NMN (Nicotinamide Mononucleotide) 学名为β-烟酰胺单核苷酸，是维生素B3（烟酰胺）的一种衍生物分子量为334.221 g/mol。NMN的结构可分为α和β两种异构体，其中只有β-NMN为天然存在的形式，具有生物活性[1]。
NMN本身是人类和生物体内自然生成的物质。天然的NMN可从多种食物中获得，NMN在一些常见食物中的含量如下图所示。由于在食物中含量较少，人类很难完全通过饮食来满足自身对于NMN的需求[2]。
NAD+又叫辅酶I，全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，存在于每一个生物细胞中，参与上千项生化反应。在多种细胞代谢反应中，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）分子都扮演着重要角色，是细胞保持活力的重要支撑物质。
人体内的NAD+大约每20年减少一半，衰老过程中NAD的下降被认为是导致疾病和残疾的主要原因，如听力和视力丧失，认知和运动功能障碍，免疫缺陷，自身免疫炎症反应失调导致的关节炎、代谢障碍和心血管疾病[3]。随着年龄增长，NAD+水平的降低导致DNA修复能力下降， DNA损伤积累，驱动衰老进程。
NAD+人体中的作用主要分为两类，第一类是作为辅酶，在细胞中参与各种生化反应，促进能量代谢过程（如葡萄糖、脂肪、氨基酸的氧化）。NAD+和NADH氧化还原对是多种依赖于电子交换的生化反应的关键因素，特别是涉及氧化还原酶介导的氢化物转移的氧化还原反应。在这些反应中，NAD+是电子受体，而NADH是电子供体。许多需要NAD(H)作为辅酶的反应都与分解代谢和获取代谢能量有关，包括酒精代谢、糖酵解、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A、脂肪酸β氧化、三羧酸循环等。
除了可以作为还原反应的辅酶，NAD+还被发现可以作为非氧化还原反应的共底物，即作为去乙酰化酶sirtuin家族的共底物，可以有效协调线粒体功能、代谢和衰老。在这之后，研究者们开始陆续发现其他重要的NAD+消耗酶，如环二磷酸核糖（cADPR）合成酶（包括CD38和CD157）和聚二磷酸核糖聚合酶（PARP）蛋白家族，以及神经元中的SARM1。David Sinclair博士的团队研究表明，NAD+含量下降的罪魁祸首其实正是蛋白酶CD38，它像剪刀一样剪碎NAD+分子。CD38的表达和活性会随着衰老过程而逐渐增加，在某些组织和细胞中可能会高出几倍[4]。
NAD+分子较大，无法被人体直接吸收利用，直接口服摄入的 NAD+ 主要在小肠内被刷状缘细胞水解。从思路上来说，补充NAD+的确还有另一种方法，就是想办法补充某种物质，使其在人体内自主合成NAD+。人体中合成NAD+的途径有3种：Preiss-Handler途径、从头合成途径和补救合成途径。虽说三种途径都能合成NAD+，但也有个主次之分。其中，前两种合成途径产生的NAD+只占人体NAD+总量的15%左右，剩下的85%都是通过补救合成的途径来实现的。也就是说，补救合成途径才是人体补充NAD+的关键[5]。
在NAD+的前体中，烟酰胺（NAM）、NMN和烟酰胺核糖（NR）都是通过补救合成途径来合成NAD+，因此这三种物质就成为了人体补充NAD+的选择。
NAM目前主要用在化妆品中，起到美白的功效。补充过多的NAM，会导致皮肤发热发红、瘙痒。另外，NAM在转化成NAD+的过程中，还会受到NAMPT限制酶的限制，很难起到很好的效果[6]。
NR虽然本身没有副作用，但在合成NAD+的过程中，大部分并不是直接转换成了NMN，而是需要先被消化成NAM，再参与合成NMN，这中间依然逃脱不了限速酶的限制。所以，通过口服NR来补充NAD+的能力也有限[7]。
NMN作为补充NAD+的前体，不仅绕过了限速酶的限制，在体内的吸收还非常迅速，能直接转变为NAD+。因此可以作为补充NAD+直接、迅速的有效方法。
NMN目前的主要生产方法有三种:包括化学合成法，发酵法和生物酶催化法。
化学合成法：化学合成的技术相对比较简单，成本较其余两种方法低很多。化学法通常需要多步反应，整体产率不高，可以通过后续的分离纯化来提高产品的纯度。由于NMN具有α和β两种构型，化学法无法选择性合成纯的β-NMN，手性纯度不高。化学法过程中产生的杂质为人体内没有的，是额外的杂质(主要是化学溶剂等等)，虽然也是微量的,但是不排除杂质在体内积累，长期对人体可能有害。
发酵法：这个主要代表是日本新兴和的技术产品，技术壁垒较高，产量较低，所以价格非常昂贵。
生物酶催化法：这个就是我们通常所说的酶法技术，这个方法是模拟体内NMN的代谢路径，将体内酶进行体外表达，实现体外酶催化反应，从而生产NMN。酶法的生产过程与生物体内过程一致，基本无额外杂质产生(纯度都在99%以上)。酶法可进一步分为一步酶法和全酶法。一步酶法是以化学合成的NR为原料，通过一步酶催化反应合成NMN。全酶法是以天然提取的核心原料，通过模拟生物体内多步酶催化反应来合成NMN。全酶法不涉及到化学原料，安全性较高，同时具有较高的技术壁垒。
生物酶催化法是目前比较通行的生产方式，门槛较高，几个关键催化酶价格不菲，约占整个生产过程成本的 80%，但也是兼备了安全与高效的生产方式。通过全酶法生产的NMN产品，在产品纯度，安全性和稳定性上都优于其他生产方法，是市场上各大主流厂家的优先选择。
2013年，哈佛大学医学院David Sinclair教授率领的研究团队通过实验证明，22个月大的老年小鼠口服NMN一周之后，体内NAD+水平增加，并使线粒体稳态和肌肉功能相关的关键生化指标恢复到相当于6个月大小的年轻小鼠状态，该研究成果发表于Cell期刊上[8]。
2012年，华盛顿大学医学院发育生物学系Yoshino J博士等人研究发现腹腔注射NMN可以促进小鼠体内NAD生物合成并增强胰岛素敏感性或胰岛素分泌来改善糖耐量减退，是饮食和年龄诱发的T2D（二型糖尿病）的有效干预措施[9]。
Sirtuins是NAD+依赖的脱乙酰酶蛋白家族，几乎在所有的细胞功能中都发挥主要的调节作用，影响炎症、细胞生长、昼夜节律、能量代谢、神经元功能和应激抵抗等生理过程。2019
年，哈佛医学院遗传学系Kane A E教授等人研究发现NMN作为NAD+在生物体内合成的重要前体，它提升细胞内NAD+水平后，发挥的很多有益作用（如改善代谢、保护心血管等）都通过激活Sirtuins而实现[10]。
PARPs(poly ADP ribose polymerase)是DNA修复酶，定位在细胞核内，应激条件下可催化DNA的修复。NMN是生物细胞内PARPs的重要底物。2017年，哈佛大学医学院David Sinclair 教授率领的研究团队发现NAD+修复DNA损伤的机理。随着年龄增长，NAD+水平逐渐下降，DNA修复酶PARP1越来越多地被DBC1（乳腺癌缺失因子1）结合形成PARP1 DBC1复合物，该复合物会阻碍PARP1修复受损的DNA。提高NAD+水平会干扰PARP1 DBC1复合物形成，从而恢复PARP1的DNA修复活性。对暴露于辐射的老年小鼠用口服NMN一周后发现DNA 损伤减少。该研究成果发表于Science期刊上[11]。
2019年，马里兰大学医学院Nina Klimova教授等人的研究发现，腹腔注射NMN使实验鼠大脑海马体中线粒体NAD+水平显著增加，脑组织的能量分子ATP水平上升，从而提高了机体生物能量代谢。此外，NMN还可以提高线粒体中抗氧化酶的活性，减少活性氧的产生[12]。
2018年，哈佛大学医学院David Sinclair教授率领的研究团队发现，18个月大的老年小鼠口 服NMN 两个月，毛细血管的数量和密度恢复到了年轻小鼠水平，静息时的肌肉灌注和溶解氧含量也增加，并且老年小鼠的运动耐力提升了58%-80%，运动后的血液中乳酸水平下降。该研究成果发表在Cell期刊上[13]。
2017年，新南威尔士大学医学院Margaret J. Morris教授率领的团队对NMN体重管理作用 进行了一系列研究，发现对于遗传性肥胖的小鼠，NMN和运动均能减少肥胖，并且葡萄糖耐受性和线粒体功能改善。然而，NMN在肝脏脂肪分解代谢（Hadh）和合成代谢（Fasn）上似乎比运动具有更强的效果，可能是因为注射NNM增加体内NAD+水平从而激活Sirtuins蛋白，增加了肝脏脂肪的分解代谢和合成代谢[14][15]。
心脏是人体最重要的器官，维护心脏功能至关重要。2014 年，新泽西医学院Yamamoto T博士等人研究表明小鼠腹膜内注射NMN，可以显著增加心脏中NAD +的水平，并防止缺血期间NAD+的减少。NMN保护了心脏免受缺血再灌注损伤[16]。
神经血管功能障碍可引起早期血管性和神经退行性认知损伤。糖尿病、中年高血压、中年肥胖、缺乏体力活动和吸烟等危险因素均与血管性痴呆和阿尔茨海默症有关，维持神经血管功能对预防神经退行性疾病有重要意义。2019年，俄克拉荷马大学健康科学中心T arantini S博士等人研究发现腹腔注射NMN对衰老小鼠大脑微血管具有明显的保护作用，NMN 减轻大脑微血管内皮氧化应激，改善内皮功能并挽救衰老小鼠皮质中的神经血管偶联（NVC）反应，这可能有助于改善大脑皮质功能[17]。
胰岛素抵抗(Insulin Resistance IR)是指胰岛素作用的靶器官对胰岛素作用的敏感性下降，即正常剂量的胰岛素产生低于正常生物学效应的一种状态。胰岛素敏感就是描述胰岛素抵抗的程度。胰岛素敏感性越低，单位胰岛素的效果越差，分解糖类的程度越低。2型糖尿病的原因一是胰岛素分泌量少；另一是胰岛素敏感性低。
2016年，华盛顿大学医学院Kelly L. Stromsdorfer博士等人的研究发现，肥胖小鼠和老年小鼠脂肪组织中NAD+水平下降，与多器官严重的胰岛素抵抗有关。在特定酶失活导致胰岛素抵抗的小鼠饮用水中添加NMN饲喂小鼠，可以逆转胰岛素抵抗和降低血浆中的游离脂肪酸浓度[18]。
衰老是应激和劳损，损伤和感染，免疫反应衰退，营养失调，代谢障碍等因素积累的结果。可通过营养补充剂或养成良好的生活习惯减少引起衰老因素的累积，从而延缓衰老。
2016年，华盛顿大学医学院Shinichiro Imai教授率领的研究团队对小鼠进行了口服NMN 的长期实验。口服12个月NMN的小鼠与不服用NMN正常衰老的小鼠对比发现，口服的NMN很快转化成组织中的NAD+并有效消除了各种与衰老相关的生理衰退：防止衰老相关的体重增加、提升代谢、增加体力，改善胰岛素敏感性和血浆脂肪指标、改善视力、改善免疫功能、防止骨密度下降等等。并且，NMN无任何毒性和副作用[2]。
