Koenzym NAD+ může posílit imunitu vůči nádorům! Odborný komentář Čínské akademie věd

Dne 10. srpna 2021 publikovali výzkumníci ze Šanghajské univerzity vědy a technologie článek s názvem NAD+ doplněk zesiluje funkci zabíjející nádory tím, že zachraňuje vadnou TUBBY-mediovanou transkripci NAMPT v nádorem infiltrovaných T buňkách v Cell Reports, přičemž NAD+ je doplněn během terapie CAR-T a terapie inhibitory imunitních kontrolních bodů, což může zlepšit protinádorovou aktivitu T.

V současnosti byl doplňkový prekurzor NAD+ jako nutriční produkt ověřen z hlediska bezpečnosti lidské konzumace. Tento úspěch poskytuje jednoduchý a proveditelný nový způsob zlepšení protinádorové aktivity T buněk.

Imunoterapie rakoviny, včetně adoptivního přenosu přirozeně se vyskytujících nádorově infiltrujících lymfocytů (TIL) a geneticky modifikovaných T buněk, stejně jako využití blokády imunitních kontrolních bodů (ICB) ke zvýšení funkce T buněk, se ukázaly jako slibné přístupy k dosažení trvalých klinických odpovědí u jinak léčebně refrakterních nádorů (Lee et al., 2015; Rosenberg a Restifo, 2015; Sharma a Allison, 2015). Ačkoli byly imunoterapie úspěšně použity v klinické klinice, počet pacientů, kteří z nich mají prospěch, je stále omezený (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Imunosuprese související s nádorovým mikroprostředím (TME) se ukázala jako hlavní příčina nízké a/nebo žádné odpovědi na obě imunoterapie (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld a Hellmann, 2020). Proto jsou snahy o zkoumání a překonávání omezení souvisejících s TME v imunitních terapiích velmi naléhavé.

Skutečnost, že imunitní buňky a rakovinné buňky sdílejí mnoho základních metabolických drah, naznačuje neslučitelnou soutěž o živiny v TME (Andrejeva a Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Během nekontrolované proliferace rakovinné buňky přebírají alternativní dráhy pro rychlejší tvorbu metabolitů (Vander Heiden et al., 2009). V důsledku toho může vyčerpání živin, hypoxie, kyselost a tvorba metabolitů, které mohou být v TME toxické, bránit úspěšné imunoterapii (Weinberg et al., 2010). TILs totiž často zažívají mitochondriální stres v rostoucích nádorech a jsou vyčerpáváni (Scharping et al., 2016). Zajímavé je, že několik studií také naznačuje, že metabolické změny v TME mohou přetvořit diferenciaci a funkční aktivitu T buněk (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Všechny tyto důkazy nás inspirovaly k hypotéze, že metabolické přeprogramování T buněk by je mohlo zachránit ze stresového metabolického prostředí, čímž by se jejich protinádorová aktivita znovu oživila (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

V této současné studii jsme integrací genetických a chemických screeningů identifikovali, že NAMPT, klíčový gen zapojený do biosyntézy NAD+, je nezbytný pro aktivaci T buněk. Inhibice NAMPT vedla k robustnímu poklesu NAD+ u T buněk, čímž narušila regulaci glykolýzy a funkci mitochondrií, blokovala syntézu ATP a tlumila kaskádu signálu receptorů T buněk (TCR) v následné fázi. Na základě pozorování, že TIL mají relativně nižší expresi NAD+ a NAMPT než T buňky z periferních krevních mononukleárních buněk (PBMC) u pacientek s rakovinou vaječníků, jsme provedli genetický screening T buněk a zjistili, že Tubby (TUB) je transkripční faktor NAMPT. Nakonec jsme tyto základní znalosti aplikovali v (pre)klinické praxi a prokázali velmi silné důkazy, že suplementace NAD+ dramaticky zlepšuje protinádorovou ničící aktivitu jak v adoptivně přenesené CAR-T buněčné terapii, tak v terapii blokády imunitních kontrolních bodů, což naznačuje jejich slibný potenciál zaměřit se na metabolismus NAD+ k lepší léčbě rakoviny.

1. NAD+ reguluje aktivaci T buněk ovlivněním energetického metabolismu

Po stimulaci antigenu procházejí T buňky metabolickou reprogramací, od oxidace mitochondrií po glykolýzu jako hlavní zdroj ATP. Při zachování dostatečných mitochondriálních funkcí pro podporu buněčné proliferace a efektorových funkcí. Vzhledem k tomu, že NAD+ je hlavním koenzymem pro redox, výzkumníci ověřili vliv NAD+ na úroveň metabolismu v T buňkách pomocí experimentů, jako je metabolická hmotnostní spektrometrie a označování izotopů. Výsledky in vitro experimentů ukazují, že nedostatek NAD+ významně snižuje hladinu glykolýzy, TCA cyklus a metabolismus elektronového transportního řetězce u T buněk. Experimentem s doplňováním ATP výzkumníci zjistili, že nedostatek NAD+ hlavně inhibuje produkci ATP v T buňkách, čímž snižuje úroveň aktivace T buněk.

2. Syntetická dráha NAD+ regulovaná NAMPT je nezbytná pro aktivaci T buněk

Proces metabolického přeprogramování reguluje aktivaci a diferenciaci imunitních buněk. Zaměření na metabolismus T buněk poskytuje příležitost modulovat imunitní odpověď buněčným způsobem. Imunitní buňky v nádorovém mikroprostředí budou také odpovídajícím způsobem ovlivněny jejich vlastní metabolické hladiny. Výzkumníci v tomto článku objevili důležitou roli NAMPT při aktivaci T buněk prostřednictvím celogenomového screeningu sgRNA a experimentů s malými molekulovými inhibitory souvisejícími s metabolismem. Nikotinamid adenindinukleotid (NAD+) je koenzym pro redoxní reakce a může být syntetizován prostřednictvím záchranné dráhy, de novo syntézy a Preiss-Handler dráhy. Metabolický enzym NAMPT se hlavně podílí na syntéze záchranných látek NAD+. Analýza klinických nádorových vzorků zjistila, že u nádorem infiltrujících T buněk byly jejich hladiny NAD+ a NAMPT nižší než u jiných T buněk. Výzkumníci spekulují, že hladiny NAD+ mohou být jedním z faktorů ovlivňujících protinádorovou aktivitu T buněk infiltrujících nádor.

3. Doplnění NAD+ pro zvýšení protinádorové aktivity T buněk

Imunoterapie byla průzkumným výzkumem v léčbě rakoviny, ale hlavním problémem je nejlepší léčebná strategie a účinnost imunoterapie v celé populaci. Výzkumníci chtějí zkoumat, zda zvýšení aktivační schopnosti T buněk doplňováním hladiny NAD+ může zvýšit účinek imunoterapie založené na T-buňkách. Současně bylo v modelu anti-CD19 CAR-T terapie a modelu anti-PD-1 imunitních kontrolních bodů ověřeno, že suplementace NAD+ významně zesiluje nádorový ničící účinek T buněk. Výzkumníci zjistili, že v modelu léčby proti CD19 CAR-T dosáhly téměř všechny myši ve skupině s CAR-T doplněnou NAD+ odstraněním nádoru, zatímco skupina s CAR-T bez NAD+ pouze asi 20 % myší dosáhla odstranění nádoru. V souladu s tím jsou v modelu léčby inhibitorem imunitního kontrolního bodu proti PD-1 nádory B16F10 relativně tolerantní na léčbu anti-PD-1 a inhibiční účinek není významný. Růst nádorů B16F10 však ve skupině s anti-PD-1 a NAD+ by mohl být významně inhibován. Na základě toho může suplementace NAD+ zesílit protinádorový účinek imunoterapie založenou na T-buňkách.

4. Jak doplnit NAD+

Molekula NAD+ je velká a nemůže být přímo vstřebána a využita lidským tělem. NAD+ přímo přijímaný ústně je převážně hydrolyzován kartáčovými hraničními buňkami v tenkém střevě. Co se týče myšlení, existuje skutečně jiný způsob, jak doplnit NAD+, a to najít způsob, jak doplnit určitou látku tak, aby mohla NAD+ autonomně syntetizovat v lidském těle. Existují tři způsoby, jak syntetizovat NAD+ v lidském těle: Preiss-Handler dráha, de novo syntetická dráha a dráha záchranné syntézy. Ačkoliv tři způsoby mohou syntetizovat NAD+, existuje také rozdíl mezi primárním a sekundárním rozlišením. Mezi nimi NAD+ produkovaný prvními dvěma syntetickými drahami tvoří pouze asi 15 % celkového lidského NAD+ a zbývajících 85 % je dosaženo pomocí nápravné syntézy. Jinými slovy, syntéza záchrany je klíčem k tomu, aby lidské tělo doplnilo NAD+.

Mezi prekurzory NAD+ jsou nikotinamid (NAM), NMN a nikotinamid ribóza (NR), které všechny syntetizují NAD+ prostřednictvím syntézy záchranné látky, takže tyto tři látky se staly volbou těla pro doplňování NAD+.

Ačkoliv samotná NR nemá vedlejší účinky, při syntéze NAD+ se většina z ní přímo nepřemění na NMN, ale je třeba ji nejprve rozkládat na NAM a poté se podílet na syntéze NMN, která stále nemůže uniknout omezení enzymů omezujících rychlost. Proto je možnost doplnit NAD+ perorálním podáním NR omezená.

Jako prekurzor pro doplňování NAD+ NMN nejen obchází omezení enzymů omezujících rychlost, ale také se velmi rychle vstřebává v těle a může být přímo přeměněn na NAD+. Proto může být použit jako přímá, rychlá a účinná metoda k doplnění NAD+.

Odborné recenze:

Xu Chenqi (Centrum excelence a inovací molekulární buněčné vědy, Čínská akademie věd, odborník na imunologický výzkum)

Léčba rakoviny je problém ve světě. Vývoj imunoterapie kompenzoval omezení tradiční léčby rakoviny a rozšířil léčebné metody lékařů. Imunoterapii rakoviny lze rozdělit na terapii blokující imunitní kontrolní body, uměle upravenou terapii T buňkami, vakcínu proti nádoru atd. Tyto léčebné metody sehrály určitou roli v klinické léčbě rakoviny. Zároveň se současný výzkum imunoterapie zaměřuje na to, jak dále posílit její účinek a rozšířit počet příjemců imunoterapie.