Artikel zur Langlebigkeit

Die Steigerung von NAD+ bekämpft den Knochenabbau und fördert die Bildung neuer Knochenzellen

Die Steigerung von NAD+ bekämpft den Knochenabbau und fördert die Bildung neuer Knochenzellen

Der Abbau und die Verschlechterung der Knochen tragen wesentlich zur erhöhten Morbidität und Mortalität bei älteren Erwachsenen bei – insbesondere bei Frauen. Da die Knochen mit zunehmendem Alter brüchiger werden, kann das Skelettsystem den Körper nicht mehr vollständig stützen, was zu Brüchen, Stürzen und Gebrechlichkeit mit verminderter Unabhängigkeit und Lebensqualität führt. Während bei älteren Erwachsenen häufig Knochenschwund beobachtet wird, sind die zugrunde liegenden zellulären und molekularen Mechanismen der Skelettalterung noch nicht vollständig geklärt.

Einige Forscher haben herausgefunden, dass ein altersbedingter Verlust von NAD+ (Nikotinamidadenindinukleotid) eine Ursache sein könnte. Als essentielles Coenzym – das die ordnungsgemäße Funktion anderer Enzyme ermöglicht – wird NAD+ für die Zellfunktion, die Energieproduktion und die Regulierung des Alterungsprozesses benötigt. In einer aktuellen Studie haben Forscher der University of Arkansas liefern Beweise dafür, dass der Verlust von NAD+ mit dem altersbedingten Knochenschwund zusammenhängt und dass die Auffüllung von NAD+ mit einem seiner Vorläufer, Nicotinamid-Ribosid (NR), das jugendliche Knochenniveau wiederherstellt und den Knochenschwund bei alternden weiblichen Mäusen abschwächt. Mit dieser Forschung liefern Kim und Kollegen den Beweis, dass die Steigerung von NAD+ eine wertvolle Strategie zum Schutz vor dem häufig beobachteten Knochenschwund bei älteren Erwachsenen sein könnte – und vielleicht sogar zur vollständigen Knochenregeneration.

Die Dominoeffekte des Knochenabbaus 

Während des gesamten Lebens wird die Knochenintegrität durch einen Prozess namens Knochenumbau aufrechterhalten, an dem Zellen beteiligt sind, die Osteoklasten und Osteoblasten genannt werden. Osteoklasten absorbieren und entfernen älteren Knochen und ermöglichen so die Entwicklung neuen Knochens durch Osteoblastenzellen. Mit zunehmendem Alter nimmt die Zahl der Osteoblasten ab, was zu einem übermäßigen Knochenabbau ohne ausreichend neues Knochenwachstum führt.

Hinter dem altersbedingten Knochenschwund stehen mehrere komplexe Faktoren, darunter eine nachlassende Sirtuinaktivität. Sirtuine sind eine Familie von Proteinen, die eine entscheidende Rolle für Gesundheit und Langlebigkeit spielen. Eines der Sirtuine, SIRT1, ist an der Knochenintegrität und -bildung beteiligt. Da Sirtuine von NAD+ abhängig sind, führt ein Abfall des NAD+-Spiegels zu einer abnehmenden Sirtuinaktivität. 

Ein Anstieg des oxidativen Stresses – die Ansammlung von Verbindungen, die als reaktive Sauerstoffspezies (ROS) bezeichnet werden und Zellen schädigen – in knochenbezogenen Zellen trägt ebenfalls zu einer verminderten Knochenbildung bei. Dieser Aufbau von ROS regt dann einen Transkriptionsfaktor (ein Molekül, das die Aktivität bestimmter Gene steuert) namens FOXO1 an, sich an eine andere Verbindung namens β-Catenin zu binden. Dieser dominoartige Prozess wird schließlich das Wachstum neuer Osteoblasten verringern und die Knochenbildung hemmen. 

Auf der anderen Seite bricht eine Erhöhung der SIRT1-Aktivität – die durch eine Erhöhung des NAD+-Spiegels erreicht werden könnte – die Bindung zwischen FOXO1 und β-Catenin, wodurch sich neue Osteoblastenzellen entwickeln und Knochen bilden können. Vor diesem Hintergrund untersuchten Kim und Kollegen, wie sich die Erhöhung von NAD+ über NR sowohl in zellbasierten Kulturen als auch in Mäusen auf die Skelettalterung und den Knochenschwund auswirkte. 

Nicotinamid-Ribosid kehrt den altersbedingten Knochenabbau um

Nicotinamid-Ribosid kehrt den altersbedingten Knochenabbau um

Das in Arkansas ansässige Forschungsteam untersuchte zunächst die molekularen Veränderungen in Zellkulturen älterer Mäuse, die etwa 70 Menschenjahren entsprechen. Diese älteren Mauszellen wiesen einen niedrigen NAD+- und NAMPT-Wert auf, das Enzym, das für den primären Weg zur Herstellung von NAD+ aus einer verwandten Verbindung namens Nicotinamid benötigt wird.  

Nach Zugabe von NR zu den gealterten Mauszellen waren die NAD+-Spiegel signifikant erhöht und die Zellen zeigten eine verringerte Bindung zwischen FOXO1 und β-Catenin. Die NR-behandelten Zellen wiesen auch abnehmende Seneszenzmarker auf – wenn Zellen aufhören zu wachsen und sich zu teilen, aber im Körper verbleiben und entzündliche Schäden verursachen. Diese zellulären Veränderungen führten zu einer erhöhten Bildung von Osteoblasten, was darauf hindeutet, dass NR den typischen altersbedingten Stillstand des Knochenwachstums abschwächen könnte. 

Kim und Kollegen stellen in ihrer Arbeit fest: „Unsere aktuellen Erkenntnisse, dass die NR-Verabreichung Seneszenzmarker in Osteoblasten [Vorläuferzellen] alter Mäuse verringert, stützen stark die Behauptung, dass ein Rückgang von NAD+ einen wesentlichen Beitrag zur altersbedingten Knochenentwicklung leistet.“ Zellalterung.“

Die Forscher untersuchten auch, wie sich NR auf die Skelettalterung bei weiblichen Mäusen auswirkte. Die Mäuse, die vom mittleren bis hohen Alter acht Monate lang NR in ihrem Trinkwasser erhielten, zeigten eine deutlich höhere Dicke der Femurkortikalis – ein Zeichen für stärkere und dickere Beinknochen. Da kortikaler Knochen der dichte äußere Knochen ist, der die inneren Schichten schützt und fast 80 % der Skelettmasse ausmacht, ist dieser Knochentyp für die Gewichtsbelastung und die Unterstützung der Körperstruktur unerlässlich. Die mit NR behandelten Mäuse zeigten außerdem über 40 % mehr Osteoblasten als nicht behandelte, ältere Mäuse, was auf eine Steigerung der Knochenneubildung hinweist.

Nad+-Booster bekämpfen den Knochenabbau

Nad+-Booster bekämpfen den Knochenabbau

Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Auffüllung von NAD+ mit einer langfristigen NR-Verabreichung die Skelettalterung bei weiblichen Mäusen abschwächen kann, was sich bei einer Wiederholung beim Menschen als äußerst vorteilhaft erweisen könnte, da Frauen anfälliger für altersbedingten Knochenschwund sind als Männer. (Männer sind jedoch nicht immun gegen diesen Zusammenbruch – jeder fünfte Mann über 50 ist auch von Knochenschwund betroffen.) 

Während die Alterung des Skeletts sehr komplex ist, legen Kim und Kollegen Beweise vor, die darauf hindeuten, dass sinkende NAD-Spiegel – und die damit verbundenen zahlreichen nachgelagerten Effekte, wie niedrige Sirtuinaktivität, oxidativer Stress und FOXO-Stimulation – einen wesentlichen Beitrag dazu leisten. Kim und Kollegen kommen zu dem Schluss: „Die Auffüllung von NAD+ mit Vorläufern wie NR könnte daher einen therapeutischen Ansatz bei altersbedingtem [Knochenschwund] darstellen, wie es auch bei anderen altersbedingten Pathologien der Fall ist.“ Obwohl sich diese Studie nicht mit den Auswirkungen auf das Knochenwachstum beim Menschen befasste, deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass NR in der zukünftigen Forschung in der Lage ist, altersbedingten Knochenschwund zu bekämpfen oder zu verhindern. 

Verweise: 

Kim HN, Ponte F, Warren A, et al. Eine Abnahme von NAD+ trägt mit zunehmendem Alter zum Verlust von Osteoprogenitoren und Knochenmasse bei. Npj alternder Mech-Dis. 2021;7(1):8. Veröffentlicht am 1. April 2021. doi:10.1038/s41514-021-00058-7



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