烟酰胺腺嘌呤二核苷酸对神经行为表型的影响:可改善新生儿缺氧缺血性脑损伤

doi:10.4103/NRR.NRR-D-23-01490

摘要/Abstract

摘要：

新生儿缺氧缺血性脑损伤是导致缺氧缺血性脑病和脑瘫的主要原因。目前临床上治疗缺氧性脑损伤的有效方法仍然很少。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸在抗缺氧性脑损伤方面具有一定的神经保护作用，但其作用机制尚等进一步探讨。为了解外源性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸对新生缺氧缺血性脑损伤小鼠模型的神经保护作用及其分子机制。实验于手术前 30 min腹腔注射烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（5mg/kg），之后每 24 h注射1次。结果显示，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸可以缩小缺氧缺血脑损伤小鼠的大脑梗死面积，改善小鼠认知行为学表现。TMT 蛋白质组学检测显示，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸干预后的缺氧缺血性脑损伤小鼠多种蛋白质发生了变化。PRM平行反应监测和 Western 印迹进一步证实了 SERPINA3N、FN1、NT5C1A、MAP2 和 CPLX2 等蛋白的表达。蛋白质组学结果表明，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸可通过炎症相关的途径，包括核因子-kappa B 信号通路、丝裂原活化蛋白激酶信号通路和磷脂酰肌醇 3 激酶/蛋白激酶 B 信号通路改善缺氧缺血性脑损伤。这些研究结果表明，使用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸治疗可通过炎症相关途径改善缺氧缺血性脑损伤小鼠的神经行为表型，提示烟酰胺腺嘌呤二核苷酸可能成为新生儿缺氧缺血脑损伤治疗的潜在药物。

https://orcid.org/0000-0002-5698-7284 (Hong Ni)

Abstract: Neonatal hypoxic-ischemic brain injury is the main cause of hypoxic-ischemic encephalopathy and cerebral palsy. Currently, there are few effective clinical treatments for neonatal hypoxic-ischemic brain injury. Here, we investigated the neuroprotective and molecular mechanisms of exogenous nicotinamide adenine dinucleotide, which can protect against hypoxic injury in adulthood, in a mouse model of neonatal hypoxic-ischemic brain injury. In this study, nicotinamide adenine dinucleotide (5 mg/kg) was intraperitoneally administered 30 minutes before surgery and every 24 hours thereafter. The results showed that nicotinamide adenine dinucleotide treatment improved body weight, brain structure, adenosine triphosphate levels, oxidative damage, neurobehavioral test outcomes, and seizure threshold in experimental mice. Tandem mass tag proteomics revealed that numerous proteins were altered after nicotinamide adenine dinucleotide treatment in hypoxic-ischemic brain injury mice. Parallel reaction monitoring and western blotting confirmed changes in the expression levels of proteins including serine (or cysteine) peptidase inhibitor, clade A, member 3N, fibronectin 1, 5′-nucleotidase, cytosolic IA, microtubule associated protein 2, and complexin 2. Proteomics analyses showed that nicotinamide adenine dinucleotide ameliorated hypoxic-ischemic injury through inflammation-related signaling pathways (e.g., nuclear factor-kappa B, mitogen-activated protein kinase, and phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B). These findings suggest that nicotinamide adenine dinucleotide treatment can improve neurobehavioral phenotypes in hypoxic-ischemic brain injury mice through inflammation-related pathways.

Key words: brain injury, cerebral palsy, hypoxia, hypoxic-ischemic brain injury, inflammation, neuroprotection, nicotinamide adenine dinucleotide, neonate, nicotinamide adenine dinucleotide, proteomics

. 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸对神经行为表型的影响:可改善新生儿缺氧缺血性脑损伤[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2024, 19(12): 2760-2772.

Xiaowen Xu, Xinxin Wang, Li Zhang, Yiming Jin, Lili Li, Meifang Jin, Lianyong Li, Hong Ni. Nicotinamide adenine dinucleotide treatment confers resistance to neonatal ischemia and hypoxia: effects on neurobehavioral phenotypes[J]. Neural Regeneration Research, 2024, 19(12): 2760-2772.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

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延伸阅读

NRR：苏州大学倪宏团队提出烟酰胺腺嘌呤二核苷酸可作为新生儿缺氧缺血脑损伤治疗的潜在药物

撰写：徐晓雯，王鑫鑫，张莉，倪宏

新生儿缺氧缺血性脑损伤 (Neonatal hypoxic ischemic brain injury, HI)是缺氧缺血性脑病、脑瘫、儿童早发性脑和行为障碍、急性死亡和慢性残疾的主要原因，但目前有效的临床治疗方法依然很少[1]。HI引起的氧化应激、神经炎症加重、神经元细胞死亡增加，是不利于神经修复的微环境。有研究指出烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）可减弱脑损伤后的氧化应激、炎症、神经元死亡和水肿，对恢复神经功能有着关键作用[2]。然而，NAD在新生儿缺氧缺血性脑损伤中的神经保护作用尚不明确。

近期，苏州大学附属儿童医院的倪宏团队在《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）2024年第12期上发表的研究发现NAD可显著改善新生儿缺氧缺血性脑损伤小鼠的认知行为学。此外，蛋白质组学结果提示NAD的抗缺氧损伤的神经保护机制可能通过多个炎症相关通路，包括NF-kappaB信号通路、MAPK信号通路和PI3K-Akt信号通路。该研究带来的启示：NAD可作为一种神经保护药物，其可能在未来新生儿缺氧缺血脑损伤急性期的治疗中起到关键作用。

新生儿缺氧缺血脑损伤发生后，多种损伤机制参与其中，导致包括氧化应激和神经炎症在内的继发性损伤。因此，实验首先观察了神经保护作用药物NAD治疗是否对新生缺氧脑损伤小鼠模型有神经保护作用。NAD可以改善小鼠大脑梗死面积以及包括神经反射、旷场实验、足误实验在内的认知行为学。此次研究首次证明NAD在新生儿缺氧缺血脑损伤中的神经保护作用。以往研究也显示NAD在脑卒中、阿尔茨海默病、亨廷顿病等神经系统疾病中均表现出保护作用[2-4]。此研究还采用了蛋白质学组学方法，进一步说明NAD可能通过改善神经炎症发挥神经保护作用。这些结果表明，NAD治疗对新生儿缺氧缺血脑损伤的神经保护作用与改善神经炎症相关。

总之，NAD在新生儿缺氧缺血脑损伤中有非常重要的神经保护作用。该研究表明，NAD给药后, 新生儿缺氧缺血脑损伤小鼠的大脑梗死面积明显减小，以及神经反射、旷场实验、足误实验等神经行为学表现明显改善。蛋白质学组学又进一步说明NAD可能通过改善神经炎症发挥作用。此项研究表明NAD可能成为新生儿缺氧缺血脑损伤治疗的潜在药物。

当然该研究也存在一定的局限性。该研究仅通过腹腔注射多种浓度的NAD药物，发现NAD对认知行为学的影响，并未通过多种给药途径包括静脉注射、口服等来进一步明确NAD发挥作用的治疗时间窗。因此，接下来，需要进行进一步的多途径给药方式和临床相关治疗时间窗的研究，以进一步评估NAD作为新生儿缺氧缺血脑损伤的神经保护治疗药物的潜力。

原文链接：https://doi.org/10.4103/NRR.NRR-D-23-01490

参考文献

[1]Daher I, Le Dieu-Lugon B, Lecointre M, et al. Time- and sex-dependent efficacy of magnesium sulfate to prevent behavioral impairments and cerebral damage in a mouse model of cerebral palsy. Neurobiol Dis. 2018;120:151-164

[2]Lautrup S, Sinclair DA, Mattson MP, et al. NAD(+) in brain aging and neurodegenerative disorders. Cell Metab. 2019;30:630-655

[3]Dora E. Glycolysis and epilepsy-induced changes in cerebrocortical NAD/NADH redox state. J Neurochem. 1983;41:1774-1777.

[4]Forte M, Bianchi F, Cotugno M, et al. Pharmacological restoration of autophagy reduces hypertension-related stroke occurrence. Autophagy. 2020;16:1468-1481

（照片提供自：苏州大学附属儿童医院倪宏教授实验室）

第一作者徐晓雯于2021年在苏州大学附属儿童医院攻读医学博士学位，并于同年加入苏州大学儿科临床研究院脑科学研究所倪宏教授团队。

通讯作者倪宏教授，博士研究生导师，苏州大学儿科临床研究院脑科学研究所所长，江苏省首批卫生拔尖人才。浙江大学获医学博士学位（Ph.D.），北京大学第一医院儿科神经博士后（2003-2005）。多次赴德国和日本等地访学。SCI源刊《Frontiers in Neurology》副主编（Associate Editor），《Frontiers in Endocrinology》《Frontiers in Neuroscience》客座副主编。主持国家自然科学基金6项，以第一作者(或通讯作者)发表SCI期刊论文35篇。获省市科技进步奖5项。中国微循环学会理事兼神经保护与康复专委会、脑血管病专委会常委，中华医学会儿科学分会脑科学委员会委员。