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

Dňa 10. augusta 2021 publikovali výskumníci zo Šanghajskej univerzity vedy a techniky článok s názvom NAD+ doplnky zosilňujú funkciu zabíjania nádorov tým, že zachraňujú chybnú TUBBY-sprostredkovanú NAMPT transkripciu v nádorom infiltrovaných T bunkách v Cell Reports, pričom odhalili, že NAD+ v kombinácii s CAR-T terapiou a inhibítormi imunitných kontrolných bodov môže zlepšiť protinádorovú aktivitu T.

V súčasnosti bol doplnkový prekurzor NAD+ ako výživový produkt overený z hľadiska bezpečnosti ľudskej konzumácie. Tento úspech poskytuje jednoduchú a uskutočniteľnú novú metódu na zlepšenie protinádorovej aktivity T buniek.

Imunoterapie rakoviny vrátane adoptívneho prenosu prirodzene sa vyskytujúcich nádorom infiltrujúcich lymfocytov (TIL) a geneticky upravených T buniek, ako aj použitia imunitnej kontrolnej blokády (ICB) na zvýšenie funkcie T buniek, sa ukázali ako sľubné prístupy na dosiahnutie trvalých klinických odpovedí inak liečebne refraktujúcich nádorov (Lee et al., 2015; Rosenberg a Restifo, 2015; Sharma a Allison, 2015). Hoci imunoterapie boli úspešne použité v klinike, počet pacientov, ktorí z nich profitujú, je stále obmedzený (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Imunosupresia súvisiaca s nádorovým mikroprostredím (TME) sa ukázala ako hlavná príčina nízkej a/alebo žiadnej odpovede na obe imunoterapie (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld a Hellmann, 2020). Preto sú snahy o skúmanie a prekonávanie obmedzení súvisiacich s TME v imunitných terapiách mimoriadne naliehavé.

Skutočnosť, že imunitné bunky a rakovinové bunky zdieľajú mnoho základných metabolických dráh, naznačuje nezmieriteľnú súťaž o živiny v TME (Andrejeva a Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Počas nekontrolovanej proliferácie rakovinové bunky preberajú alternatívne dráhy pre rýchlejšiu tvorbu metabolitov (Vander Heiden et al., 2009). V dôsledku toho môže vyčerpanie živín, hypoxia, kyslosť a tvorba metabolitov, ktoré môžu byť toxické v TME, brániť úspešnej imunoterapii (Weinberg et al., 2010). TILs často zažívajú mitochondriálny stres v rastúcich nádoroch a vyčerpajú sa (Scharping et al., 2016). Zaujímavé je, že viaceré štúdie tiež naznačujú, že metabolické zmeny v TME môžu preformovať diferenciáciu a funkčnú aktivitu T buniek (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Všetky tieto dôkazy nás inšpirovali k hypotéze, že metabolické preprogramovanie v T bunkách by ich mohlo zachrániť z preťaženého metabolického prostredia, čím by sa obnovila ich protinádorová aktivita (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

V tejto aktuálnej štúdii sme integráciou genetických a chemických skríningov identifikovali, že NAMPT, kľúčový gén zapojený do biosyntézy NAD+, je nevyhnutný pre aktiváciu T buniek. Inhibícia NAMPT viedla k robustnému poklesu NAD+ v T bunkách, čím narušila reguláciu glykolýzy a funkciu mitochondrií, blokovala syntézu ATP a tlmila kaskádu signálu T bunkového receptora (TCR) v následnej fáze. Na základe pozorovania, že TIL majú relatívne nižšie expresie NAD+ a NAMPT ako T bunky z mononukleárnych buniek periférnej krvi (PBMC) u pacientok s rakovinou vaječníkov, sme vykonali genetický skríning T buniek a zistili, že Tubby (TUB) je transkripčný faktor pre NAMPT. Nakoniec sme tieto základné poznatky aplikovali v (pred)klinickej praxi a ukázali veľmi silné dôkazy, že suplementácia NAD+ dramaticky zlepšuje aktivitu zabíjania nádorov, a to ako v adoptívne prenášanej terapii CAR-T bunkami, tak aj v terapii blokády imunitných kontrolných bodov, čo naznačuje ich sľubný potenciál zacielenia metabolizmu NAD+ na lepšiu liečbu rakoviny.

1. NAD+ reguluje aktiváciu T buniek ovplyvnením energetického metabolizmu

Po stimulácii antigénom prechádzajú T bunky metabolickou reprogramáciou, od oxidácie mitochondrií po glykolýzu ako hlavný zdroj ATP. Pri zachovaní dostatočných mitochondriálnych funkcií na podporu proliferácie buniek a efektorových funkcií. Keďže NAD+ je hlavným koenzýmom pre redox, výskumníci overili vplyv NAD+ na úroveň metabolizmu v T bunkách pomocou experimentov, ako je metabolická hmotnostná spektrometria a označovanie izotopov. Výsledky in vitro experimentov ukazujú, že nedostatok NAD+ významne zníži hladinu glykolýzy, TCA cyklu a metabolizmu transportného reťazca elektrónov v T bunkách. Prostredníctvom experimentu dopĺňania ATP výskumníci zistili, že nedostatok NAD+ hlavne inhibuje produkciu ATP v T bunkách, čím sa znižuje úroveň aktivácie T buniek.

2. Syntetická dráha NAD+ regulovaná NAMPT je nevyhnutná pre aktiváciu T buniek

Proces metabolického preprogramovania reguluje aktiváciu a diferenciáciu imunitných buniek. Zameranie sa na metabolizmus T buniek poskytuje príležitosť modulovať imunitnú odpoveď bunkovým spôsobom. Imunitné bunky v nádorovom mikroprostredí, ich vlastná metabolická hladina, budú tiež zodpovedajúcim spôsobom ovplyvnené. Výskumníci v tomto článku objavili dôležitú úlohu NAMPT pri aktivácii T buniek prostredníctvom celogenómového skríningu sgRNA a experimentov s malými molekulovými inhibítormi súvisiacimi s metabolizmom. Nikotínamid adenín dinukleotid (NAD+) je koenzým pre redoxné reakcie a môže byť syntetizovaný cez záchrannú dráhu, de novo syntézu a Preiss-Handler dráhu. Metabolický enzým NAMPT sa hlavne podieľa na syntéze záchrany NAD+. Analýza klinických nádorových vzoriek zistila, že u T buniek infiltrujúcich nádory boli ich hladiny NAD+ a NAMPT nižšie ako u iných T buniek. Výskumníci špekulujú, že hladiny NAD+ môžu byť jedným z faktorov ovplyvňujúcich protinádorovú aktivitu T buniek infiltrujúcich nádor.

3. Doplniť 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. Výskumníci chcú skúmať, či zvýšenie aktivačnej schopnosti T buniek doplnením hladín NAD+ môže zvýšiť účinok imunoterapie založenej na T-bunkách. Zároveň v modeli terapie proti CD19 CAR-T a v modeli inhibítorov imunitných kontrolných bodov proti PD-1 bolo overené, že suplementácia NAD+ významne zvýšila účinok T buniek na ničenie nádorov. Výskumníci zistili, že v liečebnom modeli proti CD19 CAR-T dosiahli takmer všetky myši v skupine s CAR-T doplnené NAD+ odstránenie nádoru, zatiaľ čo skupina s CAR-T bez NAD+ doplnila len asi 20 % myší dosiahla odstránenie nádoru. V súlade s tým sú v modeli liečby inhibítorom imunitných kontrolných bodov proti PD-1 nádory B16F10 relatívne tolerantné na liečbu anti-PD-1 a inhibičný účinok nie je významný. Rast nádorov B16F10 v skupine s anti-PD-1 a NAD+ by však mohol byť významne inhibovaný. Na základe toho môže suplementácia NAD+ zvýšiť protinádorový účinok imunoterapie založenej na T-bunkách.

4. Ako doplniť NAD+

Molekula NAD+ je veľká a nemôže byť priamo absorbovaná a využitá ľudským telom. NAD+ priamo prijímaný ústne je hlavne hydrolyzovaný kefkovými hraničnými bunkami v tenkom čreve. Čo sa týka myslenia, existuje skutočne iný spôsob, ako doplniť NAD+, a to nájsť spôsob, ako doplniť určitú látku tak, aby mohla NAD+ syntetizovať autonómne v ľudskom tele. Existujú tri spôsoby, ako syntetizovať NAD+ v ľudskom tele: Preiss-Handler dráha, de novo syntetická dráha a dráha záchrannej syntézy. Hoci tieto tri spôsoby môžu syntetizovať NAD+, existuje aj primárne a sekundárne rozlíšenie. Medzi nimi NAD+ produkovaný prvými dvoma syntetickými dráhami tvorí len približne 15 % celkového ľudského NAD+ a zvyšných 85 % sa dosahuje prostredníctvom rehabilitačnej syntézy. Inými slovami, syntéza záchrany je kľúčom k tomu, aby ľudské telo doplnilo NAD+.

Medzi prekurzormi NAD+ sú nikotínamid (NAM), NMN a nikotínamid ribóza (NR), ktoré všetky syntetizujú NAD+ prostredníctvom syntézy záchrany, takže tieto tri látky sa stali voľbou tela na dopĺňanie NAD+.

Aj keď samotná NR nemá vedľajšie účinky, pri syntéze NAD+ sa väčšina z nej priamo nepremieňa na NMN, ale najskôr sa musí stráviť na NAM a potom sa podieľať na syntéze NMN, ktorá stále nemôže uniknúť obmedzeniam enzýmov obmedzujúcich rýchlosť. Preto je obmedzená aj možnosť dopĺňať NAD+ perorálnym podaním NR.

Ako predchodca dopĺňania NAD+ NMN nielenže obchádza obmedzenie enzýmov obmedzujúcich rýchlosť, ale je tiež veľmi rýchlo absorbovaný v tele a môže byť priamo premenený na NAD+. Preto môže byť použitý ako priamy, rýchly a efektívny spôsob na doplnenie NAD+.

Odborné recenzie:

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

Liečba rakoviny je problémom vo svete. Vývoj imunoterapie vykompenzoval obmedzenia tradičnej liečby rakoviny a rozšíril metódy liečby lekárov. Imunoterapiu rakoviny možno rozdeliť na terapiu blokujúcu imunitné kontrolné body, inžiniersku terapiu T bunkami, vakcínu proti nádoru a podobne. Tieto liečebné metódy zohrali určitú úlohu v klinickej liečbe rakoviny. Zároveň to zároveň stavia súčasný dôraz výskumu imunoterapie na to, ako ďalej posilniť účinok imunoterapie a rozšíriť príjemcov imunoterapie.