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Nicotinamide riboside alleviates brain dysfunction induced by chronic cerebral hypoperfusion via protecting mitochondria.

이지우

2024년 7월 1일

    이 연구에서는 만성 뇌 저관류로 유도된 쥐 모델에서 니코틴아마이드 리보사이드의 신경 보호 효과를 확인함. 우선, 혈액 및 뇌 조직의 NAD+와 NADH 수치가 니코틴아마이드 리보사이드 투여 군에서 유의하게 증가하여 니코틴아마이드 리보사이드의 순환이 NAD 풀을 증가시킨다는 것을 보여줌. 행동 평가에서 니코틴아마이드 리보사이드 투여는 만성 뇌 저관류로 인한 인지 기능 저하를 개선했으며, 새로운 물체 인식 테스트와 모리스 수중 미로 테스트에서 대조군과 비교하여 더 나은 인지 능력을 보임. 또한, 휴식 상태일 때 BOLD 영상에서 니코틴아마이드 리보사이드가 대뇌 피질의 산소화 수준을 개선한다는 것을 확인함. 신경 병리학적 분석에서 니코틴아마이드 리보사이드는 해마의 신경 세포 손실을 줄이고 시냅스 가시의 밀도를 증가시키는 것으로 나타남. 이후, 전자현미경 분석 결과, 만성 뇌 저관류로 인해 손상된 미토콘드리아 구조가 니코틴아마이드 리보사이드 투여 후 개선되었으며, 니코틴아마이드 리보사이드는 미토콘드리아의 분열을 억제하고 자가포식 기능을 정상화시켜 미토콘드리아의 기능을 유지하는 데 중요한 역할을 함. 결론적으로, 니코틴아마이드 리보사이드는 만성 뇌 저관류로 인한 인지 저하를 개선하고 뇌 조직의 산소화와 미토콘드리아 기능을 보호하는 데 효과를 보임.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006295224002557?via%3Dihub


 


 

Abstract: Chronic cerebral hypoperfusion (CCH) is characterized by prolonged inadequate blood flow to the brain, leading to vascular dementia (VaD). Effective treatments for VaD are currently limited. Nicotinamide riboside (NR), a precursor of NAD+, has shown potential for improving mitochondrial health, autophagy, and cognitive function due to its neuroprotective properties. This study investigated the effects of NR in a CCH rat model, where rats were given 400 mg/kg of NR daily for 3 months. NR supplementation increased NAD+ levels in both blood and brain, improved cognitive function, and enhanced brain oxygenation. It also reduced neuronal loss and dendritic spine abnormalities in the hippocampus. Further analysis revealed that NR helps preserve mitochondrial structure and mitigates mitochondrial fission and impaired autophagy. These findings suggest that NR may offer neuroprotective benefits for treating cognitive impairments associated with CCH.

 

Method: Adult male Sprague-Dawley rats were divided into three groups (Sham, CCH, NR) and administered nicotinamide riboside (NR) orally at 400 mg/kg daily. The chronic cerebral hypoperfusion (CCH) model was induced by bilateral common carotid artery occlusion (BCCAO). NAD+ and NADH levels were measured using the NAD/NADH-Glo™ Assay, and cognitive function was assessed by the novel object recognition (NOR) and Morris water maze (MWM) tests. Resting-state BOLD imaging, Nissl and Golgi staining were performed using a 3.0 Tesla MRI scanner, and neuronal and synaptic analyses were performed. Differential gene expression was analyzed by RNA sequencing, and mitochondrial structures were observed by electron microscopy. Mitochondrial fission and autophagy related protein levels were measured by Western blot analysis.

 

Conclusion: In this study, they confirmed the neuroprotective effects of nicotinamide riboside (NR) in a rat model induced by chronic cerebral hypoperfusion (CCH). First, the NAD+ and NADH levels in blood and brain tissue were significantly increased in the NR-administered group, indicating that NR increases the circulating NAD pool. In behavioral assessment, NR administration improved cognitive function decline caused by CCH, and showed better cognitive ability in the novel object recognition test and Morris water maze test compared to the CCH group. In addition, resting-state BOLD imaging confirmed that NR improved the oxygenation level of the cerebral cortex. Neuropathological analysis showed that NR reduced neuronal loss in the hippocampus and increased synaptic spine density. In particular, electron microscopy analysis showed that the mitochondrial structure damaged by CCH was improved after NR administration, and NR played an important role in maintaining mitochondrial health by inhibiting mitochondrial fission and normalizing autophagy flow. In conclusion, NR was effective in improving cognitive decline caused by CCH and protecting brain tissue oxygenation and mitochondrial function.

 

 

(한글 요약)

-소개: 만성 뇌 저관류는 뇌로의 혈액이 장기간 부적절하게 흘러 들어, 혈관성 치매로 이어짐. 혈관성 치매에 대한 효과적인 치료법은 현재 제한적인 부분이 있음. NAD+의 전구체인 니코틴아마이드 리보사이드는 신경 보호적 특성으로 인해 미토콘드리아 건강, 자가포식 및 인지 기능을 개선할 수 있는 잠재력을 보여줌. 이 연구는 만성 뇌 저관류 랫 모델에서 니코틴아마이드의 리보사이드 효과를 조사했으며, 랫에 3개월 동안 매일 400mg/kg의 니코틴아마이드 리보사이드를 투여함. 그 결과 니코틴아마이드 리보사이드 투여는 혈액과 뇌 모두에서 NAD+수치를 증가시키고, 인지 기능을 개선하며, 뇌 산소 공급을 증가시킴. 또한 해마에서 신경 세포 손실과 수상돌기 가시의 이상을 감소시킴. 이후 니코틴아마이드 리보사이드가 미토콘드리아 구조를 보존하고 미토콘드리아 분열과 손상된 자가 포식을 완화하는 데 도움이 된다는 것을 확인함. 이러한 결과는 니코틴아마이드 리보사이드가 만성 뇌 저관류와 관련된 인지 장애를 치료하는 데 신경 보호적 이점을 제공할 수 있음을 시사함.

 

-실험 방법: 수컷 랫을 세 그룹 (대조군, 만성 뇌 저관류 모델, 니코틴아마이드 리보사이드 투여)으로 나누고 니코틴아마이드 리보사이드를 매일 400mg/kg으로 경구 투여함. 만성 뇌 저관류 모델은 양측 총경 동맥 폐색으로 유도함. NAD+ 및 NADH 수치는 NAD/NADH-Glo™ Assay를 사용하여 측정했으며, 인지 기능은 새로운 물체 인식 (NOR) 및 모리스 수조 미로 (MWM) 검사로 평가함. BOLD 영상, Nissl 및 Golgi 염색은 3.0 Tesla MRI 스캐너를 사용함. 차등 유전자 발현은 RNA 시퀀싱으로 분석했으며, 미토콘드리아 구조는 전자 현미경으로 관찰함. 미토콘드리아 분열 및 자가 포식 관련 단백질 발현은 웨스턴 블럿으로 측정함.

 

-결과: 이 연구에서는 만성 뇌 저관류로 유도된 쥐 모델에서 니코틴아마이드 리보사이드의 신경 보호 효과를 확인함. 우선, 혈액 및 뇌 조직의 NAD+와 NADH 수치가 니코틴아마이드 리보사이드 투여 군에서 유의하게 증가하여 니코틴아마이드 리보사이드의 순환이 NAD 풀을 증가시킨다는 것을 보여줌. 행동 평가에서 니코틴아마이드 리보사이드 투여는 만성 뇌 저관류로 인한 인지 기능 저하를 개선했으며, 새로운 물체 인식 테스트와 모리스 수중 미로 테스트에서 대조군과 비교하여 더 나은 인지 능력을 보임. 또한, 휴식 상태일 때 BOLD 영상에서 니코틴아마이드 리보사이드가 대뇌 피질의 산소화 수준을 개선한다는 것을 확인함. 신경 병리학적 분석에서 니코틴아마이드 리보사이드는 해마의 신경 세포 손실을 줄이고 시냅스 가시의 밀도를 증가시키는 것으로 나타남. 이후, 전자현미경 분석 결과, 만성 뇌 저관류로 인해 손상된 미토콘드리아 구조가 니코틴아마이드 리보사이드 투여 후 개선되었으며, 니코틴아마이드 리보사이드는 미토콘드리아의 분열을 억제하고 자가포식 기능을 정상화시켜 미토콘드리아의 기능을 유지하는 데 중요한 역할을 함. 결론적으로, 니코틴아마이드 리보사이드는 만성 뇌 저관류로 인한 인지 저하를 개선하고 뇌 조직의 산소화와 미토콘드리아 기능을 보호하는 데 효과를 보임.

 



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