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更安全的星際旅行:能減緩輻射傷害的單核苷酸

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從古至今,有關延長壽命、永保青春的方法始終是人們熱切追求的目標,拜科學研究所賜,逆齡將不再只是遙不可及的夢想!最新發表於《Science》期刊的抗衰老研究成果指出,起因於年紀增長和輻射所致的 DNA 受損可望藉由煙醯胺單核苷酸 (NMN, nicotinamide mononucleotide) 修復,逆轉衰老。

驅動衰老的關鍵

衰老過程與基因組不穩定性 (Genomic instability) 密切相關,環境中的刺激如紫外線、輻射、化學試劑以及內源性化學物質如細胞內的 ROS (Reative oxygen species) 皆會破壞基因組 DNA 之完整性和功能性,若 DNA 損傷無法及時修復,將使其轉化為永久突變,不僅引起細胞衰老及細胞死亡,罹患癌症的風險也將大幅提升。

雖然人體皆有 DNA 修復的機制,但修復能力會隨著年紀增長而逐漸下降,且細胞代謝副產物的產生又促使 DNA 損傷,多重原因導致基因無法正常表達,最終引發衰老。

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延伸閱讀:端粒 × 衰老 × 癌症

NAD+ 在 DNA 修復所扮演的角色

PARP1 (Poly ADP-ribose polymerase 1) 是一種 DNA 修復酶,當 DNA 發生斷裂時,PARP1 會識別並結合到斷裂部位,透過自身的醣基化使 NAD+ 分解為 NAD 及 ADP ribose,接上 ADP ribose 側鏈的 PARP1 可防止受損 DNA 進行重組、避免核酸外切酶的作用,並吸引其他 DNA 修復酶到達受損處進行修復。NAD+ 不僅是 PARP1 反應中重要的輔酶,本研究亦發現 NAD+ 亦會透過與 DBC1 (deleted in breast cancer 1) 上的 NHD (Nudix homology domain) 結合,防止 DBC1 抑制 PARP1 修復 DNA。 由此可知,NAD+ 在 DNA 修復及抗衰老的機制中扮演重要的角色;不幸地,人體 NAD+ 的濃度隨著年紀增長而減少,而根據以往的研究結果,直接給予小鼠 NAD+ 並無法有效減緩衰老。

煙醯胺單核苷酸 (NMN, nicotinamide mononucleotide) 是一種存在於多種食物的天然化合物,其為NAD+ 的前驅物,2016 年 12 月發表在《Cell Metabolism》的研究即發現為小鼠補充 NMN 後,可大幅減少典型的衰老症狀,如體重增加、胰島素敏感性降低、身體活動減少等,還能改善骨密度、肌肉功能及免疫系統, NMN 不但吸收迅速,在多種組織中轉化成 NAD+ 的效率也非常高。本研究進一步證實 NMN 可大幅降低小鼠因輻射所致的 DNA 損傷,衰老小鼠歷經一個禮拜的治療後,其細胞修復能力及與年輕小鼠無顯著差異,且沒有觀察到副作用。本研究的主要作者 David Sinclair 教授指出,這將是抗衰老藥物研究之進展中最接近臨床應用的一次,人類將可能因此延長 20% 的壽命,並於年老時更健康。第一期臨床試驗將在 6 月份開始,若試驗結果順利,可望於 2020 年提供人類治療。

輻射傷害有解?

美國 NASA 也對此相當關注,宇宙輻射導致太空人細胞加速衰老、罹患癌症機率大幅增加,不僅對於太空旅行者是嚴重的威脅,飛機航班的工作人員亦無法倖免;若 NMN 藥物成功上市,將計畫於 2030 年提供前往火星的太空人幫助他們對抗輻射所致的 DNA 傷害,長期暴露於輻射的化療病人也能因而受益。

NMN 的未來展望

不同於其他抗衰老藥物的使用途徑如 GDF11 (recombinant GDF11; rGDF11) 蛋白的注射,因 NMN 本身即為天然化合物,臨床試驗亦將 NMN 以食品的形式給予受試者食用,不論藥物臨床結果為何,若安全性無虞,將可能以「功能性食品」的角度切入市場,目前在美國亦有化妝品工業致力發展 NMN 的護膚品。雖然 NMN 並非萬能丹,無法完全抑制人體的老化,更不可能使人們「長生不老」,但老年時維持健康的日常生活、延長所謂的「健康壽命」,將極有可能實現;如此一來,不僅國家醫療資源和照護費用的支出減少,高齡的人們也能享有更好的生活品質,我想這就是科學研究對於人類社會最有價值的貢獻。

文 / Angela Chang

延伸閱讀:逆轉老化:抗衰老蛋白 GDF11 是神話還是童話 ?

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參考文獻:
1. Li et al., Science 2017, 355:1312–1317
2. F. Mills et al., Cell Metabolism 2016, 24:795-806
3. https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170323141340.htm

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