成細胞內(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，細胞能量不足，凋亡信號被激活并釋放，最終細胞凋亡。同時，其它NAD+依賴性ADP核糖基轉移酶受到抑制，信號通路受阻，細胞活力減弱，細胞正常生理功能受阻，最終加速疾病發(fā)生或進展。

大量醫(yī)學研究表明，體外補充輔酶Ⅰ可有效恢復體內(nèi)輔酶Ⅰ水平，增強組織細胞抗氧化能力，抑制凋亡信號傳導，恢復細胞正常功能，預防疾病發(fā)生或抑制疾病進展。在心臟疾病方面，輔酶Ⅰ通過調節(jié)心肌能量代謝和調節(jié)相關信號通路降低心肌損傷。德克薩斯大學醫(yī)學部麻醉科在《British Journal of Pharmacology》發(fā)表了一項研究，發(fā)現(xiàn)在心肌氧糖剝奪損傷情況下，恢復輔酶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中具有重要作用。《The Journal of Biological Chemistry》的一項研究表明，補充輔酶Ⅰ(NAD+)可顯著改善心肌受損后的能量代謝情況，并且通過激活Sir3-LKB1-AMPK通路抑制心肌肥大反應。重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院麻醉科在《Fundamental & Clinical Pharmacology》雜志上發(fā)布的研究結果顯示，外源性給予輔酶Ⅰ可顯著恢復Sir1活性，降低p53乙?；?，抑制凋亡信號，顯著降低缺氧/復氧條件下心肌損傷，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，國內(nèi)外大量研究證實輔酶Ⅰ可以減少氧化應激引起的神經(jīng)元死亡和星形膠質細胞死亡。細胞內(nèi)保持充足的輔酶Ⅰ，對神經(jīng)功能退化和缺血性腦損傷有著預防和治療作用。如上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任醫(yī)師劉建榮在一項研究中發(fā)現(xiàn)輔酶Ⅰ可以通過抑制細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可通過激活和促進先天免疫細胞成熟、產(chǎn)生抗炎因子和抑制調節(jié)性T細胞等作用，增強免疫應答能力。在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，輔酶Ⅰ降低輻射引起外周血白細胞下降和骨髓細胞的凋亡率，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中中性粒細胞的凋亡率，延長中性粒細胞存活時間，是一種有效的中性粒細胞存活因子。　

輔酶Ⅰ制劑在疾病防治中作用凸顯

在國外，還原型輔酶Ⅰ(NADH)已率先被應用于治療多種疾病，但是還原型輔酶Ⅰ價格昂貴，純化困難，活性不易保存，難于生產(chǎn)應用。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，可以在體內(nèi)快速轉化成還原型輔酶Ⅰ后發(fā)揮作用，同時作為NAD+依賴性ADP核糖基轉移酶的唯一底物，具有修復缺血性損傷、抑制細胞凋亡、抵抗和修復輻射或化學藥物毒性、增強機體免疫等作用，在臨床上可以用于預防和治療多種疾病。

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

輔酶Ⅰ與輔酶Q10淺析

輔酶Q10：站在舞臺中央的明星

1957年，美國的Crane教授在牛心臟線粒體中發(fā)現(xiàn)了輔酶Q10；同年英國的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具有促進氧化磷酸化反應和保護生物膜結構完整性的功能。它參與線粒體氧化磷酸化與ATP的產(chǎn)生過程，調控細胞氧化還原環(huán)境，在電子穿膜過程中輔酶Q10攜帶還原電子進入囊泡或帶出胞外，并參與內(nèi)膜和質膜的質子梯度的形成。在體內(nèi)呼吸鏈中質子移位及電子傳遞中起重要作用，是細胞呼吸和細胞代謝的激活劑，也是重要的抗氧化劑和非特異性免疫增強劑。1977年，日本實現(xiàn)了微生物工業(yè)化生產(chǎn)輔酶Q10，推動了它的工業(yè)化發(fā)展。同時，隨著臨床醫(yī)學和流行病學研究的不斷深入，輔酶Q10已被證實具有抗氧化和清除自由基，抗腫瘤和提高人體免疫力，緩解疲勞和提高運動能力，防老抗衰以及保護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年諾貝爾獎獲得者Sir Arthur Harden發(fā)現(xiàn)一種物質在酵母發(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，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。

作為生物催化反應中必不可少的輔酶，它參與上千種生理反應，如細胞三羧酸(TCA)循環(huán)、脂肪酸β氧化、酒精代謝等過程，尤其在糖、脂肪、氨基酸等營養(yǎng)物質的代謝利用過程中具有重要意義。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)，通過電子傳遞能夠抑制自由基生成，增加谷胱甘肽含量，抑制細胞色素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，可以促進輔酶Q10在體內(nèi)發(fā)揮生理功能。同時，它是NAD+依賴性二磷酸腺苷(ADP)核糖基轉移酶唯一能利用的物質，這類酶[主要為ADP核糖基轉移酶或聚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，在不同細胞中發(fā)揮重要生理功能。這一點是它與輔酶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)。隨著分離純化技術的成熟，工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)輔酶Ⅰ成為了現(xiàn)實。值得一提國內(nèi)已有以輔酶Ⅰ(NAD+)為單獨成分的制劑--注射用輔酶Ⅰ。它成分明確、作用機制清晰、安全性高，具有“促營養(yǎng)物質和能量代謝+抗深度氧化損傷+調節(jié)免疫”的功能，有較高的臨床應用價值