Никотинамидфосфорибозилтрансфераза

Никотинамидфосфорибозилтрансфераза (НАМФТ, англ. Nicotinamide phosphoribosyltransferase, NAMPT) — фермент класса трансфераз, катализирующий ключевую реакцию в биосинтезе никотинамидадениндинуклеотида (НАД⁺) из никотинамида. Данный фермент является лимитирующим в так называемом «запасном» пути (salvage pathway) синтеза НАД⁺, что делает его критическим регулятором клеточного энергетического метаболизма, процессов старения, воспаления и выживаемости клеток. НАМФТ известна также под названием пре-В-клеточный колониестимулирующий фактор (PBEF) и фактор, ингибирующий апоптоз (visfatin).

История открытия

Впервые никотинамидфосфорибозилтрансфераза была описана в 1994 году как фактор, стимулирующий рост пре-В-клеток, и получила название PBEF (pre-B-cell colony-enhancing factor). Независимо, в 2005 году, фермент был идентифицирован как адипокин, секретируемый висцеральной жировой тканью, и назван висфатином (visfatin). Позднее было установлено, что основная физиологическая функция НАМФТ — ферментативная активность по синтезу НАД⁺, а её цитокиноподобные эффекты являются вторичными или опосредованными через метаболические пути.

Структура и локализация

Молекулярная структура

НАМФТ представляет собой гомодимерный белок. Мономер состоит из 491 аминокислотного остатка (у человека) и имеет молекулярную массу около 52 кДа. Каждый мономер содержит два домена: N-концевой α/β-домен и C-концевой α-спиральный домен. Активный центр фермента расположен на границе между мономерами и включает консервативные аминокислотные остатки (например, His247, Asp313, Ser275), необходимые для связывания субстратов — никотинамида и фосфорибозилпирофосфата (PRPP).

Клеточная локализация

Различают две основные формы фермента:

• Внутриклеточная НАМФТ (iNAMPT) — локализуется в цитоплазме, ядре и митохондриях. Обеспечивает рециклинг НАД⁺ внутри клетки.
• Внеклеточная НАМФТ (eNAMPT) — секретируется в межклеточное пространство и кровоток. Внеклеточная форма может выполнять сигнальные функции, взаимодействуя с рецепторами (например, TLR4), а также участвовать в паракринной регуляции метаболизма.

Ферментативная функция

НАМФТ катализирует реакцию переноса фосфорибозной группы от PRPP на никотинамид с образованием никотинамидмононуклеотида (НМН) и высвобождением пирофосфата: \[ \text{Никотинамид} + \text{PRPP} \rightarrow \text{НМН} + \text{PP}_i \] Далее НМН фосфорилируется НМН-аденилилтрансферазой (NMNAT) до НАД⁺. Этот путь является основным для поддержания пула НАД⁺ в большинстве тканей млекопитающих, особенно в условиях стресса или при ограниченном поступлении триптофана (предшественника для de novo синтеза).

Регуляция активности

Активность НАМФТ регулируется на нескольких уровнях:

• Транскрипционный: экспрессия гена NAMPT усиливается под действием факторов транскрипции (например, HIF-1α, STAT3, NF-κB), что связывает активность фермента с гипоксией, воспалением и онкогенезом.
• Посттрансляционный: фермент ингибируется собственным продуктом — НАД⁺ (отрицательная обратная связь). Также известны ингибиторы, такие как FK866 (аналог никотинамида), который конкурентно блокирует активный центр.
• Протеолитический: внутриклеточная НАМФТ может расщепляться каспазами при апоптозе, что снижает уровень НАД⁺ и способствует гибели клетки.

Роль в метаболизме и физиологии

Энергетический обмен

НАД⁺ является кофактором многих дегидрогеназ, участвующих в гликолизе, цикле Кребса и окислительном фосфорилировании. НАМФТ, поддерживая уровень НАД⁺, напрямую влияет на скорость гликолиза и окисления жирных кислот. В условиях повышенной энергетической потребности (например, в опухолевых клетках) активность НАМФТ возрастает.

Регуляция сиртуинов

НАД⁺ служит субстратом для сиртуинов (SIRT1–SIRT7) — NAD⁺-зависимых деацетилаз, которые регулируют экспрессию генов, репарацию ДНК и продолжительность жизни. Снижение активности НАМФТ ведёт к падению уровня НАД⁺ и, как следствие, к ослаблению функции сиртуинов, что ассоциировано со старением и метаболическими нарушениями.

Воспаление и иммунный ответ

Внеклеточная НАМФТ (eNAMPT) действует как провоспалительный цитокин. Она связывается с Toll-подобным рецептором 4 (TLR4) и активирует NF-κB, стимулируя продукцию интерлейкинов (IL-6, IL-8) и фактора некроза опухоли (TNF-α). Повышенный уровень eNAMPT наблюдается при сепсисе, ревматоидном артрите и ожирении.

Клиническое значение

Онкология

Многие опухоли (рак поджелудочной железы, молочной железы, лёгких) характеризуются гиперэкспрессией НАМФТ. Это позволяет раковым клеткам поддерживать высокий уровень НАД⁺, необходимый для пролиферации и устойчивости к апоптозу. Ингибиторы НАМФТ (например, FK866, GMX1777) исследуются как потенциальные противоопухолевые препараты. В доклинических моделях они вызывают истощение НАД⁺ и гибель опухолевых клеток.

Метаболические заболевания

При ожирении и диабете 2 типа уровень НАМФТ в плазме повышен. Считается, что это компенсаторный механизм, направленный на поддержание уровня НАД⁺ в инсулинорезистентных тканях. Однако хроническое повышение eNAMPT способствует воспалению жировой ткани и усугублению инсулинорезистентности.

Нейродегенеративные заболевания

Снижение уровня НАД⁺ в мозге наблюдается при болезни Альцгеймера и Паркинсона. Активация НАМФТ путём введения предшественников НАД⁺ (например, никотинамидрибозида) рассматривается как стратегия нейропротекции.

Старение

С возрастом активность НАМФТ в тканях снижается, что ведёт к падению уровня НАД⁺ и нарушению функции сиртуинов. Это связывают с ускорением возрастных изменений. В экспериментах на мышах повышение экспрессии NAMPT продлевало продолжительность жизни и улучшало метаболические показатели.

Ингибиторы и фармакология

Наиболее изученным ингибитором НАМФТ является FK866 (также известный как APO866). Он связывается с активным центром фермента с высокой аффинностью (IC₅₀ в наномолярном диапазоне) и вызывает апоптоз в опухолевых клетках. Другие ингибиторы включают CHS-828 (GMX1777) и его пролекарство GMX1778. В клинических испытаниях эти соединения показали ограниченную эффективность из-за токсичности (тромбоцитопения, желудочно-кишечные нарушения). Ведутся разработки более селективных ингибиторов.

Интересные факты

• Ген NAMPT расположен на 7-й хромосоме человека (локус 7q22.3).
• У бактерий и дрожжей гомологи НАМФТ отсутствуют; они используют другие пути синтеза НАД⁺.
• Внеклеточная НАМФТ была впервые обнаружена в плазме крови человека в 2005 году, что привело к её ошибочной идентификации как нового адипокина.
• В некоторых исследованиях показано, что физическая нагрузка повышает уровень НАМФТ в мышцах, что может способствовать улучшению метаболизма.

Источники

• Imai, S. (2009). «The NAD World: a new systemic regulatory network for metabolism and aging—Sirt1, systemic NAD biosynthesis, and their importance». Cell Biochemistry and Biophysics, 53(2), 65–74.
• Revolo, J. R., et al. (2004). «Nampt/PBEF/Visfatin regulates insulin secretion in beta cells as a systemic NAD biosynthetic enzyme». Cell Metabolism, 1(6), 363–375.
• Garten, A., et al. (2015). «Nampt: linking NAD biology, metabolism and cancer». Trends in Endocrinology & Metabolism, 26(10), 547–558.
• Audrito, V., et al. (2020). «NAMPT and NAPRT: two metabolic enzymes with key roles in inflammation and cancer». Nature Reviews Cancer, 20(8), 437–454.
• Wang, P., et al. (2019). «Extracellular NAMPT promotes inflammation via TLR4 in macrophages». Journal of Biological Chemistry, 294(17), 6925–6936.