Aging Cell：膳食PQQ补充剂可预防自然衰老引起的骨质疏松症

衰老已被公认为是很多慢性疾病的重要危险因素，其中就包括骨质疏松症。细胞衰老是一种与多种年龄相关疾病有关的基本衰老机制，人体会随着年龄的增长而导致骨质流失的发生。骨质疏松性骨折被称为“人生的最后一次骨折”。数据显示老年髋部骨折，发生的一年内约有20%患者会死于各种并发症，约50%的患者因此致残。 

吡咯喹啉醌二钠盐（Pyrroloquinoline quinone disodium salt），简称PQQ，化学式 C14H6N2O8，是一种新辅基，具有和维生素类似的生理功能，具有较强的抗氧化能力，其清除氧自由基的能力是维生素C的7.4倍。在原核生物、植物和哺乳动物中广泛存在，但含量极低，如发酵大豆或纳豆、牛奶、鸡蛋、菠菜、青椒、猕猴桃、欧芹、茶叶、木瓜、菠菜、芹菜、母乳等。其中，纳豆是常见食物中PQQ含量最高的，约为61ng/g；而目前发现的PQQ含量最高的母乳，含量也仅为140-180ng/ml。动物研究表明，缺乏PQQ会阻碍生长，损害免疫力，导致生殖和代谢问题等，因此，PQQ存在于动植物中，并参与动植物的生长发育，是一种人类成长不可或缺的营养成分。

1979年，美国科学家采用X射线晶体衍射技术发现了PQQ，PQQ也成为继烟酰胺核苷酸（NAD+和NADP+)和黄素核苷酸（FAD和FMN）之后第三个被发现的氧化还原酶的辅酶。PQQ的生物学功能主要集中在两方面，能够支持线粒体的生长发育，刺激人体细胞快速生长；具有很好的抗氧化性，可以帮助清除自由基，减少细胞的损伤；这两大功能使得它在脑健康、心血管健康、代谢功能健康等方面都具有强大的作用，主要帮助体力恢复、抗疲劳等。因此，世界医学界称之为“第十四种维生素”、“免疫之王”，在美国被誉为“超级维生素“，是迄今为止人类发现的最强效的生物活性物质，能刺激人体细胞的生长，微量的PQQ就能提高生物体组织的代谢和生长机能。

近日，在Aging Cell在线发表了题为“Pyrroloquinoline quinone alleviates natural aging‐related osteoporosis via a novel MCM3‐Keap1‐Nrf2 axis‐mediated stress response and Fbn1 upregulation”的研究论文。该研究通过小鼠实验，发现膳食PQQ补充剂可以预防自然衰老引起的骨质疏松症。PQQ具有强大抗氧化能力的潜在机制，并为PQQ作为预防老年性骨质疏松的食品添加剂提供了实验依据。

图源 | pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

01、PQQ可能是一种安全有效的防治老年性骨质疏松的候选药物

为了研究PQQ在预防老年性骨质疏松中的作用，研究人员分别给予6月龄和12月龄野生型雄鼠饮食补充PQQ12个月和6个月，对照组则是正常饮食条件下的6月龄和18月龄的野生型小鼠。后续比较分析了4组小鼠骨骼表型的变化。

研究发现

• 12月龄PQQ饮食补充6个月，能明显促进成骨细胞骨形成，抑制破骨细胞骨吸收，缓解老年性骨质疏松的发生与发展；

• 6月龄PQQ饮食补充12个月，在预防老年性骨质疏松发生与发展中的作用更显著。

同时，无论PQQ饮食补充6个月还是12个月均未见肝肾损伤以及体重骤降的副作用。研究说明PQQ可能是一种安全有效的防治老年性骨质疏松的候选药物。

图源 | 参考文献

PQQ处理实验分组：1)实验组分别在6月龄和12月龄野生型小鼠分别饲喂PQQ (4 mg/kg标准饲料)；2)对照组小鼠给予正常饮食。在18月龄处死小鼠并分析骨骼表型。

02、Nrf2是介导PQQ抗氧化和抗老年性骨质疏松的关键靶标

为了明确PQQ抑制可以高龄引起的骨吸收增加的具体机制，研究人员发现PQQ处理18月龄野生型小鼠骨髓巨噬细胞(BMMs)并没有抑制M-CSF和Rankl处理条件的破骨细胞的形成。之后，研究人员给予18月龄老年小鼠成骨细胞PQQ或对照溶剂预处理，发现PQQ能够通过抑制老年成骨细胞Rankl的分泌从而抑制老年BMMs向破骨细胞分化，而成骨细胞Rankl的分泌和氧化应激增加相关。

因此，研究人员给予3月龄和18月龄小鼠来源的成骨细胞百草枯处理诱导氧化应激增加，同时给予18月龄老年小鼠成骨细胞PQQ或对照溶剂预处理，通过检测氧化应激水平、Nrf2蛋白及其下游抗氧化基因表达水平的变化发现，PQQ处理后的老年成骨细胞的Nrf2表达水平和应激反应能力增加，氧化应激和Rankl产生降低。

研究发现

• PQQ能够减少Nrf2泛素化-蛋白酶体降解，增加其蛋白积累继而增加Nrf2靶基因的转录表达水平。
• 随着细胞衰老和年龄增加，MCM3的表达水平明显降低；PQQ能够通过与MCM3结合来提高其蛋白的稳定性，增加MCM3与Nrf2竞争结合Keap1，降低Nrf2的泛素化降解，从而维持Nrf2在老年BM-MSCs中的表达水平及其对靶基因的转录活性。
• PQQ诱导的Nrf2激活除了通过调节细胞应激反应能力，还能够通过直接上调Fbn1的表达来抑制破骨细胞骨吸收。

最后，研究人员通过体内外实验结果证明：Nrf2敲除能够明显阻断PQQ在抑制氧化应激和破骨细胞活性以及在预防骨质疏松发生中的作用，说明Nrf2是介导PQQ抗氧化和抗老年性骨质疏松的关键靶标。

图源 | 参考文献

Nrf2敲除削弱PQQ对衰老相关骨质疏松症、氧化应激和破骨细胞骨的预防作用

结语

该研究不仅揭示了PQQ在防治老年性骨质疏松中的有效作用和新机制，而且证明PQQ可能作为一种安全有效的防治老年性骨质疏松的食品添加剂。同时揭示了PQQ通过激活成骨细胞中MCM3-Keap1-Nrf2信号，转录上调抗氧化基因以及Fbn1基因的表达，抑制氧化应激和破骨细胞骨吸收，促进成骨细胞骨形成，从而发挥预防老年性骨质疏松的发生的作用。

注：PQQ的主要功能作用

改善线粒体

PQQ有助于优化能量的产生，具有强大的补充线粒体能量、线粒体自噬功能；同时能够刺激线粒体的生物合成，使其合成数量增加、功能增强，进而提高线粒体的利用率。2013年，加利福尼亚大学营养中心的研究人员给10名（男女各5名）服用PQQ补充剂，并在76小时后测试其效果，通过血液和尿液测试，服用PQQ的实验组细胞内新鲜线粒体增加约163%。

免疫之王

PQQ是被发现的最强效的生物活性物质，能够刺激人体的B细胞、T细胞等淋巴细胞的生长，使它们产生抗体，从而全面提高人体免疫功能。

权威期刊《journal of cell science》和《PNAS》刊文，PQQ能够活化两大长寿相关基因SIRT1和SIRT3。

参考文献：

Jie Li, Jing Zhang, Qi Xue, et al. Pyrroloquinoline quinone alleviates natural aging-related osteoporosis via a novel MCM3-Keap1-Nrf2 axis-mediated stress response and Fbn1 upregulation. Aging Cell. 2023 Sep;22(9):e13912. doi: 10.1111/acel.13912. Epub 2023 Jun 26. PMID: 37365714