尼克酰胺-N-甲基轉(zhuǎn)移酶的研究進(jìn)展

李座宇 麻 勇

1951年，尼克酰胺-N-甲基轉(zhuǎn)移酶(nicotinamide N-methyltransferase, NNMT)被提純出來并確定了其具有甲基化的功能，但具體的作用機制未明。最初對NNMT的研究多為其甲基化功能對脂肪細(xì)胞功能及能量代謝的影響。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)NNMT在炎性反應(yīng)、腫瘤形成等也具有重要作用，相關(guān)生物學(xué)效應(yīng)成為了多個領(lǐng)域的研究熱點。

NNMT編碼基因位于第11號染色體，由2個內(nèi)含子和3個外顯子構(gòu)成，全長16.5kb，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA具有1579個堿基，編碼的蛋白具有264個氨基酸。NNMT最重要的功能是以S-腺苷基甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)為甲基供體催化尼克酰胺(nicotinamide，NAM)的甲基化反應(yīng)，生成S-腺苷-L-高半胱氨酸(s-adenosyl-l-homocysteine,SAH)和甲基尼克酰胺(N1-methylnicotinamide,MNA)。NNMT基因在肝臟中的表達(dá)最高，其次在脂肪組織(皮下及內(nèi)臟)、動脈(主動脈和冠狀動脈)、肌肉及間葉組織中高表達(dá)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和造血細(xì)胞中低表達(dá)。然而，NNMT基因在肝臟和脂肪組織中的表達(dá)也可受代謝狀態(tài)的影響而發(fā)生大幅變化[1～3]。目前已知NNMT基因在癌細(xì)胞中的表達(dá)活性可受信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子-3(signal transducer and activator of transcription-3，Stat3)、肝細(xì)胞核因子-1β(hepatocyte nuclear factor 1β，HNF-1β)等調(diào)節(jié)因子的調(diào)節(jié)，但其具體機制尚未闡明。

一、NNMT與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸代謝

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)最重要的功能是為線粒體復(fù)合體Ⅰ提供電子以及調(diào)節(jié)多種氧化還原反應(yīng)酶的功能，也可以和去乙?；?、聚-ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶共同參與脫乙酰作用及ADP-核糖基化反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)多種代謝過程[4, 5]。研究NNMT的實驗中的最佳底物是NAM，NAM是生成NAD+的前體，因此理論上NNMT甲基化NAM的過程可影響NAD+依賴性酶的活性。但實驗證實NNMT并不直接調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)NAM及NAD+的量，降低活體小鼠NNMT基因的表達(dá)未引起NAM在肝臟及脂肪組織中堆積，也未引起肝細(xì)胞內(nèi)NAD+量的改變，但是現(xiàn)在尚沒有充足的證據(jù)解釋這種現(xiàn)象[3, 6]。

二、NNMT與炎癥

在小鼠和人類的炎癥損傷中，組織中NNMT表達(dá)明顯升高。例如伴有肌肉萎縮的COPD患者的肺組織及骨骼肌、營養(yǎng)不良患者的骨骼肌、刀豆球蛋白A引起的肝炎及肺動脈高壓等[7，8]。在患有上述基礎(chǔ)疾病的患者及實驗?zāi)Ｐ椭?，炎性反?yīng)被認(rèn)為是促進(jìn)NNMT表達(dá)及活性增加的因素。在細(xì)胞水平的實驗中，用IL-6、TNF-α或TGF-β刺激人骨骼肌成肌細(xì)胞，可導(dǎo)致NNMT表達(dá)升高。因此，NNMT及MNA在炎性反應(yīng)中被認(rèn)為是保護(hù)因素，但具體的保護(hù)機制仍待進(jìn)一步研究[9]。

三、NNMT與氧化應(yīng)激

有研究發(fā)現(xiàn)，用高濃度H2O2處理成肌細(xì)胞，NNMT的表達(dá)降低。若上調(diào)骨骼肌細(xì)胞NNMT的表達(dá) ，則降低了蛋白質(zhì)氧化和H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，從而證明了NNMT在骨骼肌細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)中起保護(hù)作用。

Tanaka等[10]用棕櫚酸脂-白蛋白刺激腎小管上皮細(xì)胞并檢測19種候選酶的mRNA表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)NNMT基因編碼的mRNA表達(dá)水平最高，游離脂肪酸集合白蛋白刺激小鼠腎臟也產(chǎn)生同樣的趨勢，血漿檢測發(fā)現(xiàn)NNMT的代謝物MNA也明顯增加。用游離脂肪酸集合白蛋白刺激NNMT基因過表達(dá)小鼠的腎臟，與野生型小鼠比較，腎小管細(xì)胞凋亡的比例明顯降低?？诜﨧NA也可改善游離脂肪酸集合白蛋白過載的小鼠腎臟中的氧化應(yīng)激、凋亡、壞死、炎癥和纖維化。由此證明NNMT通過生成MNA保護(hù)腎小管上皮細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷。

四、NNMT與癌癥

隨著基因芯片技術(shù)進(jìn)步及蛋白組學(xué)技術(shù)發(fā)展，人們研究發(fā)現(xiàn)NNMT在不同的癌組織中呈現(xiàn)差異性表達(dá)。當(dāng)前研究發(fā)現(xiàn)，NNMT在腦膠質(zhì)瘤、甲狀腺乳頭狀癌、腎透明細(xì)胞癌、膀胱癌等癌組織中的表達(dá)量明顯高于鄰近的正常組織，然而，NNMT僅在肝細(xì)胞癌組織中呈現(xiàn)表達(dá)量降低。在膀胱癌、腎透明細(xì)胞癌、胰腺癌、口腔鱗狀細(xì)胞癌等細(xì)胞中，下調(diào)NNMT的表達(dá)可使癌細(xì)胞的增殖及侵襲能力減弱，提示NNMT在癌細(xì)胞中高表達(dá)是增加癌細(xì)胞侵襲性的因素之一，但促使癌細(xì)胞中NNMT表達(dá)增高的因素尚未發(fā)現(xiàn)[11,12]。

上述研究表明NNMT在不同的癌癥表型中確實起著重要的作用，但其作用機制尚未闡明。因此，Ulanovskaya提出了一個假說，即NNMT可能起到甲基供體庫的作用[13]。SAM被認(rèn)為是所有甲基轉(zhuǎn)移酶的輔因子，包括NNMT及組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，所以常用SAM與其產(chǎn)物SAH的比值(SAM/SAH)來描述甲基轉(zhuǎn)移酶的活性。在腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞中過表達(dá)NNMT，SAM/SAH的值下降，與轉(zhuǎn)錄抑制因子有關(guān)的結(jié)合位點甲基化水平下降，而某些促癌基因產(chǎn)物的表達(dá)增加。若使卵巢癌細(xì)胞SKOV3的NNMT基因低表達(dá)，則情況相反。類似的甲基化也發(fā)生在一種非甲基化蛋白——蛋白磷酸酶2上，這提示細(xì)胞內(nèi)仍有其他靶點可以隨著NNMT表達(dá)情況的改變而呈現(xiàn)出不同的甲基化水平[14]。由此可見，NNMT與癌細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)之間具有特定的聯(lián)系，但這種聯(lián)系仍需進(jìn)一步探索。

五、NNMT與內(nèi)皮

有研究發(fā)現(xiàn)，NNMT甲基化NAM的產(chǎn)物-MNA具有促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞釋放前列環(huán)素的功能，從而減緩血栓形成及炎性反應(yīng)。MNA通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞釋放NO抵抗鈣通道和乙酰膽堿的縮血管作用,并能夠通過調(diào)節(jié)ADMA-DDAH通路減輕動脈粥樣硬化的形成[15，16]。MNA對內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)功能可能是通過環(huán)氧化酶-2及內(nèi)皮型一氧化氮合酶介導(dǎo)，但具體機制尚未闡明。因此，對MNA的研究可能成為內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙疾病(如血栓、高血壓、動脈粥樣硬化等)治療藥物研發(fā)的新方向。

六、NNMT與脂肪組織

脂肪組織中NNMT及MNA的表達(dá)與胰島素抵抗及BMI指數(shù)呈正相關(guān)[1, 2]。Kannt等[1]發(fā)現(xiàn)與健康人群相比，2型糖尿病患者的皮下及網(wǎng)膜的脂肪組織中NNMT的表達(dá)量成倍增加。網(wǎng)膜脂肪組織中NNMT及MNA的表達(dá)與胰島素抵抗呈正相關(guān)，增加患者的胰島素敏感度，脂肪組織中的NNMT表達(dá)量降低。但這項研究并沒有探討NNMT的表達(dá)與BMI的關(guān)系。Liu等[2]通過分析1160個中國人血清樣本發(fā)現(xiàn)，MNA的表達(dá)與BMI、腰臀圍呈正相關(guān)。Kannt等[1]開展的研究顯示，2型糖尿病患者與對照組的BMI分別為47kg/m2和33kg/m2。Liu等[2]的研究對象只有23～24kg/m2，比較以上3組研究對象的BMI與NNMT的表達(dá)情況卻并不遵循上述規(guī)律，而造成這種差異的原因尚不清楚，可能歸因于種族特性和研究隊列的大小。上述研究表明，NNMT甲基化NAM的過程可能造成胰島素抵抗。然而，NNMT抑制劑應(yīng)用于肥胖和糖尿病的治療仍有待于深入研究，長期應(yīng)用NNMT抑制劑對肝臟及內(nèi)皮等組織的影響是其應(yīng)用于臨床前需要解決的問題。

七、其 他

NNMT在人胚胎干細(xì)胞中高表達(dá)，其甲基化功能消耗了大量的SAM，從而抑制了其他甲基化酶的功能，導(dǎo)致DNA和組蛋白處于低甲基化狀態(tài)，這是低分化多能性胚胎干細(xì)胞的特性。隨著低分化多能性胚胎干細(xì)胞發(fā)育，NNMT的表達(dá)逐漸降低，更多的SAM被用于其他甲基化酶催化的反應(yīng)。

NNMT在肝臟表達(dá)最強，但肝臟中大多數(shù)的甲基供體被胍基乙酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶及磷脂酰乙醇胺N-甲基轉(zhuǎn)移酶所利用。因此降低NNMT表達(dá)后，肝臟中SAM/SAH的值無顯著變化。高劑量的NNMT底物——NAM可引起肝臟SAM消耗，但僅限于飼以低甲基供體的飲食。

綜上所述，隨著對NNMT研究的增多，其生物學(xué)效應(yīng)越來越被大家重視。對NNMT的研究主要基于NNMT的甲基化功能、NAM的代謝和MNA的代謝功能。對MNA生理學(xué)功能的研究最重要的是找到其下游靶點而發(fā)現(xiàn)新功能。NNMT在許多疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中均起作用，如哮喘、非酒精性脂肪肝、精神疾病(如精神分裂癥及癲癇)等，但具體機制仍有待研究[17～19]。2017年10月26日，歐盟批準(zhǔn)了MNA作為新資源食品的申請，隨著對NNMT研究的深入，其科研前景及臨床應(yīng)用價值將被進(jìn)一步發(fā)掘。