NAD+ 是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (Nicotinamide adenine dinucleotide) 的簡稱。它是存在於身體每一個細胞的輔酶,與身體中的酶互相配合,催化身體各種化學反應。為了明白NAD+作為「輔酶」的角色,我們首先要了解與其關係密切的「酶」。
What’s an enzyme?
甚麼是「酶」?
酶是一種蛋白質。我們的身體內有超過1000種酶,它們是身體各個生物功能的催化劑。舉例來說,我們的唾液中就有澱粉酶,負責將食物中的碳水化合物分解成細小分子,好讓胃部及小腸吸收。除了將分子分解外,部分酶還會幫忙建構分子,ATP合酶(Adenosine triphosphate synthase, ATP Synthase)就是其中之一。它是與NAD+合作為身體製造能量的一種重要的酶。
甚麼是「輔酶」?
輔酶是非蛋白分子。它們暫時依附在酶上,透過電子的傳遞,催化身體的化學反應。作為輔酶的NAD+與酶ATP Synthase傳遞電子,為細胞製造能量。輔酶實質上是微細的輸送者,反覆地向酶傳遞電子。
我們從哪裡得到輔酶?
我們的身體會自行製造輔酶,同時我們亦會透過膳食或補健品以維他命的形式來得到輔酶。不同維他命在輔酶的角色上都有所不同。部分維他命如葉酸及其他維他命B,為身體提供建築塊以製造輔酶。而維他命C 及E 的角色則不是建築塊,可獨立地以抗氧化劑的方式發揮效用。
我們如何得到NAD+?
NAD+ 由身體細胞自行製造。禁食和運動等方法可以增加身體製造NAD+。另外,我們亦可以透過補充劑提升NAD+水平。進食含豐富維他命B3的食物和服食NAD+補充品都有助維持體內的NAD+。
如果你希望只以食物來幫助維持NAD+水平的話,你可以考慮含豐富維他命B3的食物,如牛奶、蘑菇、魚、綠色蔬菜和酵母等。
由於NAD+無法直接進入細胞,直接服食 NAD+ 補充劑對提升體內NAD+水平的效果有限。科學文獻Journal of Nutritional Science and Vitaminology中的一篇論文表明,我們的身體會將口服的 NAD+ 分解成更細小的分子,以進入細胞,然後在細胞內再次重新組成 NAD+。這種分解和組裝的過程需要耗用額外的能量和時間,所以透過直接服食 NAD+ 補充劑提高身體NAD+水平並非一個高效的方法。
補充維他命B3是提升NAD+ 的最佳方法。維他命B3是NAD+的前體。它們的分子較NAD+細小,一旦它們穿過細胞,酶便會發揮作用以細小的維他命B3作為建築塊,組合起來形成NAD+。
維他命 B3 有 3 種主要形式:煙酸 (Niacin)、煙酰胺 (Nicotinamide)及煙酰胺核苷 (Nicotinamide riboside)。煙酸常見於多種維他命和穀物片中,但高劑量的煙酸會引起臉部發紅等副作用。煙酰胺雖然不會引起這種副作用,但卻是一種低效率的 NAD+ 前體,亦會抑制Sirtuins這類對於細胞修復很重要的酶。三種維他命B3中,只有煙酰胺核苷既安全,亦能有效地提升體內NAD+ 的水平。
NAD+有什麼作用?
NAD+ 的主要功能體現在身體細胞的線粒體 (Mitochondria)中。線粒體是「細胞的發電站」,透過製造三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate/ ATP) 這種能量儲存分子,能為細胞提供能量。
在細胞中,線粒體會用多種不同方法製造ATP。電子傳輸鏈是其中一種在線粒體內高效製造ATP的方法,能滿足身體細胞大部分的能量需求。在此過程中,輔酶NAD+就充當傳遞機制,為線粒體內的酶傳送電子,製造ATP。
當NAD+接受電子後,NAD+的結構便會添加了一粒帶正電荷的氫離子,變成NADH。隨後,NADH會將電子傳送到其他酶上,並釋出氫離子,NADH便會變回NAD+。
在傳送電子後,NAD+就已完成任務。電子為線粒體中的酶提供動力,這些酶整齊排列,將電子由一個酶傳送到下一個酶,直至到達最後一個步驟ATP Synthase,製造ATP。最後,ATP 被發送到整個細胞,提供能量。總括而言,NAD+是一個重要的電子傳遞載體,可啟動電子傳輸鏈,驅使線粒體製造及提供能量。
NAD+, 多聚ADP-核糖聚合酶 (PARP) 及 Sirtuins
NAD+除了與ATP Synthase發揮功用外,它也會與其他酶發揮作用。例如負責調節細胞的sirtuins 和負責修復DNA的PARP,它們都需要NAD+的輔助,才能發揮作用。
暴飲暴食、飲酒、睡眠不足、缺乏運動和病毒感染等會導致體內NAD+水平下降,線粒體因而會過度製造能量,對細胞做成傷害。
Sirtuins和PARP在細胞修復上正正扮演重要角色。與ATP Synthase 不同,NAD+在Sirtuins的角色並非傳遞電子,而是利用 NAD+ 作為輔酶來進行去乙醯化 (deacetylation)的過程。而PARP則利用 NAD+ 來輔助執行核糖基化 (ribosylation) 的過程。這兩個由NAD+輔助進行的過程是處理細胞壓力和DNA修復的重要程序中的第一步。
為何NAD+這麼重要?
NAD+ 是一種重要的輔酶,它可幫助我們的身體產生能量,及執行很多其他細胞程序。簡單如將空氣吸入肺部,或將血液泵入心臟,當中所牽涉的化學作用也得靠NAD+完成。
然而,NAD+ 在能量製造上的角色花了好一些時間才得到公眾的關注。於1906年,科學家 Arthur Harden 和 William John Young 在研究發酵過程時首次發現NAD+。其後,Arthur Harden繼續Louis Pasteur 早前對酵母的研究,並嘗試更深入了解酵母的代謝過程。可惜,這項研究並沒有得到大眾的關注。儘管這些研究結果對科學界來說是一項重大的發現,但NAD+的重要性仍未被真正發現。
直至1930年代,糙皮病(又稱「黑舌病」)在美國南部肆虐,令研究得以加速進行。糙皮病是一種致命疾病,會導致皮膚發炎、腹瀉、認知障礙和口腔潰瘍等症狀。當時,Joseph Goldberger發現,糙皮病是由維他命 B3 缺乏而引致。他的實驗顯示,進食牛奶和酵母能紓緩相關症狀。最後,Joseph Goldberger的研究引申出煙酸 (Niacin)的配方的出現,也就是維他命B3的最早形式。煙酸成為了治療糙皮病的有效營養素,患者在服食煙酸幾天後病情便得到顯著改善。這發現成功令科學家重新開展NAD+的相關研究。
可幸的是,糙皮病不再是常見疾病。然而,針對衰老的研究表明,在NAD+的討論當中,線粒體的健康最為重要。新南威爾士大學藥理學系的 Hassina Massudi 和其研究團隊揭露了NAD的代謝隨人類年齡的變化。 研究表明,人類在40歲後 NAD+水平下降超過 50%,而NAD+水平下跌與線粒體的效率息息相關。
在這一浪NAD+熱潮下,NAD+的相關研究率先發現了一種能更有效提高 NAD+ 水平的方法 – 煙酰胺核苷 (Nicotinamide riboside)。直至現在,我們更了解NAD+ 背後的科學原理,及它在我們體內的角色及功能。進一步的研究有望繼續提供令人鼓舞的消息,挑戰人類細胞老化的自然現象。