Nature|哈佛医学院DanielKraus和QinYang

烟酰胺-N-甲基转移酶   (NNMT)   作为烟酰胺   （NCA/VB3）   的甲基化酶而被人们熟知，其利用S-腺苷甲硫胺酸   （SAM）   作为甲基供体，甲基化烟酰胺。烟酰胺则是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸   （NAD⁺）   和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸   （NADP⁺）   分子的重要前体物质，NAD⁺和NADP⁺能将细胞氧化还原反应和能量代谢相联系，进而影响能量代谢过程[1]。SAM上的甲基供体除了能甲基化烟酰胺，也能通过甲基化修饰组蛋白调控基因表达，它的另一个功能则是为多胺物质合成提供丙胺基团[2]。先前的研究表明，Nnmt在脂肪组织和肝脏中以高水平表达，而在其他器官中则表达较低。在某些肿瘤、神经退行性疾病、肥胖和糖尿病患者的特定细胞中，这种酶表达显著增加。   代谢组学分析，在肥胖和糖尿病大鼠中，Nnmt表达水平和尿液中甲基烟酰胺含量上升[3]。以上这些研究都表明了Nnmt与肥胖和糖尿病高度相关，并可能在其中具有相当重要的调节作用，而当时对此的研究则较少。因此，本文作者深入研究了Nnmt在肥胖和Ⅱ型糖尿病中的调节作用，发现NNMT是肥胖和糖尿病的一种新型调节剂。

2014年4月10日，哈佛大学医学院Daniel Kraus和Qin Yang团队在Nature上发表了题为Nicotinamide N-methyltransferase knockdown protects against diet-induced obesity的文章，报道了在肥胖和糖尿病小鼠脂肪和肝脏中烟酰胺-N-甲基转移酶表达增加，组织特异性抑制小鼠脂肪和肝脏该基因表达后能通过多胺物质流通途径和NAD⁺途径提高能量代谢率，降低高脂饮食诱导的肥胖现象。

先前研究表明，葡萄糖转运蛋白4   （Glut4）   与肥胖和糖尿病高度相关，在脂肪和Ⅱ型糖尿病患者的脂肪细胞中Glut4表达选择性降低，脂肪组织特异性敲低或过表达Glut4会改变全身的胰岛素敏感性[4]。作者通过使用DNA阵列分析后发现，与它们的对照组相比，Nnmt基因在脂肪组织特异性敲除或过表达Glut4的小鼠白色脂肪组织   （WAT）   中是表达区别最显著的基因，这表明Nnmt可能与肥胖和胰岛素高度相关。

在对Nnmt表达量的探究中，作者发现在肥胖和胰岛素抵抗的小鼠WAT和肝脏中，Nnmt的表达显著上调，并且在WAT中，Nnmt的表达量与不同品系小鼠的脂肪比例和胰岛素抵抗水平呈高度正相关，这进一步证实了Nnmt可能与肥胖和糖尿病相关。

通过反义寡核苷酸法   （ASO）   脂肪和肝脏组织特异性敲低Nnmt表达后[5, 6]，作者发现在高脂日粮   （HFD）   饲喂的情况下Nnmt-ASO处理小鼠的体增重、脂肪比例明显低于对照组，这表明敲低Nnmt可减少小鼠由饮食诱导的肥胖。进一步的组织切片显示，Nnmt-ASO处理小鼠的脂肪细胞的大小明显低于HFD组小鼠，排除了能量摄入和粪脂差异后，作者认为能量消耗增加解释了这一现象。进一步排除了小鼠运动量和棕色脂肪组织产热差异后发现，抑制Nnmt后脂肪细胞和肝细胞氧消耗量增加。以上这些实验表明，抑制Nnmt后能减少小鼠由饮食诱导的肥胖现象，并且以细胞自主方式调节氧消耗进而增加能量消耗。

由于NNMT酶表达量降低，烟酰胺甲基化水平因此受到了影响，在WAT和肝脏中甲基供体SAM和其产物SAH的比例也发生了改变。由于SAM的另一个功能是为多胺物质合成提供丙胺基团，而多胺物质对细胞生长、癌变、衰老等多种细胞功能有至关重要的作用，在能量稳态中也起着重要作用[7]。因此作者推测额外的SAM可能通过“底物分流”的现象转移至多胺物质合成中，进而通过这一途径改变能量代谢水平。而随后的研究发现，Nnmt-ASO处理能促进组蛋白甲基化，且甲基化修饰主要富集在与多胺物质合成代谢相关酶的基因上，处理组小鼠体内与多胺物质合成相关的酶——鸟氨酸脱羧酶   （ODC）   、腺苷甲硫氨酸脱羧酶   （AMD1）   以及与多胺物质代谢相关的酶——亚精胺、精胺-N1- 乙酰转移酶   （SSAT）   的表达量或活性均得到了明显上调，尿液中的多胺代谢产物——乙酰精胺含量也显著升高，这些都表明Nnmt-ASO处理组促进了多胺物质流通。以上这些试验表明抑制Nnmt后，额外的SAM通过“底物分流”现象参与多胺物质流通并且通过甲基化修饰相应基因组蛋白来促进相关酶的表达，进而促进多胺物质的流通。

同时，由于多胺物质代谢需要乙酰辅酶A参与乙酰化精胺和亚精胺，因此，多胺物质流通的激活会降低用于脂肪酸合成的乙酰辅酶A的量，且与脂肪酸合成相关的乙酰辅酶A羧化酶、脂肪酸合成酶的表达量和活性均降低，这些都抑制了脂肪酸的合成，进而抑制脂肪沉积。

NNMT反应的另一种底物是烟酰胺，研究发现Nnmt敲低处理不改变脂肪和肝脏组织中的烟酰胺水平，额外的烟酰胺通过补救途径转化为NAD⁺。NAD⁺是一种脱乙酰酶SIRT1活性的辅助因子，能影响能量代谢。Nnmt-ASO处理能显著上调SIRT1靶基因——CD36、过氧化氢酶、琥珀酸脱氢酶B、生长停滞和DNA损伤诱导蛋白的表达，这些基因能通过其他途径调整机体能量代谢水平。

综上，   Nnmt   是一种独特的肥胖调节因子，它通过直接改变   NAD⁺和   SAM   来影响组蛋白甲基化、多胺通量和   SIRT1   信号传导。   Nnmt   抑制导致代谢底物消耗，同时以细胞自主方式增加能量消耗，这些独特的功能使   Nnmt   成为治疗肥胖症和Ⅱ型糖尿病的新型研究方向。

原文链接：https://www.nature.com/articles/nature13198

制版人：WAVES

参考文献：

1. Houtkooper, R.H., et al.,   The secret life of NAD⁺: an old metabolite controlling new metabolic signaling pathways.   Endocr Rev, 2010.   31   (2): p. 194-223.

2. Teperino, R., K. Schoonjans, and J. Auwerx,   Histone methyl transferases and demethylases; can they link metabolism and transcription?   Cell Metab, 2010.   12   (4): p. 321-327.

3. Salek, R.M., et al.,   A metabolomic comparison of urinary changes in type 2 diabetes in mouse, rat, and human.   Physiol Genomics, 2007.   29   (2): p. 99-108.

4. Yang, Q., et al.,   Serum retinol binding protein 4 contributes to insulin resistance in obesity and type 2 diabetes.   Nature, 2005.   436   (7049): p. 356-62.

5. Bennett, C.F. and E.E. Swayze,   RNA targeting therapeutics: molecular mechanisms of antisense oligonucleotides as a therapeutic platform.   Annu Rev Pharmacol Toxicol, 2010.   50   : p. 259-93.

6. Erion, D.M., et al.,   SirT1 knockdown in liver decreases basal hepatic glucose production and increases hepatic insulin responsiveness in diabetic rats.   Proc Natl Acad Sci U S A, 2009.   106   (27): p. 11288-93.

7. Pegg, A.E. and R.A. Casero, Jr.,   Current status of the polyamine research field.   Methods Mol Biol, 2011.   720   : p. 3-35.