Koenzym NAD+ może wzmacniać odporność nowotworową! Opinia ekspercka Chińskiej Akademii Nauk

10 sierpnia 2021 roku naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Szanghaju opublikowali artykuł zatytułowany Suplement NAD+ wzmacnia funkcję zabijania guzów poprzez ratowanie wadliwej transkrypcji NAMPT pośredniczonej przez TUBBY w komórkach T nasyconych guzem w Cell Reports w Cell Reports, ujawniając, że NAD+ uzupełniany podczas terapii CAR-T oraz inhibitorów punktów kontrolnych odporności może poprawić aktywność przeciwnowotworową T.

Obecnie uzupełniający prekursor NAD+ jako produktu odżywczego został zweryfikowany pod kątem bezpieczeństwa spożycia przez ludzi. To osiągnięcie stanowi prostą i wykonalną nową metodę poprawy aktywności przeciwnowotworowej limfocytów T.

Immunoterapia nowotworowa, w tym adopcyjny transfer naturalnie występujących limfocytów przesiekających guz (TIL) oraz genetycznie modyfikowanych limfocytów T, a także wykorzystanie blokady punktów kontrolnych immunologicznego (ICB) w celu zwiększenia funkcji limfocytów T, stały się obiecującymi metodami osiągania trwałych odpowiedzi klinicznych na raki, które inaczej są oporne na leczenie (Lee i in., 2015; Rosenberg i Restifo, 2015; Sharma i Allison, 2015). Chociaż immunoterapie były skutecznie stosowane w klinice, liczba pacjentów korzystających z nich jest nadal ograniczona (Fradet i in., 2019; Newick i in., 2017). Immunosupresja związana z mikrośrodowiskiem nowotworowym (TME) ujawniła się jako główna przyczyna niskiej i/lub braku odpowiedzi na obie immunoterapie (Ninomiya i in., 2015; Schoenfeld i Hellmann, 2020). Dlatego wysiłki mające na celu badanie i przezwyciężenie ograniczeń związanych z TME w terapiach immunologicznych są bardzo pilne.

Fakt, że komórki odpornościowe i komórki nowotworowe dzielą wiele podstawowych szlaków metabolicznych, sugeruje nierozwiązywalną rywalizację o składniki odżywcze w TME (Andrejeva i Rathmell, 2017; Chang i in., 2015). Podczas niekontrolowanej proliferacji komórki nowotworowe przejmują alternatywne szlaki, umożliwiając szybszą produkcję metabolitów (Vander Heiden i in., 2009). W konsekwencji niedobór składników odżywczych, niedotlenienie, kwasowość oraz powstawanie metabolitów, które mogą być toksyczne w TME, mogą utrudniać skuteczną immunoterapię (Weinberg i in., 2010). Rzeczywiście, TIL często doświadczają stresu mitochondrialnego w rosnących guzach i ulegają wyczerpaniu (Scharping i in., 2016). Co ciekawe, wiele badań wskazuje również, że zmiany metaboliczne w TME mogą przekształcić różnicowanie i aktywność funkcjonalną komórek T (Bailis i in., 2019; Chang i in., 2013; Peng i in., 2016). Wszystkie te dowody zainspirowały nas do hipotezy, że przeprogramowanie metaboliczne w limfocytach T może uratować je z napiętego środowiska metabolicznego, tym samym ożywiając ich aktywność przeciwnowotworową (Buck i in., 2016; Zhang i in., 2017).

W obecnym badaniu, integrując zarówno badania genetyczne, jak i chemiczne, ustaliliśmy, że NAMPT, kluczowy gen zaangażowany w biosyntezę NAD+, jest niezbędny do aktywacji limfocytów T. Hamowanie NAMPT prowadziło do silnego spadku NAD+ w limfocytach T, co zaburzało regulację glikolizy i funkcję mitochondriów, blokowało syntezę ATP oraz tłumiło kaskadę sygnalizacji receptora limfocytów T (TCR). Bazując na obserwacji, że TIL mają stosunkowo niższy poziom ekspresji NAD+ i NAMPT niż limfocyty T z komórek monojądrowych krwi obwodowej (PBMC) u pacjentek z rakiem jajnika, przeprowadziliśmy badania genetyczne w limfocytach T i zidentyfikowaliśmy, że Tubby (TUB) jest czynnikiem transkrypcyjnym NAMPT. Na koniec zastosowaliśmy tę podstawową wiedzę w klinice (przed)klinicznej i wykazaliśmy bardzo mocne dowody, że suplementacja NAD+ znacząco poprawia aktywność przeciwnowotworową zarówno w terapii komórek CAR-T przeniesionych do adopcji, jak i w terapii blokadą punktów kontrolnych immunologicznego, co wskazuje na obiecujący potencjał w celowaniu metabolizmu NAD+ w celu lepszego leczenia nowotworów.

1. NAD+ reguluje aktywację limfocytów T poprzez wpływ na metabolizm energii

Po stymulacji antygenem komórki T przechodzą metaboliczną reprogramację, od utleniania mitochondrialnego do glikolizy jako głównego źródła ATP. Przy jednoczesnym zachowaniu wystarczającej liczby funkcji mitochondrialnych, aby wspierać proliferację komórek i funkcje efektorów. Biorąc pod uwagę, że NAD+ jest głównym koenzymem redoks, naukowcy potwierdzili wpływ NAD+ na poziom metabolizmu w limfocytach T poprzez eksperymenty takie jak metaboliczna spektrometria mas i znakowanie izotopów. Wyniki eksperymentów in vitro pokazują, że niedobór NAD+ znacząco obniży poziom glikolizy, cyklu TCA oraz metabolizm łańcucha transportu elektronów w limfocytach T. W wyniku eksperymentu uzupełniania ATP naukowcy odkryli, że brak NAD+ głównie hamuje produkcję ATP w limfocytach T, co zmniejsza poziom aktywacji limfocytów T.

2. Szlak syntezy NAD+ regulowany przez NAMPT jest niezbędny dla aktywacji limfocytów T

Proces przeprogramowania metabolicznego reguluje aktywację i różnicowanie komórek odpornościowych. Celowanie w metabolizm komórek T daje możliwość modulacji odpowiedzi immunologicznej w sposób komórkowy. Komórki odpornościowe w mikrośrodowisku nowotworowym, ich własny poziom metabolizmu również zostaną odpowiednio zaburzone. Naukowcy w tym artykule odkryli ważną rolę NAMPT w aktywacji limfocytów T poprzez przesiewowe badania sgRNA w całym genomie oraz eksperymenty z przesiewem inhibitorów małych cząsteczek związanych z metabolizmem. Nikotynamido-adenin-dinukleotyd (NAD+) to koenzym dla reakcji redoks, który może być syntetyzowany przez szlak ratunkowy, szlak syntezy de novo oraz szlak Preiss-Handler. Enzym metaboliczny NAMPT jest głównie zaangażowany w szlak syntezy NAD+. Analiza próbek nowotworów klinicznych wykazała, że w limfocytach T infiltrujących nowotwory ich poziomy NAD+ i NAMPT były niższe niż w innych limfocytach T. Naukowcy spekulują, że poziomy NAD+ mogą być jednym z czynników wpływających na aktywność przeciwnowotworową komórek T infiltrujących guz.

3. Suplementuj NAD+ w celu zwiększenia aktywności przeciwnowotworowej limfocytów T

Immunoterapia była badaniem eksploracyjnym w leczeniu nowotworów, ale głównym problemem jest najlepsza strategia leczenia oraz skuteczność immunoterapii w całej populacji. Naukowcy chcą zbadać, czy zwiększenie aktywacji limfocytów T poprzez uzupełnianie poziomu NAD+ może wzmocnić efekt immunoterapii opartej na limfocytach T. Równocześnie, w modelu terapii CAR-T anty-CD19 oraz modelu inhibitorów punktów kontrolnych odporności przeciw PD-1, potwierdzono, że suplementacja NAD+ znacząco zwiększa efekt niszczenia guza komórek T. Naukowcy odkryli, że w modelu leczenia CAR-T anty-CD19 niemal wszystkie myszy w grupie leczonej CAR-T suplementowaną NAD+ osiągnęły usunięcie guza, podczas gdy grupa leczona CAR-T bez NAD+ tylko około 20% myszy osiągnęła usunięcie guza. Zgodnie z tym, w modelu leczenia inhibitorem punktów kontrolnych odporności przeciw PD-1, guzy B16F10 są stosunkowo tolerancyjne na leczenie anty-PD-1, a efekt hamujący nie jest istotny. Jednak wzrost guzów B16F10 w grupie leczonej anty-PD-1 i NAD+ może być istotnie hamowany. Na tej podstawie suplementacja NAD+ może wzmacniać działanie przeciwnowotworowe immunoterapii opartej na limfocytach T.

4. Jak uzupełnić NAD+

Cząsteczka NAD+ jest duża i nie może być bezpośrednio wchłonięta ani wykorzystana przez ludzki organizm. NAD+ spożywany bezpośrednio doustnie jest głównie hydrolizowany przez komórki brzegowe szczotki w jelicie cienkim. Jeśli chodzi o myślenie, istnieje rzeczywiście inny sposób uzupełnienia NAD+, czyli znalezienie sposobu na uzupełnienie określonej substancji, aby mogła ona samodzielnie syntetyzować NAD+ w ludzkim ciele. Istnieją trzy sposoby syntezy NAD+ w ludzkim ciele: ścieżka Preiss-Handler, szlak syntezy de novo oraz szlak syntezy odzyskanej. Chociaż trzy sposoby mogą syntetyzować NAD+, istnieje także rozróżnienie pierwotne i wtórne. Spośród nich NAD+ produkowany przez pierwsze dwa syntetyczne szlaki stanowi jedynie około 15% całkowitej ludzkiej NAD+, a pozostałe 85% osiągane jest poprzez syntezę naprawczą. Innymi słowy, szlak syntezy odzysku jest kluczem do organizmu ludzkiego do uzupełniania NAD+.

Wśród prekursorów NAD+, nikotynamid (NAM), NMN i ryboza nikotynamidu (NR) wszystkie syntetyzują NAD+ poprzez szlak syntezy ratunkowej, dlatego te trzy substancje stały się wyborem organizmu do suplementacji NAD+.

Chociaż sam NR nie powoduje skutków ubocznych, w procesie syntezy NAD+ większość nie jest bezpośrednio przekształcana w NMN, lecz musi zostać najpierw przetworzona do NAM, a następnie uczestniczyć w syntezie NMN, która nadal nie może uniknąć ograniczeń enzymów ograniczających szybkość. Dlatego możliwość suplementowania NAD+ poprzez doustne podawanie NR jest również ograniczona.

Jako prekursor suplementacji NAD+, NMN nie tylko omija ograniczenia enzymów ograniczających szybkość, ale jest także bardzo szybko wchłaniana przez organizm i może być bezpośrednio przekształcana w NAD+. Dlatego może być stosowany jako bezpośrednia, szybka i skuteczna metoda uzupełniająca NAD+.

Recenzje ekspertów:

Xu Chenqi (Centrum Doskonałości i Innowacji w Molekularnej Biologii Komórkowej, Chińska Akademia Nauk, ekspert ds. badań immunologicznych)

Leczenie raka to problem na świecie. Rozwój immunoterapii zrekompensował ograniczenia tradycyjnego leczenia nowotworów i rozszerzył metody leczenia lekarzy. Immunoterapię nowotworową można podzielić na terapię blokowania punktów kontrolnych immunologicznego, inżynieryjną terapię limfocytami T, szczepionkę przeciwnowotworową itd. Metody leczenia odegrały pewną rolę w klinicznym leczeniu nowotworów. Jednocześnie obecnie badania immunoterapii koncentrują się na dalszym wzmacnianiu jej efektów i rozszerzaniu liczby beneficjentów immunoterapii.