Koencim NAD+ lahko okrepi tumorski imunski sistem! Strokovni komentar Kitajske akademije znanosti

10. avgusta 2021 so raziskovalci z Univerze za znanost in tehnologijo v Šanghaju objavili članek z naslovom NAD+ dodatek okrepi funkcijo uničevanja tumorjev z reševanjem okvarjene TUBBY-posredovane NAMPT transkripcije v tumorsko infiltriranih T-celicah v Cell Reports, pri čemer so razkrili, da NAD+ v kombinaciji med terapijo CAR-T in terapijo z zaviralci imunskih kontrolnih točk lahko izboljša protitumorsko aktivnost T.

Trenutno je bil dodatni predhodnik NAD+ kot prehranskega izdelka preverjen za varnost pri človeški potrošnji. Ta dosežek ponuja preprosto in izvedljivo novo metodo za izboljšanje protitumorske aktivnosti T celic.

Imunoterapije raka, vključno z posvojenim prenosom naravno prisotnih limfocitov, ki infiltrirajo tumor (TIL) in gensko spremenjenih T-celic, ter uporabo blokade imunskih kontrolnih točk (ICB) za izboljšanje funkcije T celic, so se izkazale kot obetavni pristopi za doseganje trajnih kliničnih odzivov sicer odpornih rakov (Lee et al., 2015; Rosenberg in Restifo, 2015; Sharma in Allison, 2015). Čeprav so imunoterapije uspešno uporabljene v kliniki, je število bolnikov, ki jih koristijo, še vedno omejeno (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Tumorsko mikrookolje (TME) povezana imunosupresija se je izkazala kot glavni razlog za nizek in/ali nič odziva na obe imunoterapiji (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld in Hellmann, 2020). Zato so prizadevanja za raziskovanje in premagovanje omejitev, povezanih s TME, v imunskih terapijah zelo nujna.

Dejstvo, da imunske celice in rakave celice delijo številne temeljne presnovne poti, pomeni nezdružljivo tekmovanje za hranila v TME (Andrejeva in Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Med nekontrolirano proliferacijo rakave celice prevzamejo alternativne poti za hitrejšo tvorbo metabolitov (Vander Heiden et al., 2009). Posledično lahko izčrpanost hranil, hipoksija, kislost in nastajanje metabolitov, ki so lahko strupeni v TME, ovirajo uspešno imunoterapijo (Weinberg et al., 2010). TIL-ji pogosto doživljajo mitohondrijski stres v rastočih tumorjih in se izčrpajo (Scharping et al., 2016). Zanimivo je, da več študij prav tako kaže, da lahko presnovne spremembe v TME preoblikujejo diferenciacijo in funkcionalno aktivnost T celic (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Vsi ti dokazi so nas spodbudili k hipotezi, da bi presnovno preprogramiranje v T celicah lahko rešilo te celice iz stresnega presnovnega okolja in s tem ponovno okrepilo njihovo protitumorsko dejavnost (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

V tej trenutni študiji smo z integracijo genetskih in kemijskih presejalnih testov ugotovili, da je NAMPT, ključni gen, ki sodeluje pri biosintezi NAD+, bistven za aktivacijo T-celic. Inhibicija NAMPT je povzročila močan upad NAD+ v T-celicah, s čimer je motila regulacijo glikolize in funkcijo mitohondrijev, blokirala sintezo ATP in zadušila kaskadno signalizacijo T celičnih receptorjev (TCR). Na podlagi opažanja, da imajo TIL-ji razmeroma nižje ravni izražanja NAD+ in NAMPT kot T celice iz perifernih krvnih mononuklearnih celic (PBMC) pri bolnicah z rakom jajčnikov, smo izvedli genetsko presejanje T celic in ugotovili, da je Tubby (TUB) transkripcijski faktor za NAMPT. Nazadnje smo to osnovno znanje uporabili v (pred)kliniki in pokazali zelo močne dokaze, da dopolnitev z NAD+ dramatično izboljša protitumorsko uničevalno dejavnost tako v terapiji z adoptivno prenesljenimi CAR-T celicami kot v terapiji z blokado imunskih kontrolnih točk, kar kaže na obetaven potencial za ciljanje presnove NAD+ za boljše zdravljenje rakavih bolezni.

1. NAD+ uravnava aktivacijo T celic z vplivanjem na presnovo energije

Po stimulaciji antigenov T celice preidejo presnovno preprogramiranje, od oksidacije mitohondrijev do glikolize kot glavnega vira ATP. Ob ohranjanju zadostnih mitohondrijskih funkcij za podporo proliferaciji celic in funkcijam efektorjev. Ker je NAD+ glavni koencim za redoks, so raziskovalci potrdili učinek NAD+ na raven presnove v T celicah z eksperimenti, kot sta presnovna masna spektrometrija in označevanje izotopov. Rezultati in vitro eksperimentov kažejo, da pomanjkanje NAD+ bistveno zmanjša raven glikolize, TCA cikla in presnovo elektronske transportne verige v T celicah. S pomočjo eksperimenta obnavljanja ATP so raziskovalci ugotovili, da pomanjkanje NAD+ predvsem zavira proizvodnjo ATP v T celicah, s čimer se zmanjša raven aktivacije T-celic.

2. Pot sinteze NAD+, ki jo regulira NAMPT, je bistvena za aktivacijo T-celic

Proces presnovnega programiranja uravnava aktivacijo in diferenciacijo imunskih celic. Ciljanje presnove T celic omogoča celično modulacijo imunskega odziva. Imunske celice v tumorskem mikrookolju, njihova lastna presnova bodo prav tako ustrezno prizadete. Raziskovalci v tem članku so odkrili pomembno vlogo NAMPT pri aktivaciji T celic z genomskim presejanjem sgRNA in eksperimenti presejanja majhnih molekul, povezanih z metabolizmom. Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+) je koencim za redoks reakcije in ga je mogoče sintetizirati preko poti reševanja, poti de novo sinteze in poti Preiss-Handler. Presnovni encim NAMPT je predvsem vključen v sintezo reševanja NAD+. Analiza kliničnih vzorcev tumorjev je pokazala, da so bile v tumorsko infiltrirajočih T-celicah njihove ravni NAD+ in NAMPT nižje kot pri drugih T-celicah. Raziskovalci domnevajo, da so ravni NAD+ lahko eden od dejavnikov, ki vplivajo na protitumorsko aktivnost T-celic, ki infiltrirajo tumor.

3. Dopolnitev NAD+ za povečanje protitumorske aktivnosti T celic

Imunoterapija je bila raziskovalna raziskava pri zdravljenju raka, vendar je glavni problem najboljša strategija zdravljenja in učinkovitost imunoterapije v celotni populaciji. Raziskovalci želijo preučiti, ali lahko povečanje aktivacijske sposobnosti T celic z dopolnjevanjem ravni NAD+ okrepi učinek imunoterapije, ki temelji na T-celicah. Hkrati je bilo v modelu terapije proti CD19 CAR-T in modelu terapije z zaviralcem imunskih kontrolnih točk proti PD-1 potrjeno, da dopolnitev NAD+ pomembno okrepi učinek uničevanja tumorjev T-celic. Raziskovalci so ugotovili, da je v modelu zdravljenja proti CD19 CAR-T skoraj vse miši v skupini, ki je prejemala NAD+, dosegle odstranitev tumorja, medtem ko je skupina z CAR-T brez NAD+, ki je dopolnila le približno 20 % miši, dosegla odstranitev tumorja. V skladu s tem so v modelu zdravljenja z inhibitorjem imunskih kontrolnih točk proti PD-1 tumorji B16F10 razmeroma tolerantni na zdravljenje z anti-PD-1, zaviralni učinek pa ni pomemben. Vendar pa bi lahko rast tumorjev B16F10 v skupinah za zdravljenje z anti-PD-1 in NAD+ bistveno zavirala. Na podlagi tega lahko dopolnitev NAD+ okrepi protitumorski učinek imunoterapije, ki temelji na T-celicah.

4. Kako dopolniti NAD+

Molekula NAD+ je velika in je človeško telo ne more neposredno absorbirati in uporabiti. NAD+, ki ga neposredno zaužijemo oralno, se večinoma hidrolizira s krtačnimi mejnimi celicami v tankem črevesu. Kar zadeva razmišljanje, obstaja res še en način dopolnitve NAD+, in sicer iskanje načina, kako dopolniti določeno snov, da lahko avtonomno sintetizira NAD+ v človeškem telesu. Obstajajo trije načini sinteze NAD+ v človeškem telesu: pot Preiss-Handler, pot de novo sinteze in pot sinteze reševanja. Čeprav lahko trije načini sintetizirajo NAD+, obstaja tudi primarna in sekundarna razlika. Med njimi NAD+, ki ga proizvajata prvi dve sintetični poti, predstavlja le približno 15 % celotnega človeškega NAD+, preostalih 85 % pa se doseže z remedialno sintezo. Z drugimi besedami, pot sinteze reševanja je ključ do dopolnitve NAD+ v človeškem telesu.

Med predhodniki NAD+ so nikotinamid (NAM), NMN in nikotinamid riboza (NR) vsi sintetizirali NAD+ preko poti reševanja sinteze, zato so te tri snovi postale telesna izbira za dopolnitev NAD+.

Čeprav NR sam po sebi nima stranskih učinkov, se pri sintezi NAD+ večina ne pretvori neposredno v NMN, temveč jo je treba najprej prebaviti v NAM, nato pa sodelovati pri sintezi NMN, ki pa še vedno ne more uiti omejitvam omejujočih hitrosti. Zato je možnost dopolnjevanja NAD+ z oralno uporabo NR prav tako omejena.

Kot predhodnik za dopolnitev NAD+ NMN ne le da obide omejitev encimov, ki omejujejo hitrost, ampak se tudi zelo hitro absorbira v telesu in ga je mogoče neposredno pretvoriti v NAD+. Zato se lahko uporablja kot neposredna, hitra in učinkovita metoda za dopolnitev NAD+.

Strokovne ocene:

Xu Chenqi (Center odličnosti in inovacij molekularne celične znanosti, Kitajska akademija znanosti, strokovnjak za raziskave imunologije)

Zdravljenje raka je problem v svetu. Razvoj imunoterapije je nadomestil omejitve tradicionalnega zdravljenja raka in razširil metode zdravljenja zdravnikov. Imunoterapijo raka lahko razdelimo na terapijo blokiranja imunskih kontrolnih točk, inženirsko oblikovano terapijo s T-celicami, cepivo proti tumorju itd. Te metode zdravljenja so imele določeno vlogo v kliničnem zdravljenju raka. Hkrati to postavlja trenutni fokus raziskav imunoterapije na tem, kako še dodatno okrepiti učinek imunoterapije in razširiti koristi imunoterapije.