Koenzym NAD + może zwiększyć odporność nowotworową! Komentarz eksperta Chińskiej Akademii Nauk

10 sierpnia 2021 r. naukowcy z Shanghai University of Science and Technology opublikowali artykuł zatytułowany Suplement NAD + wzmacnia funkcję zabijania nowotworów poprzez ratowanie wadliwej transkrypcji NAMPT za pośrednictwem TUBBY w infiltrowanych komórkach T w raportach komórkowych, ujawniając, że NAD + w suplementacji podczas terapii CAR-T i terapii inhibitorem immunologicznego punktu kontrolnego może poprawić aktywność przeciwnowotworową T.

Obecnie uzupełniający prekursor NAD+, jako produktu odżywczego, został zweryfikowany pod kątem bezpieczeństwa spożycia przez ludzi. Osiągnięcie to zapewnia prostą i wykonalną nową metodę poprawy aktywności przeciwnowotworowej limfocytów T.

Immunoterapie nowotworów, w tym adaptacyjny transfer naturalnie występujących limfocytów naciekających nowotwór (TIL) i genetycznie modyfikowanych limfocytów T, a także stosowanie blokady immunologicznych punktów kontrolnych (ICB) w celu zwiększenia funkcji limfocytów T, okazały się obiecującymi podejściami do osiągnięcia trwałych odpowiedzi klinicznych na nowotwory oporne na leczenie (Lee i in., 2015; Rosenberg i Restifo, 2015; Sharma i Allison, 2015). Chociaż immunoterapie są z powodzeniem 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) stała się główną przyczyną niskiej i / lub braku odpowiedzi na obie immunoterapie (Ninomiya i in., 2015; Schoenfeld i Hellmann, 2020). Dlatego wysiłki zmierzające do zbadania i przezwyciężenia ograniczeń związanych z TME w terapiach immunologicznych są bardzo pilne.

Fakt, że komórki odpornościowe i komórki nowotworowe mają wiele wspólnych podstawowych szlaków metabolicznych, implikuje niemożliwą do pogodzenia konkurencję o składniki odżywcze w TME (Andrejeva i Rathmell, 2017; Chang i in., 2015). Podczas niekontrolowanej proliferacji komórki nowotworowe przejmują alternatywne szlaki w celu szybszego wytwarzania metabolitów (Vander Heiden i in., 2009). W konsekwencji niedobór składników odżywczych, niedotlenienie, kwasowość i wytwarzanie metabolitów, które mogą być toksyczne w TME, może utrudniać skuteczną immunoterapię (Weinberg i in., 2010). Rzeczywiście, TIL często doświadczają stresu mitochondrialnego w rosnących guzach i stają się wyczerpani (Scharping i in., 2016). Co ciekawe, wiele badań wskazuje również, że zmiany metaboliczne w TME mogą zmienić kształtowanie różnicowania limfocytów T i aktywności funkcjonalnej (Bailis i in., 2019; Chang i in., 2013; Peng i in., 2016). Wszystkie te dowody zainspirowały nas do postawienia hipotezy, że przeprogramowanie metaboliczne w limfocytach T może uratować je przed stresującym środowiskiem metabolicznym, wzmacniając w ten sposób ich aktywność przeciwnowotworową (Buck i in., 2016; Zhang i in., 2017).

W tym obecnym badaniu, integrując zarówno genetyczne, jak i chemiczne badania przesiewowe, stwierdziliśmy, że NAMPT, kluczowy gen zaangażowany w biosyntezę NAD +, był niezbędny do aktywacji limfocytów T. Hamowanie NAMPT doprowadziło do silnego spadku NAD + w limfocytach T, zakłócając w ten sposób regulację glikolizy i funkcję mitochondriów, blokując syntezę ATP i tłumiąc kaskadę sygnalizacyjną receptora limfocytów T (TCR). Opierając się na obserwacji, że TIL mają stosunkowo niższe poziomy ekspresji NAD + i NAMPT niż limfocyty T z jednojądrzastych komórek krwi obwodowej (PBMC) u pacjentek z rakiem jajnika, przeprowadziliśmy badania genetyczne w limfocytach T i stwierdziliśmy, że Tubby (TUB) jest czynnikiem transkrypcyjnym dla NAMPT. Wreszcie, zastosowaliśmy tę podstawową wiedzę w (pre) klinice i wykazaliśmy bardzo silne dowody na to, że suplementacja NAD + radykalnie poprawia działanie przeciwnowotworowe zarówno w adoptywnie przeniesionej terapii komórkami CAR-T, jak i terapii blokady immunologicznego punktu kontrolnego, wskazując na ich obiecujący potencjał w zakresie ukierunkowania metabolizmu NAD + w celu lepszego leczenia nowotworów.

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

Po stymulacji antygenu limfocyty T przechodzą przeprogramowanie metaboliczne, od utleniania mitochondrialnego do glikolizy jako głównego źródła ATP. Przy zachowaniu wystarczających funkcji mitochondrialnych do wspierania proliferacji komórek i funkcji efektorowych. Biorąc pod uwagę, że NAD + jest głównym koenzymem redoks, naukowcy zweryfikowali 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+ znacznie obniży poziom glikolizy, cyklu TCA i metabolizm łańcucha transportu elektronów w limfocytach T. Dzięki eksperymentowi uzupełniania ATP naukowcy odkryli, że brak NAD + hamuje głównie produkcję ATP w limfocytach T, zmniejszając w ten sposób poziom aktywacji limfocytów T.

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

Proces przeprogramowania metabolicznego reguluje aktywację i różnicowanie komórek odpornościowych. Celowanie w metabolizm limfocytów T daje możliwość modulowania odpowiedzi immunologicznej w sposób komórkowy. Komórki odpornościowe w mikrośrodowisku guza, ich własny poziom metaboliczny również zostaną odpowiednio dotknięte. Naukowcy w tym artykule odkryli ważną rolę NAMPT w aktywacji limfocytów T poprzez badania przesiewowe sgRNA całego genomu i eksperymenty przesiewowe związane z metabolizmem inhibitorów małych cząsteczek. Dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (NAD+) jest koenzymem reakcji redoks i może być syntetyzowany przez szlak ratunkowy, szlak syntezy de novo i szlak Preiss-Handler. Enzym metaboliczny NAMPT bierze udział głównie w szlaku syntezy NAD+. Analiza klinicznych próbek guza wykazała, że w limfocytach T naciekających nowotwór ich poziomy NAD + i poziomy NAMPT były niższe niż w przypadku innych limfocytów T. Naukowcy spekulują, że poziomy NAD + mogą być jednym z czynników wpływających na aktywność przeciwnowotworową limfocytów T infiltrujących nowotwór.

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

Immunoterapia była badaniem eksploracyjnym w leczeniu raka, ale głównym problemem jest najlepsza strategia leczenia i skuteczność immunoterapii w całej populacji. Naukowcy chcą zbadać, czy zwiększenie zdolności aktywacji limfocytów T poprzez uzupełnienie poziomów NAD + może wzmocnić efekt immunoterapii opartej na komórkach T. Jednocześnie w modelu terapii CAR-T anty-CD19 i modelu terapii inhibitorem immunologicznego punktu kontrolnego anty-PD-1 zweryfikowano, że suplementacja NAD + znacznie wzmocniła efekt zabijania nowotworu limfocytów T. Naukowcy odkryli, że w modelu leczenia CAR-T anty-CD19 prawie wszystkie myszy w grupie leczonej CAR-T uzupełnionej NAD + osiągnęły klirens guza, podczas gdy grupa leczona CAR-T bez NAD + uzupełniła tylko około 20% myszy osiągnęło klirens guza. Zgodnie z tym, w modelu leczenia inhibitorem immunologicznego punktu kontrolnego anty-PD-1, guzy B16F10 są stosunkowo tolerancyjne na leczenie anty-PD-1, a działanie hamujące nie jest znaczące. Jednak wzrost guzów B16F10 w grupie leczonej anty-PD-1 i NAD + może być znacznie zahamowany. Na tej podstawie suplementacja NAD + może wzmocnić działanie przeciwnowotworowe immunoterapii opartej na limfocytach T.

4.Jak suplementować NAD+

Cząsteczka NAD+ jest duża i nie może być bezpośrednio wchłonięta i wykorzystana przez organizm ludzki. NAD + bezpośrednio przyjmowany doustnie jest głównie hydrolizowany przez komórki graniczne szczoteczki w jelicie cienkim. Jeśli chodzi o myślenie, rzeczywiście istnieje inny sposób na uzupełnienie NAD +, który polega na znalezieniu sposobu na uzupełnienie pewnej substancji, aby mogła ona autonomicznie syntetyzować NAD + w ludzkim ciele. Istnieją trzy sposoby syntezy NAD+ w organizmie człowieka: szlak Preiss-Handler, szlak syntezy de novo i szlak syntezy ratowania. Chociaż te trzy sposoby mogą syntetyzować NAD +, istnieje również rozróżnienie pierwotne i wtórne. Wśród nich NAD + wytwarzany przez pierwsze dwa syntetyczne szlaki stanowi tylko około 15% całkowitego ludzkiego NAD +, a pozostałe 85% osiąga się poprzez syntezę naprawczą. Innymi słowy, szlak syntezy ratowniczej jest kluczem do ludzkiego ciała w celu uzupełnienia NAD +.

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

Chociaż sam NR nie ma skutków ubocznych, w procesie syntezy NAD+ większość z nich nie jest bezpośrednio przekształcana w NMN, ale musi najpierw zostać strawiona do NAM, a następnie uczestniczyć w syntezie NMN, która nadal nie może uciec przed ograniczeniem enzymów ograniczających szybkość. Dlatego zdolność do uzupełniania NAD + poprzez doustne podawanie NR jest również ograniczona.

Jako prekursor suplementacji NAD+, NMN nie tylko omija ograniczenie enzymów ograniczających szybkość, ale jest również bardzo szybko wchłaniany w organizmie i może być bezpośrednio przekształcony w NAD +. Dlatego może być stosowany jako bezpośrednia, szybka i skuteczna metoda uzupełniania NAD+.

Recenzje ekspertów:

Xu Chenqi (Centrum Doskonałości i Innowacji Molekularnej Nauki o Komórkach, Chińska Akademia Nauk, ekspert ds. badań immunologicznych)

Leczenie raka jest problemem na świecie. Rozwój immunoterapii zrekompensował ograniczenia tradycyjnego leczenia nowotworów i rozszerzył metody leczenia lekarzy. Immunoterapię nowotworów można podzielić na terapię blokującą immunologiczny punkt kontrolny, zmodyfikowaną terapię limfocytami T, szczepionkę nowotworową itp. Te metody leczenia odegrały pewną rolę w klinicznym leczeniu raka. Jednocześnie sprawia to, że obecne badania nad immunoterapią koncentrują się na tym, jak jeszcze bardziej wzmocnić efekt immunoterapii i rozszerzyć beneficjentów immunoterapii.