Koencim NAD+ lahko okrepi imunost proti tumorjem! Strokovni komentar Kitajske akademije znanosti

10. avgusta 2021 so raziskovalci s Šanghajske univerze za znanost in tehnologijo objavili članek z naslovom NAD+ supplement potentiates tumor killing function by rescuing defective TUBBY-mediated NAMPT transcription in tumor infiltrated T cells v reviji Cell Reports, ki razkriva, da lahko NAD+, dodan med terapijo s CAR-T in terapijo z zaviralci imunskih kontrolnih točk, izboljša protitumorsko aktivnost T celic.

Trenutno je dodatek prekurzorja NAD+ kot prehranski izdelek potrjen kot varen za uživanje pri ljudeh. Ta dosežek zagotavlja preprosto in izvedljivo novo metodo za izboljšanje protitumorske aktivnosti T celic.

Imunoterapije raka, vključno s prenosom naravno prisotnih tumorsko infiltrirajočih limfocitov (TIL) in gensko spremenjenih T celic ter uporabo blokade imunskih kontrolnih točk (ICB) za okrepitev delovanja T celic, so se izkazale za obetaven pristop za doseganje trajnih kliničnih odzivov pri sicer na zdravljenje odpornih rakih (Lee et al., 2015; Rosenberg in Restifo, 2015; Sharma in Allison, 2015). Čeprav se imunoterapije uspešno uporabljajo v kliniki, je število bolnikov, ki imajo od njih koristi, še vedno omejeno (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Imunosupresija, povezana s tumorskim mikrookoljem (TME), se je izkazala za glavni razlog za nizek in/ali odsoten odziv na obe imunoterapiji (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld in Hellmann, 2020). Zato so prizadevanja za raziskovanje in premagovanje omejitev, povezanih s TME, pri imunskih terapijah nujna.

Dejstvo, da imunske celice in rakave celice delijo številne osnovne presnovne poti, pomeni neizogibno tekmovanje za hranila v TME (Andrejeva in Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Med nenadzorovano proliferacijo rakave celice prevzamejo alternativne poti za hitrejše ustvarjanje metabolitov (Vander Heiden et al., 2009). Posledično lahko pomanjkanje hranil, hipoksija, kislost in nastajanje metabolitov, ki so lahko strupeni v TME, ovirajo uspešno imunoterapijo (Weinberg et al., 2010). Dejansko TIL pogosto doživljajo mitohondrijski stres v rastočih tumorjih in postanejo izčrpani (Scharping et al., 2016). Zanimivo je, da številne študije tudi kažejo, 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 lahko presnovno reprogramiranje T celic rešilo iz stresnega presnovnega okolja in s tem ponovno okrepilo njihovo protitumorsko aktivnost (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

V tej študiji smo z integracijo genetskih in kemijskih pregledov ugotovili, da je NAMPT, ključni gen, vključen v biosintezo NAD+, bistven za aktivacijo T celic. Zaviranje NAMPT je povzročilo močan upad NAD+ v T celicah, kar je motilo uravnavanje glikolize in delovanje mitohondrijev, blokiralo sintezo ATP in oslabilo signalno kaskado navzdol od T-celičnega receptorja (TCR). Na podlagi opažanja, da imajo TIL relativno nižje ravni NAD+ in NAMPT kot T celice iz mononuklearnih celic periferne krvi (PBMC) pri bolnicah z rakom jajčnikov, smo izvedli genetski pregled v T celicah 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 dodajanje NAD+ dramatično izboljša protitumorsko ubijalsko aktivnost tako pri adoptivno preneseni terapiji s CAR-T celicami kot pri terapiji z blokado imunskih kontrolnih točk, kar kaže na njihov obetaven potencial za ciljanje presnove NAD+ za boljše zdravljenje raka.

1. NAD+ uravnava aktivacijo T celic z vplivom na energetsko presnovo

Po stimulaciji z antigenom T celice podvržejo presnovnemu reprogramiranju, od mitohondrijske oksidacije do glikolize kot glavnega vira ATP, hkrati pa ohranjajo zadostne mitohondrijske funkcije za podporo celične proliferacije in efektorskih funkcij. Ker je NAD+ glavni koencim za redoks reakcije, so raziskovalci preverili učinek NAD+ na raven presnove v T celicah s poskusi, kot sta presnovna masna spektrometrija in označevanje z izotopi. Rezultati poskusov in vitro kažejo, da pomanjkanje NAD+ znatno zmanjša raven glikolize, cikla TCA in presnove verige prenosa elektronov v T celicah. S poskusom dopolnjevanja ATP so raziskovalci ugotovili, da pomanjkanje NAD+ predvsem zavira proizvodnjo ATP v T celicah, s čimer zmanjša raven aktivacije T celic.

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

Proces presnovnega reprogramiranja uravnava aktivacijo in diferenciacijo imunskih celic. Ciljanje na presnovo T celic ponuja priložnost za modulacijo imunskega odziva na celični način. Imunske celice v tumorskem mikrookolju so tudi same podvržene ustreznim vplivom na svojo presnovno raven. Raziskovalci v tem članku so odkrili pomembno vlogo NAMPT pri aktivaciji T celic s pregledi sgRNA po celotnem genomu in pregledi zaviralcev majhnih molekul, povezanih s presnovo. Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+) je koencim za redoks reakcije in se lahko sintetizira po reševalni poti, poti sinteze de novo in poti Preiss-Handler. Presnovni encim NAMPT je v glavnem vključen v reševalno pot sinteze NAD+. Analiza kliničnih tumorskih vzorcev je pokazala, da imajo tumorsko infiltrirajoče T celice nižje ravni NAD+ in NAMPT kot druge T celice. Raziskovalci domnevajo, da je raven NAD+ lahko eden od dejavnikov, ki vplivajo na protitumorsko aktivnost tumorsko infiltrirajočih T celic.

3. Dodajanje NAD+ za okrepitev protitumorske aktivnosti T celic

Imunoterapija je bila raziskovalna smer pri zdravljenju raka, vendar je glavni problem najboljša strategija zdravljenja in učinkovitost imunoterapije v splošni populaciji. Raziskovalci želijo preučiti, ali lahko povečanje aktivacijske sposobnosti T-celic z dopolnjevanjem ravni NAD+ okrepi učinek imunoterapije, ki temelji na T-celicah. Hkrati so v modelu terapije anti-CD19 CAR-T in modelu terapije z zaviralci imunskih kontrolnih točk anti-PD-1 potrdili, da dopolnjevanje NAD+ znatno okrepi učinek ubijanja tumorskih celic s strani T-celic. Raziskovalci so ugotovili, da je v modelu zdravljenja z anti-CD19 CAR-T skoraj pri vseh miših v skupini CAR-T, ki so prejemale NAD+, prišlo do odstranitve tumorja, medtem ko je v skupini CAR-T brez NAD+ le približno 20 % miši doseglo odstranitev tumorja. V skladu s tem je v modelu zdravljenja z zaviralcem imunskih kontrolnih točk anti-PD-1 tumor B16F10 relativno toleranten na zdravljenje z anti-PD-1, zaviralni učinek pa ni pomemben. Vendar je bilo rast tumorjev B16F10 v skupini z anti-PD-1 in NAD+ mogoče znatno zavreti. Na podlagi tega lahko dopolnjevanje NAD+ okrepi protitumorski učinek imunoterapije, ki temelji na T-celicah.

4. Kako dopolnjevati NAD+

Molekula NAD+ je velika in je človeško telo ne more neposredno absorbirati in izkoristiti. NAD+, ki ga zaužijemo peroralno, se v glavnem hidrolizira s celicami s čopičasto obrobo v tankem črevesu. Kar se tiče razmišljanja, obstaja še en način za dopolnjevanje NAD+, in sicer najti način za dopolnjevanje določene snovi, tako da lahko ta v človeškem telesu samostojno sintetizira NAD+. V človeškem telesu obstajajo trije načini sinteze NAD+: Preiss-Handlerjeva pot, pot sinteze de novo in pot reševalne sinteze. Čeprav lahko vsi trije načini sintetizirajo NAD+, obstaja tudi razlika med primarnim in sekundarnim. Med njimi NAD+, proizveden v prvih dveh sinteznih poteh, predstavlja le približno 15 % celotnega človeškega NAD+, preostalih 85 % pa se doseže z reševalno sintezo. Z drugimi besedami, pot reševalne sinteze je ključna za dopolnjevanje NAD+ v človeškem telesu.

Med prekurzorji NAD+ nikotinamid (NAM), NMN in nikotinamid riboza (NR) vsi sintetizirajo NAD+ prek poti reševalne sinteze, zato so te tri snovi postale izbira telesa za dopolnjevanje NAD+.

Čeprav NR sam po sebi nima stranskih učinkov, se med sintezo NAD+ večina ne pretvori neposredno v NMN, ampak ga je treba najprej prebaviti v NAM, nato pa sodeluje pri sintezi NMN, kar še vedno ne more ubežati omejitvi encimov, ki omejujejo hitrost. Zato je sposobnost dopolnjevanja NAD+ s peroralnim jemanjem NR prav tako omejena.

Kot prekurzor za dopolnjevanje NAD+ NMN ne le obide omejitev encimov, ki omejujejo hitrost, ampak se v telesu tudi zelo hitro absorbira in se lahko neposredno pretvori v NAD+. Zato se lahko uporablja kot neposredna, hitra in učinkovita metoda za dopolnjevanje NAD+.

Strokovne ocene:

Xu Chenqi (Center za odličnost in inovacije molekularne celične znanosti, Kitajska akademija znanosti, strokovnjak za imunološke raziskave)

Zdravljenje raka je problem v svetu. Razvoj imunoterapije je nadomestil omejitve tradicionalnega zdravljenja raka in razširil metode zdravljenja zdravnikov. Imunoterapija raka se lahko razdeli na terapijo z blokado imunskih kontrolnih točk, terapijo z inženirskimi T-celicami, tumorska cepiva itd. Te metode zdravljenja so imele določeno vlogo pri kliničnem zdravljenju raka. Hkrati to tudi pomeni, da je trenutni poudarek raziskav imunoterapije na tem, kako dodatno okrepiti učinek imunoterapije in razširiti upravičence do imunoterapije.