NAD+ · de la cozimasa de levadura a la gerociencia actual

Pocas moléculas tienen una historia tan larga dentro de la bioquímica como el dinucleótido de nicotinamida y adenina. Este artículo reúne lo que se sabe de su química, de las enzimas que lo producen y lo consumen, de los estudios en modelos animales y de los primeros trabajos en voluntarios, además de los puntos analíticos que un laboratorio debe vigilar cuando lo emplea. No es una guía de uso en personas: el NAD+ que suministramos es material de referencia para investigación.

Historia y descubrimiento

A principios del siglo XX, Arthur Harden y William John Young observaron que el jugo de levadura perdía su capacidad de fermentar azúcar cuando se dializaba, y que la recuperaba al añadir de nuevo la fracción pequeña que había atravesado la membrana. Llamaron a ese factor termoestable “cozimasa”. Hans von Euler-Chelpin trabajó después en su naturaleza química, y ambos compartieron el Nobel de Química de 1929 por sus aportaciones sobre la fermentación. En la década de 1930, Otto Warburg demostró que la parte activa era la nicotinamida y que la molécula transfería hidrógeno en reacciones de oxidación. Más tarde, el trabajo de Arthur Kornberg aclaró la enzima que une sus dos mitades.

Durante décadas el NAD+ se consideró sobre todo un transportador de electrones que se recicla sin gastarse. Esa visión cambió cuando se descubrió que varias familias de enzimas lo rompen de forma irreversible para modificar proteínas o generar mensajeros de calcio. Desde entonces, su concentración se entiende como una variable regulada, y no como una constante del metabolismo.

Estructura y relación estructura-actividad

La molécula une dos nucleótidos por un enlace pirofosfato. En un extremo está la adenosina; en el otro, la nicotinamida unida a una ribosa por un enlace β-N-glicosídico. Esa orientación β es indispensable: el isómero α existe como impureza de síntesis y no es reconocido de la misma manera por las deshidrogenasas. La reactividad se concentra en la posición 4 del anillo de piridinio, que acepta un hidruro y convierte el NAD+ en NADH. La fosforilación del hidroxilo 2′ de la ribosa de adenosina genera el NADP+, que la célula reserva para la biosíntesis reductora y la defensa antioxidante.

Para las enzimas consumidoras, el punto crítico es el enlace entre nicotinamida y ribosa. Las sirtuinas, las PARP y CD38 lo cortan y liberan nicotinamida; lo que cambia es el destino del fragmento ADP-ribosa: transferirse a un grupo acilo, polimerizarse sobre proteínas nucleares o ciclarse para dar ADP-ribosa cíclica.

Farmacología molecular

En el metabolismo energético, la proporción NAD+/NADH en el citosol y en la mitocondria determina la dirección de reacciones como la de la lactato deshidrogenasa y la velocidad del ciclo de los ácidos tricarboxílicos. En el plano de la señalización, las sirtuinas SIRT1 (nuclear) y SIRT3 (mitocondrial) usan el NAD+ para retirar grupos acetilo de factores de transcripción y enzimas metabólicas, de modo que su actividad responde al estado energético de la célula. PARP1 se activa ante roturas del ADN y puede consumir una parte importante del NAD+ nuclear en minutos cuando el daño es extenso. CD38, expresada en células inmunitarias y endoteliales, es una NADasa de alta capacidad.

La síntesis se apoya en tres rutas: la de novo desde triptófano, la de Preiss-Handler desde ácido nicotínico y la de rescate, que recicla la nicotinamida liberada mediante la enzima NAMPT y luego NMNAT. En la mayoría de los tejidos de mamífero, la vía de rescate es la que sostiene el recambio.

Evidencia preclínica

El estudio de Gomes y colaboradores (2013) en ratones mostró que la caída de NAD+ en músculo envejecido se acompañaba de un estado de pseudohipoxia, con estabilización de HIF-1α y pérdida de proteínas mitocondriales codificadas en el núcleo, y que la administración de un precursor revertía varios de esos marcadores en el modelo. Camacho-Pereira y su equipo (2016) observaron que la expresión de CD38 aumentaba con la edad en varios tejidos murinos y que los ratones deficientes en CD38 conservaban niveles más altos de NAD+ y una función mitocondrial mejor preservada.

La revisión de Rajman, Chwalek y Sinclair en Cell Metabolism (2018) recopiló decenas de trabajos en roedores con precursores del NAD+ en modelos de obesidad inducida por dieta, lesión renal aguda, pérdida auditiva por ruido y neurodegeneración. Los autores subrayaron que la mayoría de los datos procedían de precursores y no del NAD+ administrado de forma directa, que tiene una captación celular limitada y se degrada en el espacio extracelular.

Evidencia clínica publicada

La literatura en personas es todavía reducida. Grant y colaboradores publicaron en Frontiers in Aging Neuroscience (2019) un estudio piloto que describió los cambios en los metabolitos del NAD+ en plasma y orina de un pequeño grupo de voluntarios durante una infusión intravenosa controlada; su objetivo fue caracterizar la farmacocinética, no medir beneficios. Hay además ensayos con precursores orales que han evaluado sobre todo seguridad y biomarcadores, con resultados heterogéneos en desenlaces funcionales. Ninguno de estos trabajos convierte al NAD+ de laboratorio en un producto para consumo humano, y no reproducimos aquí regímenes de administración.

Consideraciones analíticas

• Identidad. En espectrometría de masas con ionización por electrospray, el NAD+ se observa como [M+H]+ alrededor de m/z 664.1, a partir de la masa monoisotópica de 663.109 Da. El modo negativo también es informativo por la presencia de los fosfatos.
• Pureza. El HPLC de fase reversa con pares iónicos o la cromatografía de interacción hidrofílica separan bien el NAD+ de sus productos de degradación. La detección a 260 nm cuantifica todas las especies con adenina; la banda a 340 nm, ausente en el NAD+, revela contaminación con NADH.
• Impurezas esperables. Nicotinamida libre, ADP-ribosa, AMP, el anómero α-NAD y trazas de NADH.
• Degradación. El enlace nicotinamida-ribosa se hidroliza más rápido en medio alcalino y con temperatura elevada. Las soluciones se conservan mejor frías, protegidas de la luz y en pH neutro o ligeramente ácido.
• Ensayo enzimático. Una alternativa ortogonal al HPLC es reducir el NAD+ con alcohol deshidrogenasa y medir el NADH formado a 340 nm, lo que verifica actividad además de masa.

Preguntas abiertas de investigación

¿Qué fracción del descenso de NAD+ con la edad se debe a mayor consumo y cuál a menor síntesis, y cómo varía entre tejidos? ¿Cómo atraviesa el NAD+ extracelular la membrana, si es que lo hace intacto, o depende siempre de su conversión previa en NMN o nicotinamida ribósido? ¿Hasta qué punto los compartimentos mitocondrial y nuclear se equilibran entre sí? Y, en modelos de enfermedad, ¿la inhibición de CD38 o de PARP aporta lo mismo que aumentar el aporte de precursores? Son preguntas en las que un material de referencia bien caracterizado marca la diferencia entre un dato reproducible y uno que no lo es.

Referencias

1. Verdin E. NAD⁺ in aging, metabolism, and neurodegeneration. Science. 2015. PubMed 26785480 · DOI 10.1126/science.aac4854
2. Gomes AP, et al. Declining NAD(+) induces a pseudohypoxic state disrupting nuclear-mitochondrial communication during aging. Cell. 2013. PubMed 24360282
3. Camacho-Pereira J, et al. CD38 dictates age-related NAD decline and mitochondrial dysfunction through an SIRT3-dependent mechanism. Cell Metabolism. 2016. PubMed 27304511
4. Rajman L, Chwalek K, Sinclair DA. Therapeutic potential of NAD-boosting molecules: the in vivo evidence. Cell Metabolism. 2018. PubMed 29514064
5. Covarrubias AJ, et al. NAD(+) metabolism and its roles in cellular processes during ageing. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2021. PubMed 33353981
6. Grant R, et al. A pilot study investigating changes in the human plasma and urine NAD+ metabolome during a 6 hour intravenous infusion of NAD. Frontiers in Aging Neuroscience. 2019. PubMed 31572171

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