Koenzým NAD+ môže zvýšiť imunitu nádoru! Odborný komentár Čínskej akadémie vied

10. augusta 2021 vedci zo Šanghajskej univerzity vedy a techniky publikovali článok s názvom Doplnok NAD+ potencuje funkciu zabíjania nádorov tým, že zachraňuje chybnú transkripciu NAMPT sprostredkovanú TUBBY v nádorom infiltrovaných T bunkách v bunkových správach, čo odhaľuje, že NAD+ v doplnenom počas liečby CAR-T a imunoterapie inhibítormi kontrolných bodov môže zlepšiť protinádorovú aktivitu T.

V súčasnosti sa overuje bezpečnosť doplnkového prekurzora NAD+ ako výživového výrobku z hľadiska bezpečnosti ľudskej spotreby. Tento úspech poskytuje jednoducho a uskutočniteľnú novú metódu na zlepšenie protinádorovej aktivity T buniek.

Imunoterapia rakoviny vrátane adoptívneho prenosu prirodzene sa vyskytujúcich lymfocytov infiltrujúcich nádor (TIL) a geneticky modifikovaných T buniek, ako aj použitie blokády imunitného kontrolného bodu (ICB) na zvýšenie funkcie T buniek, sa ukázali ako sľubné prístupy k dosiahnutiu trvalých klinických odpovedí inak liečených refraktérnych druhov rakoviny (Lee a kol., 2015; Rosenberg a Restifo, 2015; Sharma a Allison, 2015). Hoci sa na klinike úspešne používajú imunoterapie, počet pacientov, ktorí z nich majú prospech, je stále obmedzený (Fradet a kol., 2019; Newick a kol., 2017). Imunosupresia súvisiaca s nádorovým mikroprostredím (TME) sa ukázala ako hlavný dôvod nízkej a/alebo žiadnej odpovede na obe imunoterapie (Ninomiya a kol., 2015; Schoenfeld a Hellmann, 2020). Preto je veľmi naliehavé úsilie vyšetriť a prekonať obmedzenia súvisiace s TME v imunitných terapiách.

Skutočnosť, že imunitné bunky a rakovinové bunky zdieľajú mnoho základných metabolických ciest, znamená nezmieriteľnú súťaž o živiny v TME (Andrejeva a Rathmell, 2017; Chang a kol., 2015). Počas nekontrolovanej proliferácie rakovinové bunky unášajú alternatívne cesty pre rýchlejšiu tvorbu metabolitov (Vander Heiden a kol., 2009). V dôsledku toho môže vyčerpanie živín, hypoxia, kyslosť a tvorba metabolitov, ktoré môžu byť v TME toxické, brániť úspešnej imunoterapii (Weinberg a kol., 2010). V skutočnosti TILs často zažívajú mitochondriálny stres v rastúcich nádoroch a vyčerpávajú sa (Scharping a kol., 2016). Je zaujímavé, že viaceré štúdie tiež naznačujú, že metabolické zmeny v TME by mohli pretvoriť diferenciáciu T buniek a funkčnú aktivitu (Bailis a kol., 2019; Chang a kol., 2013; Peng a kol., 2016). Všetky tieto dôkazy nás inšpirovali k hypotéze, že metabolické preprogramovanie v T bunkách by ich mohlo zachrániť pred stresovaným metabolickým prostredím, a tým oživiť ich protinádorovú aktivitu (Buck a kol., 2016; Zhang a kol., 2017).

V tejto súčasnej štúdii sme integráciou genetických aj chemických skríningov zistili, že NAMPT, kľúčový gén zapojený do biosyntézy NAD+, bol nevyhnutný pre aktiváciu T buniek. Inhibícia NAMPT viedla k robustnému poklesu NAD+ v T bunkách, čím sa narušila regulácia glykolýzy a mitochondriálna funkcia, zablokovala syntézu ATP a tlmila sa dolná signalizačná kaskáda receptora T buniek (TCR). Na základe pozorovania, že TIL majú relatívne nižšie hladiny expresie NAD+ a NAMPT ako T bunky z mononukleárnych buniek periférnej krvi (PBMC) u pacientok s rakovinou vaječníkov, vykonali sme genetický skríning v T bunkách a zistili sme, že Tubby (TUB) je transkripčným faktorom pre NAMPT. Nakoniec sme tieto základné poznatky aplikovali na (pred)klinike a ukázali sme veľmi silné dôkazy o tom, že suplementácia NAD+ dramaticky zlepšuje aktivitu zabíjania proti nádorom, a to ako pri adoptívne prenášanej terapii CAR-T buniek, tak aj pri terapii blokády imunitných kontrolných bodov, čo naznačuje ich sľubný potenciál zacieliť metabolizmus NAD+ na lepšiu liečbu rakoviny.

1.NAD+ reguluje aktiváciu T buniek ovplyvnením energetického metabolizmu

Po stimulácii antigénom prechádzajú T bunky metabolickým preprogramovaním, od mitochondriálnej oxidácie až po glykolýzu ako hlavný zdroj ATP. Pri zachovaní dostatočných mitochondriálnych funkcií na podporu proliferácie buniek a efektorových funkcií. Vzhľadom na to, že NAD+ je hlavným koenzýmom pre redox, vedci overili účinok NAD+ na úroveň metabolizmu v T bunkách prostredníctvom experimentov, ako je metabolická hmotnostná spektrometria a označovanie izotopov. Výsledky experimentov in vitro ukazujú, že nedostatok NAD+ významne zníži úroveň glykolýzy, cyklu TCA a metabolizmu elektrónového transportného reťazca v T bunkách. Prostredníctvom experimentu s doplnením ATP vedci zistili, že nedostatok NAD+ inhibuje hlavne produkciu ATP v T bunkách, čím sa znižuje úroveň aktivácie T buniek.

2.Cesta syntézy záchrany NAD+ regulovaná NAMPT je nevyhnutná pre aktiváciu T buniek

Proces metabolického preprogramovania reguluje aktiváciu a diferenciáciu imunitných buniek. Zacielenie na metabolizmus T buniek poskytuje príležitosť na moduláciu imunitnej odpovede bunkovým spôsobom. Imunitné bunky v nádorovom mikroprostredí, ich vlastná metabolická hladina bude tiež zodpovedajúcim spôsobom ovplyvnená. Vedci v tomto článku objavili dôležitú úlohu NAMPT pri aktivácii T buniek prostredníctvom skríningu sgRNA v celom genóme a experimentov so skríningom malých molekúl súvisiacich s metabolizmom. Nikotínamid adenín dinukleotid (NAD+) je koenzým pre redoxné reakcie a môže byť syntetizovaný cez záchrannú dráhu, de novo syntetizačnú dráhu a Preiss-Handlerovu dráhu. Metabolický enzým NAMPT sa podieľa hlavne na ceste syntézy záchrany NAD+. Analýza klinických vzoriek nádorov zistila, že v nádorom infiltrujúcich T bunkách boli ich hladiny NAD+ a NAMPT nižšie ako iné T bunky. Vedci špekulujú, že hladiny NAD+ môžu byť jedným z faktorov, ktoré ovplyvňujú protinádorovú aktivitu T buniek infiltrujúcich nádor.

3.Doplnok NAD+ na zvýšenie protinádorovej aktivity T buniek

Imunoterapia bola prieskumným výskumom v liečbe rakoviny, ale hlavným problémom je najlepšia liečebná stratégia a účinnosť imunoterapie v celkovej populácii. Vedci chcú študovať, či zvýšenie aktivačnej schopnosti T buniek doplnením hladín NAD+ môže zvýšiť účinok imunoterapie založenej na T bunkách. Zároveň sa v modeli terapie anti-CD19 CAR-T a v modeli terapie inhibítormi imunitného kontrolného bodu anti-PD-1 overilo, že suplementácia NAD+ významne zvýšila účinok T buniek zabíjajúci nádor. Vedci zistili, že v modeli liečby anti-CD19 CAR-T takmer všetky myši v liečebnej skupine CAR-T doplnené NAD+ dosiahli klírens nádoru, zatiaľ čo skupina liečená CAR-T bez NAD+ doplnila iba asi 20 % myší dosiahli klírens nádoru. V súlade s tým sú v modeli liečby inhibítormi imunitného kontrolného bodu anti-PD-1 nádory B16F10 relatívne tolerantné voči liečbe anti-PD-1 a inhibičný účinok nie je významný. Rast nádorov B16F10 v skupine liečenej anti-PD-1 a NAD+ by však mohol byť významne inhibovaný. Na základe toho môže suplementácia NAD+ zvýšiť protinádorový účinok imunoterapie na báze T buniek.

4.Ako doplniť NAD+

Molekula NAD+ je veľká a ľudské telo ju nemôže priamo absorbovať a využiť. Nad+ priamo perorálne požitý je hlavne hydrolyzovaný bunkami na okraji kefy v tenkom čreve. Pokiaľ ide o myslenie, skutočne existuje ďalší spôsob, ako doplniť NAD+, a to nájsť spôsob, ako doplniť určitú látku tak, aby mohla autonómne syntetizovať NAD+ v ľudskom tele. Existujú tri spôsoby, ako syntetizovať NAD+ v ľudskom tele: Preiss-Handlerova cesta, de novo syntetizačná cesta a cesta záchrannej syntézy. Aj keď tieto tri spôsoby môžu syntetizovať NAD+, existuje aj primárny a sekundárny rozdiel. Medzi nimi NAD+ produkovaný prvými dvoma syntetickými cestami predstavuje iba asi 15% z celkového ľudského NAD+ a zvyšných 85% sa dosahuje prostredníctvom nápravnej syntézy. Inými slovami, cesta syntézy záchrany je kľúčom k ľudskému telu na doplnenie NAD+.

Medzi prekurzormi NAD+, nikotínamid (NAM), NMN a nikotínamidribóza (NR) syntetizujú NAD+ cestou syntézy záchrany, takže tieto tri látky sa stali voľbou tela na doplnenie NAD+.

Aj keď samotný NR nemá žiadne vedľajšie účinky, v procese syntézy NAD+ sa väčšina z nich priamo nepremieňa na NMN, ale je potrebné ju najskôr stráviť na NAM a potom sa podieľať na syntéze NMN, ktorá stále nemôže uniknúť obmedzeniu enzýmov obmedzujúcich rýchlosť. Preto je obmedzená aj schopnosť doplniť NAD+ perorálnym podaním NR .

Ako prekurzor na doplnenie NAD+, NMN nielenže obchádza obmedzenie enzýmov obmedzujúcich rýchlosť, ale je tiež veľmi rýchlo absorbovaný v tele a môže byť priamo premenený na NAD+. Preto ho možno použiť ako priamu, rýchlu a efektívnu metódu na doplnenie NAD+.

Odborné recenzie:

Xu Chenqi (Centrum excelentnosti a inovácií molekulárnej bunkovej vedy, Čínska akadémia vied, odborníčka na imunologický výskum)

Liečba rakoviny je problémom vo svete. Vývoj imunoterapie vynahradil obmedzenia tradičnej liečby rakoviny a rozšíril liečebné metódy lekárov. Imunoterapiu rakoviny možno rozdeliť na terapiu blokujúcu imunitný kontrolný bod, umelú terapiu T bunkami, nádorovú vakcínu atď. Tieto liečebné metódy zohrali určitú úlohu pri klinickej liečbe rakoviny. Zároveň sa tým v súčasnosti zameriava výskum imunoterapie na to, ako ďalej zvýšiť účinok imunoterapie a rozšíriť príjemcov imunoterapie.