Coenzym NAD+ kan styrke tumorimmuniteten! Ekspertkommentar fra det Kinesiske Videnskabsakademi

Den 10. august 2021 offentliggjorde forskere fra Shanghai University of Science and Technology en artikel med titlen NAD+ supplement forstærker tumordræbende funktion ved at redde defekt TUBBY-medieret NAMPT-transkription i tumorinfiltrerede T-celler i Cell Reports, hvilket afslørede, at NAD+ i suppleret under CAR-T-behandling og immuncheckpoint-hæmmerbehandling kan forbedre T's antitumoraktivitet.

I øjeblikket er den supplerende forløber til NAD+ som et ernæringsprodukt blevet verificeret for sikkerhed ved menneskelig forbrug. Denne succes giver en enkel og gennemførlig ny metode til at forbedre T-cellers antitumoraktivitet.

Kræftimmunterapier, herunder adoptiv overførsel af naturligt forekommende tumorinfiltrerende lymfocytter (TIL'er) og genetisk modificerede T-celler samt brugen af immuncheckpoint-blokade (ICB) til at forbedre T-cellers funktion, er opstået som lovende metoder til at opnå varige kliniske responser på ellers behandlingsresistente kræftformer (Lee et al., 2015; Rosenberg og Restifo, 2015; Sharma og Allison, 2015). Selvom immunterapier med succes er blevet anvendt i klinikken, er antallet af patienter, der får gavn af dem, stadig begrænset (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Tumormikromiljø (TME)-relateret immunsuppression er blevet den væsentligste årsag til lav og/eller ingen respons på begge immunterapier (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld og Hellmann, 2020). Derfor er indsatsen for at undersøge og overvinde TME-relaterede begrænsninger i immunterapier af stor hast.

Det faktum, at immunceller og kræftceller deler mange grundlæggende metaboliske veje, indebærer en uforenelig konkurrence om næringsstoffer i TME (Andrejeva og Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Under ukontrolleret proliferation kaprer kræftceller alternative veje for hurtigere dannelse af metabolitter (Vander Heiden et al., 2009). Som følge heraf kan næringsstofmangel, hypoksi, surhed og dannelse af metabolitter, der kan være giftige i TME, hæmme en vellykket immunterapi (Weinberg et al., 2010). Faktisk oplever TIL'er ofte mitokondriestress i voksende tumorer og bliver udmattede (Scharping et al., 2016). Interessant nok indikerer flere studier også, at metaboliske ændringer i TME kan omforme T-celledifferentiering og funktionel aktivitet (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Alle disse beviser inspirerede os til at antage, at metabolisk omprogrammering i T-celler kunne redde dem fra et stresset metabolisk miljø og dermed genoplive deres antitumoraktivitet (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

I dette aktuelle studie identificerede vi, ved at integrere både genetiske og kemiske screeninger, at NAMPT, et nøglegen involveret i NAD+-biosyntese, var essentielt for T-celleaktivering. NAMPT-hæmning førte til et robust fald i NAD+ i T-celler, hvilket forstyrrede glykolysereguleringen og mitokondriefunktionen, blokerede ATP-syntesen og dæmpede T-cellereceptorens (TCR) nedstrøms signalkaskade. Med udgangspunkt i observationen af, at TIL'er har relativt lavere NAD+ og NAMPT-udtryksniveauer end T-celler fra perifere blodmononukleære celler (PBMC'er) hos æggestokkræftpatienter, udførte vi genetisk screening i T-celler og identificerede, at Tubby (TUB) er en transkriptionsfaktor for NAMPT. Endelig anvendte vi denne grundlæggende viden i (præ)klinikken og viste meget stærk evidens for, at tilskud med NAD+ dramatisk forbedrer anti-tumordræbende aktivitet både i adoptivt overførte CAR-T-celleterapi og immuncheckpoint-blokadebehandling, hvilket indikerer deres lovende potentiale for at målrette NAD+-metabolisme for bedre at behandle kræft.

1.NAD+ regulerer aktiveringen af T-celler ved at påvirke energimetabolismen

Efter antigenstimulation gennemgår T-celler metabolisk omprogrammering, fra mitokondrieel oxidation til glykolyse som hovedkilde til ATP. Samtidig med at tilstrækkelige mitokondriefunktioner opretholdes til at understøtte celleproliferation og effektorfunktioner. Da NAD+ er det primære coenzym for redox, har forskerne verificeret effekten af NAD+ på stofskifteniveauet i T-celler gennem eksperimenter som metabolisk massespektrometri og isotopmærkning. Resultaterne af in vitro-eksperimenter viser, at NAD+-mangel markant vil reducere niveauet af glykolyse, TCA-cyklus og elektrontransportkædemetabolisme i T-celler. Gennem eksperimentet med at genopfylde ATP fandt forskerne, at manglen på NAD+ hovedsageligt hæmmer produktionen af ATP i T-celler, hvilket dermed reducerer niveauet af T-celleaktivering.

2. NAD+ salvage-syntesevejen, reguleret af NAMPT, er essentiel for T-celleaktivering

Den metaboliske omprogrammeringsproces regulerer aktivering og differentiering af immunceller. Målretning af T-cellemetabolisme giver en mulighed for at modulere immunresponsen på cellulær vis. Immunceller i tumormikromiljøet, deres eget metaboliske niveau vil også blive påvirket tilsvarende. Forskerne i denne artikel har opdaget NAMPT's vigtige rolle i aktiveringen af T-celler gennem genomomfattende sgRNA-screening og metabolisme-relaterede småmolekylære hæmmer-screeningseksperimenter. Nikotinamidadenin-dinukleotid (NAD+) er et coenzym til redoxreaktioner og kan syntetiseres gennem salvage-vejen, de novo-syntesevejen og Preiss-Handler-vejen. NAMPT-metaboliske enzym er hovedsageligt involveret i NAD+ salvage-syntesevejen. Analyse af kliniske tumorprøver viste, at i tumorinfiltrerende T-celler var deres NAD+- og NAMPT-niveauer lavere end andre T-celler. Forskere spekulerer i, at NAD+-niveauer kan være en af de faktorer, der påvirker den antitumoraktive aktivitet i tumorinfiltrerende T-celler.

3. Suppler NAD+ for at øge T-cellernes antitumoraktivitet

Immunterapi har været eksplorativ forskning i kræftbehandling, men hovedproblemet er den bedste behandlingsstrategi og effektiviteten af immunterapi i befolkningen som helhed. Forskere ønsker at undersøge, om forbedring af aktiveringsevnen hos T-celler ved at supplere NAD+-niveauer kan forstærke effekten af T-cellebaseret immunterapi. Samtidig blev det i anti-CD19 CAR-T terapimodellen og anti-PD-1 immuncheckpoint inhibitor terapimodellen bekræftet, at tilskud af NAD+ signifikant forstærkede T-cellers tumordræbende effekt. Forskerne fandt, at i anti-CD19 CAR-T behandlingsmodellen opnåede næsten alle mus i CAR-T behandlingsgruppen, der supplerede med NAD+, tumorrensning, mens CAR-T behandlingsgruppen uden NAD+ kun opnåede tumorrensning. I overensstemmelse med dette er B16F10-tumorer relativt tolerante over for anti-PD-1 immuncheckpoint-hæmmer-behandlingsmodellen, og den hæmmende effekt er ikke signifikant. Dog kan væksten af B16F10-tumorer i anti-PD-1 og NAD+ behandlingsgruppen være betydeligt hæmmet. På baggrund af dette kan NAD+-tilskud forstærke den antitumorerende effekt af T-cellebaseret immunterapi.

4. Hvordan man supplerer NAD+

NAD+-molekylet er stort og kan ikke optages direkte og udnyttes af menneskekroppen. NAD+, der indtages direkte oralt, hydrolyseres hovedsageligt af børste-grænseceller i tyndtarmen. Når det gælder tankegang, er der faktisk en anden måde at supplere NAD+ på, nemlig at finde en måde at supplere et bestemt stof, så det kan syntetisere NAD+ autonomt i menneskekroppen. Der er tre måder at syntetisere NAD+ i menneskekroppen på: Preiss-Handler-vejen, de novo syntesevejen og salvage-syntesevejen. Selvom de tre måder kan syntetisere NAD+, er der også en primær og sekundær skelnen. Blandt dem udgør NAD+, der produceres af de to første syntetiske veje, kun omkring 15 % af det samlede menneskelige NAD+, og de resterende 85 % opnås gennem afhjælpende syntese. Med andre ord er genopsamlingssyntesevejen nøglen til at den menneskelige krop kan supplere NAD+.

Blandt forstadierne til NAD+ syntetiserer nicotinamid (NAM), NMN og nicotinamidribose (NR) alle NAD+ gennem en salvage-syntesevej, så disse tre stoffer er blevet kroppens foretrukne valg til tilskud af NAD+.

Selvom NR i sig selv ikke har bivirkninger, bliver det meste af det i NAD+-syntesen ikke direkte omdannet til NMN, men skal først fordøjes til NAM og derefter deltage i syntesen af NMN, som stadig ikke kan undslippe begrænsningen af hastighedsbegrænsende enzymer. Derfor er evnen til at supplere NAD+ gennem oral administration af NR også begrænset.

Som en forløber for at supplere NAD+ omgår NMN ikke blot begrænsningen af hastighedsbegrænsende enzymer, men optages også meget hurtigt i kroppen og kan direkte omdannes til NAD+. Derfor kan det bruges som en direkte, hurtig og effektiv metode til at supplere NAD+.

Ekspertanmeldelser:

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

Kræftbehandling er et problem i verden. Udviklingen af immunterapi har kompenseret for begrænsningerne ved traditionel kræftbehandling og udvidet lægernes behandlingsmetoder. Kræftimmunterapi kan opdeles i immuncheckpoint-blokering, konstrueret T-celleterapi, tumorvaccine osv. Disse behandlingsmetoder har spillet en vis rolle i den kliniske behandling af kræft. Samtidig gør dette også det nuværende fokus for immunterapiforskning til, hvordan man yderligere kan forstærke immunterapiens effekt og udvide fordelene ved immunterapi.