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本综述系统比较植物与哺乳动物中 NADH/NAD?和 NADPH/NADP?氧化还原系统，探讨其生物合成、亚细胞运输及代谢反应的异同，分析光对吡啶核苷酸比例的影响，阐述双系统共存优势，指出代谢研究空白并展望优化作物能量利用的生物工程策略。
NAD (H) 和 NADP (H) 的基本功能与分布
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD?）及其还原形式 NADH、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP?）及其还原形式 NADPH 是生物体内关键的代谢辅酶。NADH 主要参与分解代谢反应，为线粒体电子传递链（mETC）提供电子以生成 ATP；NADPH 则主要参与合成代谢和抗氧化反应，如脂肪酸、核酸合成及活性氧（ROS）清除。在真核生物中，由于内共生细胞器（如植物的叶绿体和线粒体）的存在，二者的功能划分更为复杂。植物叶绿体通过光合作用产生额外的还原力，使其 NAD (P)?/NAD (P) H 的氧化还原平衡维持机制比异养真核生物（如哺乳动物）更为复杂。
NAD?生物合成途径的差异
从头合成途径：原核生物可通过天冬氨酸（Asp）或色氨酸（Trp）合成喹啉酸（QA），进而生成 NAD?。植物仅利用 Asp，且合成发生在叶绿体，这与 Asp 合成的高效性（仅需天冬氨酸转氨酶催化）及 Trp 合成的高耗能性有关。哺乳动物则依赖 Trp，但其大部分细胞缺乏从头合成所需的关键酶，转而依赖补救途径回收烟酰胺（NAM）生成 NAD?，以节省能量。
补救 / 回收途径：植物的补救途径主要在细胞质中通过 NAM 或烟酰胺核糖（NicRi）回收 NAD?，中间产物可灵活互变以调节 NAD?池。哺乳动物的补救途径更为复杂，涉及胞质、线粒体和细胞核的多 compartment 协作，且存在细胞外 NAMPT 酶促进细胞外 NAM 的利用。此外，哺乳动物还存在 Preiss–Handler（PH）途径，利用烟酸（NA）合成 NAD?，而植物缺乏该途径。
NAD?的亚细胞运输
植物中，细胞质合成的 NAD?通过 AtNDT1、AtNDT2 转运至线粒体，AtPXN 可能作为 NAD?/AMP 反向转运蛋白参与过氧化物酶体运输，但叶绿体的 NAD?转运机制尚不明确。哺乳动物线粒体通过 SLC25A51/SLC25A52 转运 NAD?，过氧化物酶体的 NAD?转运蛋白仍未确定。
NADP?的生物合成与调控
NAD 激酶（NADK）是催化 NAD (P)?磷酸化生成 NADP (P) H 的关键酶。原核生物通常仅有 1 种 NADK，而真核生物具有多种亚型：人类有胞质 hNADK1（受钙调蛋白调控）和线粒体 hNADK2；拟南芥有 3 种 NADK，其中叶绿体 AtNADK2 受钙调蛋白调控，偏好 NAD?，而过氧化物酶体 AtNADK3 偏好 NADH。植物线粒体和哺乳动物过氧化物酶体尚未发现特异性 NADK，推测依赖转运蛋白输入 NADP?。
NAD (H) 与 NADPH 的代谢途径
NADH 代谢：植物在光照和黑暗条件下的 NADH 来源不同。黑暗中，糖酵解、三羧酸（TCA）循环和乙醛酸循环是主要来源；光照下，C3 植物的光呼吸（甘氨酸脱羧酶 GDC 催化）是线粒体 NADH 的主要来源，而 C4 植物因空间分隔光合步骤，光呼吸减弱，TCA 循环占主导。哺乳动物中，糖酵解、TCA 循环和脂肪酸 β- 氧化是 NADH 的主要来源，其线粒体通过复合体 I 高效利用 NADH 生成 ATP。
NADPH 代谢：植物叶绿体在光照下通过光合线性电子流（LEF）生成大量 NADPH，用于卡尔文循环（CBB cycle）；非光合组织和黑暗条件下依赖氧化戊糖磷酸途径（OPPP）。哺乳动物的 NADPH 主要来自胞质 OPPP，参与脂质合成和 ROS 解毒。植物过氧化物酶体通过不完全 OPPP 和 NADP - 异柠檬酸脱氢酶（NADP-ICDH）生成 NADPH，而哺乳动物过氧化物酶体可能依赖转运的 NADPH。
吡啶核苷酸池的动态平衡
植物不同细胞器的 NAD (H)/NADP (H) 比例受光照调控显著。例如，叶绿体在光照下 NADPH/NADP?比例升高，线粒体在光呼吸活跃时 NADH/NAD?比例上升。哺乳动物细胞中，NADH/NAD?比例通常低于 NADPH/NADP?，且线粒体通过质子转运氢化酶（NNT）维持较高的 NADPH 水平，以支持脂肪酸合成。植物线粒体则依赖替代脱氢酶（如 NDA、NDB、NDC）和抗坏血酸 - 谷胱甘肽（AsA-GSH）循环消耗过剩还原力，避免 ROS 积累。
双氧化还原系统的生物学意义
NADH 和 NADPH 系统的分区化避免了代谢冲突：NADH 集中于能量产生，NADPH 专注于合成和抗氧化。植物通过叶绿体和线粒体的协同，在光照下优先利用光能生成 NADPH，黑暗中切换至 NADH 主导的能量代谢；哺乳动物则通过组织特异性表达不同酶亚型，优化代谢效率。此外，双系统在应对环境胁迫（如氧化应激、营养缺乏）时提供冗余机制，确保细胞稳态。
研究挑战与未来方向
尽管已有进展，仍存在关键科学问题：植物叶绿体 NAD?转运蛋白、线粒体 NADP?来源及哺乳动物过氧化物酶体 NAD (P)?转运机制尚未明确。未来研究可通过基因编辑（如 CRISPR）结合荧光传感器（如 SoNar）动态追踪核苷酸池，解析亚细胞代谢网络。在应用层面，优化作物 NAD (P) H 代谢通路（如过表达 AtPAP2 增强叶绿体功能）可能提高光能利用效率，为改良作物产量提供新策略。此外，深入理解哺乳动物 NAD (P) H 代谢异常与代谢性疾病（如糖尿病、肥胖）的关联，有望发现新的治疗靶点。
