Koenzym NAD+ kan styrke tumorimmuniteten! Ekspertkommentar fra det kinesiske vitenskapsakademiet

Den 10. august 2021 publiserte forskere fra Shanghai University of Science and Technology en artikkel med tittelen NAD+-tilskudd forsterker tumordrepende funksjon ved å redde defekt TUBBY-mediert NAMPT-transkripsjon i tumorinfiltrerte T-celler i cellerapporter, og avslørte at NAD+ i tilskudd under CAR-T-behandling og immunkontrollpunkthemmer kan forbedre T-ens antitumoraktivitet.

For øyeblikket er den supplerende forløperen til NAD+, som et næringsprodukt, verifisert for menneskelig konsumsikkerhet. Denne prestasjonen gir en enkel og gjennomførbar ny metode for å forbedre antitumoraktiviteten til T-celler.

Kreftimmunterapier, inkludert adoptiv overføring av naturlig forekommende tumorinfiltrerende lymfocytter (TIL) og genetisk manipulerte T-celler, samt bruk av immunkontrollpunktblokade (ICB) for å øke funksjonen til T-celler, har vist seg som lovende tilnærminger for å oppnå varige kliniske responser på ellers behandlingsresistente kreftformer (Lee et al., 2015; Rosenberg og Restifo, 2015; Sharma og Allison, 2015). Selv om immunterapier har blitt brukt med suksess i klinikken, er antallet pasienter som drar nytte av dem fortsatt begrenset (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Tumormikromiljø (TME)-relatert immunsuppresjon har vist seg å være hovedårsaken til lav og/eller ingen respons på begge immunterapiene (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld og Hellmann, 2020). Derfor er innsatsen for å undersøke og overvinne TME-relaterte begrensninger i immunterapier av stor hast.

Det faktum at immunceller og kreftceller deler mange grunnleggende metabolske veier, innebærer en uforenlig konkurranse om næringsstoffer i TME (Andrejeva og Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Under ukontrollert proliferasjon kaprer kreftceller alternative veier for raskere metabolittproduksjon (Vander Heiden et al., 2009). Som en konsekvens kan næringsmangel, hypoksi, surhet og dannelse av metabolitter som kan være giftige i TME hemme vellykket immunterapi (Weinberg et al., 2010). Faktisk opplever TIL-er ofte mitokondriestress i voksende svulster og blir utmattet (Scharping et al., 2016). Interessant nok indikerer flere studier også at metabolske endringer i TME kan omforme T-celle-differensiering og funksjonell aktivitet (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Alle disse bevisene inspirerte oss til å anta at metabolsk omprogrammering i T-celler kan redde dem fra et stresset metabolsk miljø, og dermed revitalisere deres antitumoraktivitet (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

I denne nåværende studien, ved å integrere både genetiske og kjemiske screeninger, identifiserte vi at NAMPT, et nøkkelgen involvert i NAD+-biosyntese, var essensielt for T-celleaktivering. NAMPT-hemming førte til robust nedgang i NAD+ i T-celler, noe som forstyrret reguleringen av glykolyse og mitokondriefunksjonen, blokkerte ATP-syntesen og dempet T-cellereseptorens (TCR) nedstrøms signalkaskade. Med utgangspunkt i observasjonen om at TIL-er har relativt lavere NAD+- og NAMPT-uttrykksnivåer enn T-celler fra perifere blodmononukleære celler (PBMC) hos eggstokkreftpasienter, utførte vi genetisk screening i T-celler og identifiserte at Tubby (TUB) er en transkripsjonsfaktor for NAMPT. Til slutt anvendte vi denne grunnleggende kunnskapen i (pre)klinikken og viste svært sterke bevis for at tilskudd med NAD+ dramatisk forbedrer antitumordrepende aktivitet både i adoptivoverførte CAR-T-celleterapi og immunkontrollpunktblokkering, noe som indikerer deres lovende potensial for å målrette NAD+-metabolismen for bedre behandling av kreft.

1.NAD+ regulerer aktiveringen av T-celler ved å påvirke energimetabolismen

Etter antigenstimulering gjennomgår T-celler metabolsk omprogrammering, fra mitokondriell oksidasjon til glykolyse som hovedkilde til ATP. Samtidig som tilstrekkelige mitokondriefunksjoner opprettholdes for å støtte celleproliferasjon og effektorfunksjoner. Siden NAD+ er hovedkoenzymet for redoks, verifiserte forskerne effekten av NAD+ på stoffskiftet i T-celler gjennom eksperimenter som metabolsk massespektrometri og isotopmerking. Resultatene fra in vitro-eksperimenter viser at NAD+-mangel vil redusere nivået av glykolyse, TCA-syklusen og elektrontransportkjedemetabolismen i T-celler betydelig. Gjennom eksperimentet med å fylle på ATP fant forskerne at mangelen på NAD+ hovedsakelig hemmer produksjonen av ATP i T-celler, og dermed reduserer nivået av T-celleaktivering.

2. NAD+ salvage-synteseveien regulert av NAMPT er essensiell for T-celleaktivering

Den metabolske omprogrammeringsprosessen regulerer aktivering og differensiering av immunceller. Målretting av T-cellemetabolisme gir en mulighet til å modulere immunresponsen på en cellulær måte. Immunceller i tumormikromiljøet, deres eget metabolske nivå vil også bli tilsvarende påvirket. Forskerne i denne artikkelen har oppdaget den viktige rollen NAMPT spiller i aktivering av T-celler gjennom genomomfattende sgRNA-screening og metabolisme-relaterte småmolekylhemmere-screeningeksperimenter. Nikotinamidadenin-dinukleotid (NAD+) er et koenzym for redoksreaksjoner og kan syntetiseres gjennom salvage-veien, de novo-synteseveien og Preiss-Handler-veien. NAMPTs metabolske enzym er hovedsakelig involvert i NAD+ salvage-synteseveien. Analyse av kliniske tumorprøver viste at i tumorinfiltrerende T-celler var deres NAD+- og NAMPT-nivåer lavere enn i andre T-celler. Forskere spekulerer i at NAD+-nivåer kan være en av faktorene som påvirker antitumoraktiviteten til tumorinfiltrerende T-celler.

3. Suppler NAD+ for å øke antitumoraktiviteten til T-celler

Immunterapi har vært utforskende forskning innen kreftbehandling, men hovedproblemet er den beste behandlingsstrategien og effektiviteten av immunterapi i befolkningen som helhet. Forskere ønsker å undersøke om økt aktiveringsevne til T-celler ved å supplere NAD+-nivåer kan øke effekten av T-cellebasert immunterapi. Samtidig, i anti-CD19 CAR-T terapimodellen og anti-PD-1 immunsjekkpunkthemmer-modellen, ble det bekreftet at tilskudd av NAD+ signifikant forbedret den tumordrepende effekten av T-celler. Forskerne fant at i anti-CD19 CAR-T-behandlingsmodellen oppnådde nesten alle mus i CAR-T-behandlingsgruppen som fikk NAD+ svulstfjerning, mens CAR-T-behandlingsgruppen uten NAD+ kun oppnådde svulstrensning. I tråd med dette er B16F10-svulster relativt tolerante mot anti-PD-1 immunsjekkpunkthemmer-behandlingsmodellen, og den hemmende effekten er ikke signifikant. Veksten av B16F10-svulster i anti-PD-1- og NAD+-behandlingsgruppene kan imidlertid hemmes betydelig. Basert på dette kan NAD+-tilskudd forsterke den antitumoreffekten av T-cellebasert immunterapi.

4. Hvordan supplere NAD+

NAD+-molekylet er stort og kan ikke absorberes direkte og utnyttes av menneskekroppen. NAD+ som inntas direkte oralt, hydrolyseres hovedsakelig av børstegrenseceller i tynntarmen. Når det gjelder tankegang, finnes det faktisk en annen måte å supplere NAD+ på, nemlig å finne en måte å supplere et bestemt stoff slik at det kan syntetisere NAD+ autonomt i menneskekroppen. Det finnes tre måter å syntetisere NAD+ i menneskekroppen: Preiss-Handler-veien, de novo synteseveien og salvage-synteseveien. Selv om de tre måtene kan syntetisere NAD+, finnes det også en primær og sekundær distinksjon. Blant dem utgjør NAD+ produsert av de to første syntetiske veiene bare omtrent 15 % av den totale menneskelige NAD+, og de resterende 85 % oppnås gjennom remedial syntese. Med andre ord er salvage-synteseveien nøkkelen til at menneskekroppen kan supplere NAD+.

Blant forløperne til NAD+ syntetiserer nikotinamid (NAM), NMN og nikotinamidribose (NR) alle NAD+ gjennom en salvage-syntesevei, så disse tre stoffene har blitt kroppens foretrukne valg for tilskudd av NAD+.

Selv om NR i seg selv ikke har noen bivirkninger, blir det meste av det i NAD+-synteseprosessen ikke direkte omdannet til NMN, men må først fordøyes til NAM, og deretter delta i syntesen av NMN, som likevel ikke kan unnslippe begrensningene til hastighetsbegrensende enzymer. Derfor er også muligheten til å supplere NAD+ gjennom oral administrasjon av NR begrenset.

Som en forløper for tilskudd av NAD+, omgår NMN ikke bare restriksjonen av hastighetsbegrensende enzymer, men absorberes også svært raskt i kroppen og kan direkte omdannes til NAD+. Derfor kan det brukes som en direkte, rask og effektiv metode for å supplere NAD+.

Ekspertanmeldelser:

Xu Chenqi (Excellence and Innovation Center of Molecular Cell Sciences, Chinese Academy of Sciences, ekspert på immunologiforskning)

Kreftbehandling er et problem i verden. Utviklingen av immunterapi har kompensert for begrensningene ved tradisjonell kreftbehandling og utvidet legers behandlingsmetoder. Kreftimmunterapi kan deles inn i immunkontrollpunktblokkering, konstruert T-celleterapi, tumorvaksine osv. Disse behandlingsmetodene har spilt en viss rolle i klinisk behandling av kreft. Samtidig gjør dette også dagens fokus for immunterapiforskning til hvordan man ytterligere kan styrke effekten av immunterapi og utvide fordelene av immunterapi.