Nmnat3-KO 基因敲除小鼠

NMNAT3，也称为烟酰胺单核苷酸腺苷转移酶3，是细胞内NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）生物合成途径中的一种关键酶。NAD+是一种重要的辅酶，在调节多种生物学过程中发挥着重要作用，包括代谢和基因表达。它通过控制三羧酸循环、β-氧化和氧化磷酸化等酶的活性来调控线粒体呼吸，同时还作为去乙酰化酶和ADP-核糖聚合酶（PARP）等蛋白质后翻译修饰的底物[1]。随着年龄的增长，NAD+的水平会下降，这会导致多种与衰老相关的疾病。研究表明，激活NAD+代谢可以防止NAD+水平随着年龄的增长而下降，而NAD+前体的饮食补充与对抗与年龄相关的胰岛素抵抗有关[1]。

在人类细胞中，NMNAT3定位于3号染色体上，编码两种mRNA剪接变体NMNATv1和FKSG76，而之前报道的NMNAT3v2转录本并不存在[4]。然而，NMNATv1和FKSG76蛋白无法检测到，这与发现它们mRNA中的上游开放阅读框（ORF）会负向调节翻译一致。NMNATv1转染实验表明，该蛋白位于细胞质中且无活性，而FKSG76则位于线粒体中，但它参与NAD+的裂解而非合成。与缺乏NMNAT3一致，研究表明，细胞外NAD+，而不是其代谢前体，以ATP非依赖的方式维持线粒体NAD+池。这些数据改变了线粒体NAD+起源的情景，表明在人类细胞中，NMNAT3不存在于线粒体中，细胞质NAD+维持线粒体NAD+池，类似于植物和酵母[4]。

研究表明，NMNAT3过表达在多种组织中有效地增加了NAD+水平，并防止了与年龄相关的NAD+水平的下降。NMNAT3过表达小鼠对饮食诱导的和年龄相关的胰岛素抵抗具有保护作用。此外，在NMNAT3转基因小鼠的骨骼肌中，三羧酸循环活性显著增强，氧化磷酸化的能量来源转向脂肪酸氧化。在衰老的NMNAT3转基因小鼠中，活性氧（ROS）的产生也显著抑制。这些结果表明，NMNAT3过表达可以改善代谢健康，并且NMNAT3是治疗由衰老引起的代谢紊乱的诱人治疗靶点[1]。

线粒体翻译缺陷与神经退行性疾病和心血管疾病相关。细胞通过自噬过程利用溶酶体机制消除缺陷的线粒体。研究表明，线粒体翻译缺陷的心脏表现出含有脂褐质的扩大溶酶体，表明溶酶体和自体溶酶体功能受损。这些小鼠还表现出自噬异常，如p62积累和LC3在断裂的线粒体周围的定位。NAD+生物合成酶编码基因的表达（如Nmnat3和Nampt）以及NAD+水平下降，表明NAD+对于维持溶酶体酸化至关重要。相反，烟酰胺单核苷酸（NMN）给药或Nmnat3过表达挽救了溶酶体酸化。Nmnat3基因表达受到HIF1α的抑制，HIF1α是由线粒体翻译缺陷稳定的转录因子，表明HIF1α-Nmnat3介导的NAD+产生对于溶酶体功能很重要。糖酵解酶GAPDH和PGK1被发现与溶酶体囊泡相关，NAD+对于维持溶酶体囊泡周围的ATP产生是必需的。因此，研究表明，受线粒体功能障碍影响的NAD+含量对于溶酶体的维持至关重要[2]。

研究表明，NMNAT2在青光眼视网膜神经节细胞（RGCs）中下调，而RGC特异性基因治疗可以挽救神经退化和视觉功能。研究表明，在无氧小鼠和由硅油诱导的眼内压升高（SOHU）/青光眼小鼠的RGCs中，只有NMNAT2，而不是NMNAT1或NMNAT3，显著下调。通过视网膜下注射介导的过表达长半衰期NMNAT2突变，可以恢复青光眼RGCs和视神经中的NAD+水平。此外，这种RGC特异性基因治疗策略在创伤性视神经压榨模型和SOHU青光眼模型中提供了显著的神经保护，保护了RGC细胞体和轴突，并保持了视觉功能。因此，NMNAT2在青光眼RGCs中的表达减弱会导致有害的NAD+下降，而通过AAV2-mSncg载体调节RGC内源性NMNAT2水平是一种很有前景的基因治疗方法，用于治疗青光眼神经退行性变[3]。

NMNAT3在多种疾病中发挥着重要作用，包括糖尿病周围神经病变、肥胖和胶质瘤。NMNAT3在糖尿病周围神经病变中的作用机制尚不清楚。研究表明，ENPP3和NUDT12可能是DPN的潜在生物标志物，并为DPN的进一步研究提供了参考[6]。肥胖与NAD+/SIRT通路表达降低有关。研究表明，SIRT1、SIRT3、NAMPT、NMNAT3和NRK1的表达显著下调，而主要细胞NAD+消耗者PARPs的活性趋于升高[7]。胶质瘤患者中，NAD+代谢相关基因特征与免疫检查点抑制剂（ICI）疗效相关。研究表明，NAD+代谢相关基因特征（NMRGS）-高组的患者比NMRGS-低组的患者预后差。NMRGS-高组的患者表现出更免疫抑制的微环境、更高的肿瘤突变负荷（TMB）、更高的人类白细胞抗原（HLA）表达，并对ICI治疗有更好的治疗反应[5]。

综上所述，NMNAT3是一种重要的NAD+生物合成酶，在维持NAD+水平、调节代谢和基因表达以及预防与衰老相关的疾病中发挥着重要作用。NMNAT3过表达可以改善代谢健康，并可能成为治疗由衰老引起的代谢紊乱的诱人治疗靶点。NMNAT3在多种疾病中发挥着重要作用，包括糖尿病周围神经病变、肥胖和胶质瘤。NMNAT3的研究有助于深入理解NAD+代谢的生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。