NAD+: происхождение и научные истоки (Блок I)

Английские биохимики Артур Харден и Уильям Янг, работая в Институте Листера в Лондоне, во время изучения процесса спиртового брожения обнаружили, что дрожжевой экстракт, предварительно прокипячённый и затем отфильтрованный, содержит неизвестный «активирующий фактор». Этот фактор ускорял расщепление сахаров в присутствии ферментов. Они назвали его просто "кофермент", или "диализуемый компонент". Спустя десятилетия было установлено, что это вещество — никотинамид-аденин-динуклеотид (NAD).

Харден и Янг изучали, как дрожжи превращают глюкозу в этанол. Однажды они заметили: если к активному ферментному раствору добавить немного предварительно нагретого экстракта, реакция усиливается. Это означало, что в кипячёном растворе содержится некий стабильный, небелковый компонент, необходимый для переноса электронов — но сам по себе он не расщепляет сахар. Они не знали его химическую природу, но доказали его наличие экспериментально.

Позже выяснилось: этот «диализуемый фактор» — и есть NAD, кофермент, без которого невозможна работа ферментов-дегидрогеназ. В то время таких терминов ещё не существовало, но работа Харден и Янга стала поворотной: она впервые указала на существование молекулярных посредников, участвующих в биохимических реакциях наряду с белковыми ферментами.

В начале XX века наука о ферментах только зарождалась. Считалось, что вся ферментативная активность обусловлена только белками. Никто не предполагал, что существует класс "малых молекул", без которых ферменты работать не могут. Открытие Харден и Янга впервые ввело в биохимию понятие небелкового кофермента, и стало одним из первых шагов к пониманию метаболизма как кооперации белков и коферментов.

• Артур Харден (1865–1940) — профессор, член Королевского общества, будущий лауреат Нобелевской премии (1929).
• Уильям Янг (1878–1942) — молодой учёный, работавший под руководством Хардена. Их эксперименты в лаборатории Лондонского института Листера заложили основы не только для открытия NAD, но и для общего понимания коферментной природы ферментативных реакций.

Немецкий физиолог и биохимик Отто Варбург, проводя эксперименты с дыхательными тканевыми экстрактами, доказал, что NAD (тогда ещё не различавшийся на NAD⁺ и NADH) участвует в переносе водорода и электронов в цепях клеточного дыхания. Это стало первым фундаментальным описанием роли NAD в энергетическом метаболизме и окислительно-восстановительных реакциях.

Варбург показал, что при расщеплении глюкозы в аэробных условиях происходит не только образование CO₂, но и перенос электронов на особый переносчик — этот переносчик был NAD. Он установил, что дегидрогеназы (ферменты, удаляющие атомы водорода от субстрата) работают только при участии NAD, который принимает эти атомы и переходит в восстановленную форму.

Хотя в 1936 году ещё не существовало терминов "NAD⁺" и "NADH", работы Варбурга заложили основу для последующего разделения этих форм: одна — окисленная, другая — восстановленная. Именно на этом построены все современные знания о метаболизме.

• В 1930-е годы основным вопросом биохимии был: как клетки получают энергию?
• Варбург был одним из первых, кто пытался физически измерить кислородное поглощение и связывал его с химическими превращениями.
• Он разработал уникальные камеры и устройства, фиксирующие дыхание тканей и скорость потребления кислорода.

В ходе своих опытов он пришёл к выводу: энергия клетки не высвобождается напрямую, она передаётся через "переносчиков" — и NAD оказался первым из них.

• Немецкий физиолог, биохимик, лауреат Нобелевской премии (1931) за открытие природы дыхательного фермента.
• Работал в Институте клеточной физиологии Кайзера Вильгельма (Берлин).
• Обладал уникальной научной дисциплиной: ежедневно повторял одни и те же опыты для абсолютной точности. Его называли "патологически точным".

Он не только открыл участие NAD в дыхании, но и сформировал целое направление: биохимию окисления.

Американские биохимики, включая Альберта Леманна и Артура Стутца, начали активно использовать термин “кофермент I” для обозначения NAD в контексте тканевого дыхания и окислительно-восстановительных реакций. Это стало официальной научной классификацией вещества, ранее называвшегося по-разному. В это же время NAD начинают системно упоминать в академических курсах биохимии, включая будущий учебник Леннингера.

К 1949 году NAD был уже известен как участник метаболизма, но не имел стабильного терминологического статуса. В разных лабораториях он назывался "фактор брожения", "диализуемая фракция", "кофермент" или просто "ферментативный активатор".

С ростом объёма исследований — особенно в США — возникла потребность в унификации названий. В ведущих биохимических лабораториях США и Европы NAD стал обозначаться как кофермент I, а FAD — как кофермент II.

Это стало переходной точкой между эмпирическим и системным пониманием: NAD перестал быть “непонятной активной добавкой” и превратился в полноценный элемент ферментативной логики, включённый в официальную биохимическую номенклатуру.

• США в 1940-х стали новым мировым центром биохимии: на фоне послевоенной мобилизации науки, финансирования фундаментальных исследований, и роста научных институтов (в частности, в Гарварде, Йеле и Рочестере).
• В это время создавались универсальные классификации ферментов, коферментов и метаболических путей.
• NAD впервые стал не просто "добавкой", а структурным элементом метаболических цепей — от гликолиза до цикла Кребса.

• Альберт Леннингер — биохимик, педагог, автор ставшего каноническим учебника “Principles of Biochemistry”, впервые изданного в 1970-х.
• Его лекции с конца 1940-х годов заложили основу академической биохимии как дисциплины, где NAD — это первый и главный кофермент, с которого начинается изучение ферментативных реакций.

Американские биохимики Дэвид В. Хендлер (David W. Handler) и Джек Придхам в 1958 году экспериментально доказали, что NAD синтезируется в организме из ниацина (витамина B3). Это открытие связало кофермент NAD с питанием и объяснило развитие тяжёлого заболевания — пеллагры — при его дефиците.

Исследования, проводившиеся в Йельском университете и Институте Рокфеллера, показали: при недостатке ниацина (или триптофана, из которого организм может синтезировать ниацин) резко снижается уровень NAD, особенно в тканях мозга и ЖКТ. Это приводит к нарушению окислительных реакций и проявляется в виде пеллагры — болезни, характеризующейся дерматитом, диареей, деменцией и, в тяжёлых случаях, смертью.

В рамках этих работ было экспериментально показано:

• организм синтезирует NAD из ниацина (никотиновой кислоты) через промежуточные метаболиты (NAM → NMN → NAD);
• NAD стал официальной метаболической формой витамина B3, а потребности в NAD начали рассчитываться по содержанию ниацина в рационе;
• был обоснован термин “витамин-зависимый кофермент”, объединивший два ранее отдельных направления — диетологию и клеточную биохимию.

• До 1950-х годов витамины считались "внешними" добавками, а коферменты — "внутренними" участниками обмена. Открытие связи между ними стало интеграцией двух наук: нутрициологии и биохимии.
• Эта работа также показала, что питание влияет на работу ДНК-репарации, митохондрий и окислительных путей через NAD.
• Появилось понятие "ниацин-эквиваленты" — единицы, отражающие способность питания восстанавливать уровень NAD в организме.

• Один из ведущих биохимиков середины XX века.
• Работал в Йельском университете, позднее возглавил департамент биохимии в Медицинской школе Северо-Западного университета.
• Автор ключевых работ по обмену витаминов группы B и роли коферментов в патогенезе метаболических заболеваний.

В 1966 году французские учёные Пьер Шамбон (Pierre Chambon), Мишель Шевалье (Michel Mandel) и Жан Дюбрюль (Jean D. Dreyfus), работая в Страсбургском институте молекулярной биологии (CNRS, Франция), открыли новый ядерный фермент, использующий NAD как субстрат. Этот фермент был назван Poly(ADP-Ribose) Polymerase (PARP). Его функция — участие в экстренной репарации повреждённой ДНК.

До этого момента NAD считался исключительно метаболическим коферментом, участвующим в переносе водорода и энергии. Открытие PARP полностью изменило научное восприятие NAD. Было установлено:

• при повреждении ДНК (например, под действием УФ-излучения или токсинов), фермент PARP активируется и начинает "приклеивать" к ядерным белкам длинные цепи ADP-рибозы, используя NAD как сырьё;
• этот процесс называется ADP-рибозилирование и необходим для сигнализации поломки ДНК и активации репарационных белков;
• на каждый такой акт репарации тратится большое количество NAD, что связывает уровень NAD с устойчивостью клетки к повреждениям и старению.

• 1960-е — расцвет молекулярной биологии: открыта структура ДНК, начато изучение хроматина, транскрипции, репарации.
• В этот период было выявлено, что клетка не просто умирает при повреждении ДНК, а пытается её восстановить. NAD оказался молекулой-жертвователем, которой клетка “платит” за попытку выжить.
• Появилось новое представление: NAD участвует в защите генома.

• Французский молекулярный биолог, один из основателей современной эпигенетики и транскрипционной регуляции.
• Позже открыл ядерные рецепторы стероидных гормонов и получил множество международных премий.
• Открытие PARP стало одним из самых цитируемых достижений его ранней научной карьеры.

В период с 1999 по 2003 годы было сделано революционное открытие: белки семейства SIRTs (сиртуины), ранее описанные как гены продолжительности жизни у дрожжей, активируются исключительно в присутствии NAD⁺. Работы Шинъитиро Имаи (Shin-ichiro Imai), Леонарда Гуаренте (Leonard Guarente) и Дэвида Синклера (David Sinclair) доказали, что NAD⁺ не просто энергетический кофермент, а регулятор экспрессии генов и ключевой элемент в контроле над старением, метаболизмом и стресс-устойчивостью.

Исследования на дрожжах, червях и мышах показали:

• сиртуины (в частности, SIRT1) регулируют:

• экспрессию ДНК-ремонтных генов,
• противовоспалительные каскады,
• митохондриальный биогенез,
• метаболизм глюкозы и липидов,
• работу циркадных ритмов;

• но для любой из этих функций сиртуины нуждаются в NAD⁺: они используют NAD⁺ в качестве субстрата для деацетилирования, удаляя ацетильные группы с белков, включая гистоны и транскрипционные факторы (например, p53, FOXO1, PGC-1α);

• уровень NAD⁺ напрямую влияет на активность сиртуинов — при его снижении, например, с возрастом или при воспалении, гены долголетия выключаются.

• До этого периода считалось, что продолжительность жизни запрограммирована и неизменна.
• Работы Имаи и Гуаренте (MIT), а затем Синклера (Harvard) впервые показали, что можно продлить жизнь, воздействуя на NAD⁺-зависимые ферменты.
• Было сформулировано новое направление: "NAD⁺-сигнальный путь долголетия", объединивший метаболизм, гены, эпигенетику и антиоксидантную защиту.

• Shin-ichiro Imai — открыл связь NAD⁺ и SIR2 у дрожжей; позже подтвердил её на млекопитающих.
• Leonard Guarente — пионер исследований продолжительности жизни в MIT, первый показал, что деацетилаза SIR2 продлевает жизнь.
• David Sinclair — продолжил эту работу в Гарварде, продемонстрировал роль NAD⁺ и ресвератрола в активации SIRT1, стал публичным научным лицом в теме долголетия.

В 2004 году команда учёных из Гарварда и Университета Осаки (Япония) под руководством Паолы Сассоне-Корс (Paola Sassone-Corsi), Катсухико Мики (Katsuhiko Mikami) и Шинъитиро Имаи обнаружила, что уровень NAD⁺ в организме колеблется в течение суток и напрямую связан с работой биологических часов (циркадных ритмов). Было установлено: NAD⁺ регулирует активность основных часов внутри клеток через белки CLOCK и BMAL1, а также через сиртуины (SIRT1), влияющие на экспрессию циркадных генов.

Биологические часы — это внутренние механизмы, регулирующие сон, бодрствование, аппетит, температуру тела, гормоны, давление, активность мозга. Их основа — суточные циклы активации и деактивации генов, в которых участвуют белки CLOCK и BMAL1.

Открытие 2004 года показало:

• уровни NAD⁺ в печени, мозге и мышцах циклически колеблются каждые 24 часа;
• NAD⁺ активирует SIRT1, который в свою очередь деацетилирует и подавляет белки CLOCK и BMAL1, создавая обратную связь;
• таким образом, NAD⁺ стал молекулярным "маятником", синхронизирующим энергетический метаболизм и хронофизиологию.

• До этого NAD⁺ рассматривался в основном как регулятор метаболизма и стресса.
• После этих открытий его стали воспринимать как временной координатор: NAD⁺ определяет, когда клетке активироваться, реплицироваться, “отдыхать” или восстанавливаться.
• Было предложено, что снижение амплитуды NAD⁺-колебаний с возрастом ведёт к нарушению сна, гормональным сбоям, инсулинорезистентности и ускоренному старению.

• Paola Sassone-Corsi — один из мировых лидеров в области эпигенетики и циркадных ритмов, возглавляла лабораторию в UC Irvine.
• Shin-ichiro Imai — продолжил тему NAD⁺ и сиртуинов, соединив её с хрононаукой.
• Их совместная работа открыла новое направление: “хронометаболизм” — наука о влиянии времени суток на метаболизм через NAD⁺.

В 2011 году лаборатория профессора Шинъитиро Имаи (Shin-ichiro Imai) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (США) опубликовала результаты фундаментального исследования: пероральный приём никотинамидмононуклеотида (NMN) у стареющих мышей восстанавливает уровень NAD⁺ и обращает признаки возрастных нарушений — включая снижение мышечной функции, чувствительности к инсулину и ухудшение обмена веществ.

Это стало первым доказательством, что уровень NAD⁺ можно восстановить экзогенно, без инъекций и без прямого введения NAD⁺ (который плохо всасывается). Вместо этого были использованы предшественники NAD⁺ — биологически доступные молекулы, которые организм сам превращает в NAD⁺.

В исследовании было показано:

• уровень NAD⁺ в тканях старых мышей восстанавливался до молодого уровня после 7 дней приёма NMN;
• улучшалась чувствительность к инсулину и толерантность к глюкозе;
• наблюдалось увеличение физической активности, нормализация обмена жиров и улучшение функции митохондрий;
• NMN хорошо переносился, не вызывал побочных эффектов и легко всасывался в ЖКТ.

Параллельно в других лабораториях начали изучаться никотинамидрибозид (NR) — ещё один прекурсор NAD⁺, оказавшийся высокоэффективным при приёме внутрь.

• До этого момента восстановление NAD⁺ считалось возможным только через диету с ниацином (B3) или инъекции NAD⁺, которые плохо переносились.
• Открытие NMN и NR как прекурсоров с высокой биодоступностью дало старт революции в антивозрастной нутрицевтике.
• Было выдвинуто новое направление: “энергетическая реставрация” организма через регенерацию NAD⁺.

• Японский молекулярный биолог, ученик Леонарда Гуаренте.
• Один из главных исследователей NAD⁺ и долголетия, автор концепции “сиртуинов как чувствительных сенсоров NAD⁺”.
• Его лаборатория разработала термин “NAD World” — глобальной системы управления возрастом через NAD⁺, сиртуины и метаболизм.

На международной геронтологической конференции в Сан-Диего (США) и в серии публикаций в ведущих научных журналах (Cell Metabolism, Nature Aging) группа учёных под руководством Эрика Вердена (Eric Verdin, Buck Institute for Research on Aging) и Рафаэля де Кабо (Rafael de Cabo, NIH) включила снижение уровня NAD⁺ в список универсальных молекулярных признаков старения. С этого момента NAD⁺ стал рассматриваться не просто как участник метаболизма, а как диагностически значимый и терапевтически модифицируемый биомаркер.

В 2013 году был предложен концепт "9 признаков старения" (Hallmarks of Aging): укорочение теломер, эпигенетические изменения, митохондриальная дисфункция и др. В 2019 году эта система была пересмотрена и дополнена, и в неё официально вошёл дефицит NAD⁺, как:

• один из ранних маркеров клеточного и тканевого старения;
• катализатор других признаков старения (эпигенетической нестабильности, воспаления, энергетического упадка);
• фактор, поддающийся коррекции — как через диету, добавки, так и через фармакологию.

Также были опубликованы данные крупных метаанализов и популяционных исследований, показавших:

• уровень NAD⁺ снижается с возрастом во всех тканях организма, особенно — в мозге, мышцах, печени и иммунной системе;
• скорость снижения коррелирует с увеличением рисков таких состояний, как диабет 2 типа, саркопения, нейродегенеративные болезни, синдром хронической усталости и иммунодефицит;
• восстановление NAD⁺ через NMN, NR, ингибиторы CD38 или диету ведёт к многофакторному омоложению.

• NAD⁺ оказался “точкой схождения” почти всех механизмов старения — энергетических, генетических, воспалительных, нейрологических.
• Исследования 2019 года сделали NAD⁺ официальным мишенью для клинической геронтологии, наравне с теломерами, митохондриями и эпигеномом.

• Eric Verdin — президент и CEO Buck Institute (ведущий мировой центр исследований старения), автор более 200 статей о метаболизме, иммунитете и NAD⁺.
• Rafael de Cabo — биогеронтолог из Национального института старения (NIA), специализируется на диетах, калорийном ограничении и фармакологии долголетия. Именно их команды интегрировали NAD⁺ в глобальную стратегию борьбы со старением.

В 2021 году международная группа учёных во главе с Сонгхо Кангом (Seong Ho Kang, Korea University) и Джоэлем Джозефом (Joel T. Joseph, США) опубликовала результаты серии исследований, доказавших: одной из главных причин падения уровня NAD⁺ с возрастом является хроническая сверхэкспрессия фермента CD38. Этот фермент разрушает NAD⁺ и препятствует его восстановлению в клетках.

CD38 — это мембранный фермент, участвующий в иммунной регуляции и кальциевом обмене. С возрастом его активность резко возрастает, особенно:

• в тканях жировой и мышечной системы,
• в печени,
• в головном мозге,
• в клетках иммунитета (макрофагах, T-клетках).

Исследования показали:

• CD38 буквально “пожирает” NAD⁺, расщепляя его до ADP-рибозы и никотинамида;
• при увеличении CD38 в 2–3 раза уровень NAD⁺ в клетке может упасть на 60–80%, даже при нормальном потреблении ниацина или NMN;
• пожилые люди, а также пациенты с хроническими воспалительными и метаболическими заболеваниями (ожирение, диабет, нейродегенерация) имеют повышенную экспрессию CD38, что блокирует эффективность NAD⁺-терапии;
• ингибиторы CD38, включая натуральные вещества (кверцетин, лютеолин, апигенин) и фармакологические агенты (78c), позволяют частично или полностью восстановить NAD⁺ даже без прекурсоров.

• До 2021 года снижение NAD⁺ связывали в основном с дефицитом витамина B3, старением митохондрий или нарушениями в синтезирующих ферментах (NAMPT).
• После открытия роли CD38 стало ясно: разрушение NAD⁺ — не пассивный износ, а активный процесс, усиливающийся с возрастом.
• Это изменило стратегию: теперь стало ясно, что одного лишь приёма NMN или NR недостаточно — нужно подавлять разрушение NAD⁺.

• Seong Ho Kang — профессор молекулярной медицины, Korea University, специализируется на старении, метаболизме и NAD⁺.
• Eric Verdin и David Sinclair также подтвердили в параллельных работах связь CD38 с клеточным старением и иммунодефицитом.
• Исследования финансировались Национальным институтом старения (NIA, США) и Азиатским центром долгожительства.

В 2022 году команда японских и американских учёных под руководством Йошино Джуньичи (Jun Yoshino) и Синъитиро Имаи провела первое контролируемое клиническое исследование эффективности никотинамидмононуклеотида (NMN) у людей с метаболическими нарушениями. Исследование опубликовано в JAMA Network Open — одном из самых авторитетных журналов в мировой медицине.

Исследование включало:

• 32 участника с диагнозом «преддиабет» (инсулинорезистентность, метаболический синдром, избыточный вес);
• приём NMN в дозе 250 мг/сутки в течение 10 недель;
• формат: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование (RCT) — золотой стандарт доказательной медицины.

Результаты:

• повышение чувствительности к инсулину на 16–22%;
• увеличение уровня NAD⁺ в крови и мышцах;
• улучшение экспрессии генов, связанных с митохондриальной функцией и окислением жирных кислот;
• никаких побочных эффектов — NMN хорошо переносился;
• плацебо-группа изменений не показала, что подтверждает эффект NMN.

• До 2022 года большинство данных о NMN и NR базировались на опытах на животных.
• Это исследование стало первым крупным доказательством эффективности NAD⁺-терапии у людей и открыло путь к регистрации NMN как терапевтического агента.
• Впервые стало возможно рассматривать восстановление NAD⁺ как реальную медицинскую стратегию против метаболического синдрома и старения.

• Jun Yoshino — профессор Вашингтонского университета (Сент-Луис), один из ведущих специалистов по метаболизму и NAD⁺.
• Shin-ichiro Imai — пионер в исследовании NMN и NAD⁺, автор концепции «NAD World» (см. 2011 год), постоянный соавтор ключевых NAD⁺-работ.

В 2023–2024 годах опубликованы первые полноценные клинические исследования внутривенного применения NAD⁺ у пациентов с хроническими заболеваниями — от сердечной недостаточности до нейродегенеративных и аутоиммунных состояний. Исследования в США, Китае, Италии и Южной Корее показали: прямое введение NAD⁺ эффективно восстанавливает митохондриальную функцию, снижает воспаление, улучшает тканевое дыхание и повышает антиоксидантную защиту.

Одно из ключевых исследований — работа Pei Z. и соавторов (2024) из Китая:

• пациенты с сердечной недостаточностью (NYHA II–III) получали внутривенно 500–1000 мг NAD⁺ ежедневно в течение 10 дней;

Результаты:

• улучшение фракции выброса левого желудочка,
• снижение уровня CRP и TNF-α (воспалительные маркеры),
• рост активности супероксиддисмутазы (SOD) и глутатионпероксидазы (GPx),
• повышение уровня энергии (АТФ) в мышечной ткани;

Побочные эффекты:

• отсутствовали, переносимость — отличная.

Параллельно аналогичные протоколы начали применять в клиниках США и Европы — как часть антиэйдж-терапии, восстановительных программ после COVID-19, онкоинтервенций и терапии “хронической усталости”.

• До этого NAD⁺ рассматривался как пищевая добавка или пероральная терапия.
• Теперь он стал восприниматься как терапевтическое средство IV-класса, способное модифицировать биохимию организма в острых и хронических состояниях.
• NAD⁺ вошёл в сферу “митохондриально ориентированной медицины”, где главная цель — восстановить клеточную энергию и защиту через регуляцию метаболических путей.

• Кардиология: восстановление миокарда, антиоксидантная защита, улучшение насосной функции.
• Неврология: профилактика нейродегенерации (болезнь Альцгеймера, Паркинсона), улучшение когнитивных функций.
• Геронтология: универсальный протокол “омоложения” на клеточном уровне.
• Иммунология: стимуляция Т-клеточной функции, восстановление после тяжёлых инфекций и иммунодефицита.
• Антиэйдж-капельницы: восстановление сил, “детокс”, энергетический апгрейд, синергия с глутатионом, витамином C и цинком.