Kofermentas NAD+ gali sustiprinti naviko imunitetą! Kinijos mokslų akademijos ekspertų komentaras

2021 m. rugpjūčio 10 d. Šanchajaus mokslo ir technologijų universiteto mokslininkai paskelbė straipsnį pavadinimu „NAD+ papildas stiprina naviko žudymo funkciją, išgelbėdamas defektinę TUBBY tarpininkaujamą NAMPT transkripciją navike infiltruotose T ląstelėse“ žurnale „Cell Reports“, atskleisdami, kad NAD+ papildymas CAR-T terapijos ir imuninės kontrolės taško inhibitorių terapijos metu gali pagerinti T ląstelių priešnavikinį aktyvumą.

Šiuo metu NAD+ pirmtako papildas, kaip maisto produktas, buvo patvirtintas kaip saugus vartoti žmonėms. Šis pasiekimas suteikia paprastą ir įgyvendinamą naują metodą T ląstelių priešnavikiniam aktyvumui pagerinti.

Vėžio imunoterapijos, įskaitant natūraliai atsirandančių navike infiltruotų limfocitų (TIL) ir genetiškai modifikuotų T ląstelių pernešimą, taip pat imuninės kontrolės taško blokados (ICB) naudojimą T ląstelių funkcijai sustiprinti, tapo perspektyviais metodais siekiant ilgalaikių klinikinių atsakų į kitaip gydymui atsparius vėžius (Lee et al., 2015; Rosenberg ir Restifo, 2015; Sharma ir Allison, 2015). Nors imunoterapijos sėkmingai naudojamos klinikoje, pacientų, kuriems jos padeda, skaičius vis dar ribotas (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Su naviko mikroaplinka (TME) susijęs imunosupresija tapo pagrindine mažo ir (arba) jokio atsako į abi imunoterapijas priežastimi (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld ir Hellmann, 2020). Todėl pastangos ištirti ir įveikti su TME susijusius imunoterapijos apribojimus yra itin skubios.

Tai, kad imuninės ląstelės ir vėžio ląstelės dalijasi daugeliu pagrindinių metabolinių kelių, rodo nesutaikomą konkurenciją dėl maistinių medžiagų TME (Andrejeva ir Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Nekontroliuojamo dauginimosi metu vėžio ląstelės perima alternatyvius kelius greitesniam metabolitų generavimui (Vander Heiden et al., 2009). Dėl to maistinių medžiagų išeikvojimas, hipoksija, rūgštingumas ir metabolitų, kurie gali būti toksiški TME, susidarymas gali trukdyti sėkmingai imunoterapijai (Weinberg et al., 2010). Iš tiesų, TIL dažnai patiria mitochondrijų stresą augančiuose navikuose ir tampa išsekę (Scharping et al., 2016). Įdomu tai, kad keli tyrimai taip pat rodo, jog TME metaboliniai pokyčiai gali performuoti T ląstelių diferenciaciją ir funkcinį aktyvumą (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Visi šie įrodymai paskatino mus iškelti hipotezę, kad metabolinis T ląstelių perprogramavimas gali išgelbėti jas iš stresinės metabolinės aplinkos, taip atgaivindamas jų priešnavikinį aktyvumą (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

Šiame tyrime, integruodami tiek genetinius, tiek cheminius ekranus, nustatėme, kad NAMPT, pagrindinis genas, dalyvaujantis NAD+ biosintezėje, yra būtinas T ląstelių aktyvacijai. NAMPT slopinimas sukėlė stiprų NAD+ sumažėjimą T ląstelėse, taip sutrikdydamas glikolizės reguliavimą ir mitochondrijų funkciją, blokuodamas ATP sintezę ir slopindamas T ląstelių receptoriaus (TCR) pasrovinį signalizacijos kaskadą. Remdamiesi pastebėjimu, kad TIL turi santykinai mažesnį NAD+ ir NAMPT ekspresijos lygį nei T ląstelės iš periferinio kraujo mononuklearinių ląstelių (PBMC) pacientų, sergančių kiaušidžių vėžiu, atlikome genetinį ekraną T ląstelėse ir nustatėme, kad Tubby (TUB) yra NAMPT transkripcijos faktorius. Galiausiai pritaikėme šias pagrindines žinias (prieš)klinikoje ir parodėme labai stiprius įrodymus, kad NAD+ papildymas dramatiškai pagerina priešnavikinį žudymo aktyvumą tiek pernešant CAR-T ląstelių terapiją, tiek imuninės kontrolės taško blokados terapiją, rodančius jų perspektyvų potencialą nukreipti į NAD+ metabolizmą siekiant geriau gydyti vėžį.

1. NAD+ reguliuoja T ląstelių aktyvaciją, paveikdamas energijos metabolizmą

Po antigeno stimuliacijos T ląstelės patiria metabolinį perprogramavimą, nuo mitochondrijų oksidacijos iki glikolizės kaip pagrindinio ATP šaltinio. Tuo pačiu metu palaikydamos pakankamas mitochondrijų funkcijas, kad paremtų ląstelių proliferaciją ir efektorines funkcijas. Kadangi NAD+ yra pagrindinis redokso kofermentas, mokslininkai patikrino NAD+ poveikį T ląstelių metabolizmo lygiui atlikdami tokius eksperimentus kaip metabolinė masių spektrometrija ir izotopų žymėjimas. In vitro eksperimentų rezultatai rodo, kad NAD+ trūkumas žymiai sumažins glikolizės, TCA ciklo ir elektronų transporto grandinės metabolizmo lygį T ląstelėse. ATP papildymo eksperimentu mokslininkai nustatė, kad NAD+ trūkumas daugiausia slopina ATP gamybą T ląstelėse, taip sumažindamas T ląstelių aktyvacijos lygį.

2. NAMPT reguliuojamas NAD+ gelbėjimo sintezės kelias yra būtinas T ląstelių aktyvacijai

Metabolinio perprogramavimo procesas reguliuoja imuninių ląstelių aktyvaciją ir diferenciaciją. Nukreipimas į T ląstelių metabolizmą suteikia galimybę moduliuoti imuninį atsaką ląsteliniu būdu. Imuninės ląstelės naviko mikroaplinkoje, jų pačių metabolinis lygis taip pat bus atitinkamai paveiktas. Šio straipsnio mokslininkai atrado svarbų NAMPT vaidmenį T ląstelių aktyvacijoje atlikdami viso genomo sgRNA ekrano ir su metabolizmu susijusių mažų molekulių inhibitorių ekrano eksperimentus. Nikotinamido adenino dinukleotidas (NAD+) yra redokso reakcijų kofermentas ir gali būti sintetinamas per gelbėjimo kelią, de novo sintezės kelią ir Preiss-Handler kelią. NAMPT metabolinis fermentas daugiausia dalyvauja NAD+ gelbėjimo sintezės kelyje. Klinikinių naviko mėginių analizė parodė, kad navike infiltruotose T ląstelėse jų NAD+ ir NAMPT lygiai buvo mažesni nei kitų T ląstelių. Mokslininkai spėja, kad NAD+ lygis gali būti vienas iš veiksnių, turinčių įtakos navike infiltruotų T ląstelių priešnavikiniam aktyvumui.

3. Papildykite NAD+, kad sustiprintumėte T ląstelių priešnavikinį aktyvumą

Imunoterapija buvo tiriamoji vėžio gydymo sritis, tačiau pagrindinė problema yra geriausia gydymo strategija ir imunoterapijos veiksmingumas visoje populiacijoje. Mokslininkai nori ištirti, ar padidinus T ląstelių aktyvacijos gebėjimą papildant NAD+ kiekį galima sustiprinti T ląstelėmis pagrįstos imunoterapijos poveikį. Tuo pačiu metu anti-CD19 CAR-T terapijos modelyje ir anti-PD-1 imuninės kontrolės taško inhibitorių terapijos modelyje buvo patvirtinta, kad NAD+ papildymas reikšmingai sustiprino T ląstelių naviką naikinantį poveikį. Mokslininkai nustatė, kad anti-CD19 CAR-T gydymo modelyje beveik visos pelės CAR-T gydymo grupėje, kuriai buvo papildytas NAD+, pasiekė naviko išnykimą, o CAR-T gydymo grupėje be NAD+ papildymo tik apie 20 % pelių pasiekė naviko išnykimą. Atitinkamai, anti-PD-1 imuninės kontrolės taško inhibitorių gydymo modelyje B16F10 navikai yra gana atsparūs anti-PD-1 gydymui, o slopinamasis poveikis nėra reikšmingas. Tačiau B16F10 navikų augimas anti-PD-1 ir NAD+ gydymo grupėje galėjo būti reikšmingai slopinamas. Remiantis tuo, NAD+ papildymas gali sustiprinti T ląstelėmis pagrįstos imunoterapijos priešnavikinį poveikį.

4. Kaip papildyti NAD+

NAD+ molekulė yra didelė ir negali būti tiesiogiai absorbuojama ir naudojama žmogaus organizmo. Tiesiogiai per burną vartojamas NAD+ daugiausia hidrolizuojamas plonosios žarnos šepetėlio krašto ląstelių. Kalbant apie mąstymą, iš tikrųjų yra dar vienas būdas papildyti NAD+ – rasti būdą papildyti tam tikrą medžiagą, kad ji galėtų savarankiškai sintetinti NAD+ žmogaus organizme. Žmogaus organizme yra trys NAD+ sintezės būdai: Preiss-Handler kelias, de novo sintezės kelias ir gelbėjimo sintezės kelias. Nors šie trys būdai gali sintetinti NAD+, yra ir pirminis bei antrinis skirtumas. Iš jų NAD+, pagamintas per pirmuosius du sintezės kelius, sudaro tik apie 15 % viso žmogaus NAD+, o likę 85 % pasiekiami gelbėjimo sintezės būdu. Kitaip tariant, gelbėjimo sintezės kelias yra raktas į NAD+ papildymą žmogaus organizme.

Tarp NAD+ pirmtakų nikotinamidas (NAM), NMN ir nikotino ribozė (NR) visi sintetina NAD+ per gelbėjimo sintezės kelią, todėl šios trys medžiagos tapo organizmo pasirinkimu papildyti NAD+.

Nors NR pati neturi šalutinio poveikio, NAD+ sintezės procese didžioji jos dalis nėra tiesiogiai paverčiama į NMN, o pirmiausia turi būti suskaidyta į NAM, o tada dalyvauti NMN sintezėje, o tai vis tiek neišvengia greitį ribojančių fermentų apribojimo. Todėl gebėjimas papildyti NAD+ per burną vartojant NR taip pat yra ribotas.

Kaip NAD+ papildymo pirmtakas, NMN ne tik apeina greitį ribojančių fermentų apribojimą, bet ir labai greitai absorbuojamas organizme bei gali būti tiesiogiai paverčiamas į NAD+. Todėl jis gali būti naudojamas kaip tiesioginis, greitas ir veiksmingas NAD+ papildymo būdas.

Ekspertų apžvalgos:

Xu Chenqi (Kinijos mokslų akademijos Molekulinės ląstelės mokslo kompetencijos ir inovacijų centras, imunologijos tyrimų ekspertas)

Vėžio gydymas yra pasaulinė problema. Imunoterapijos plėtra kompensavo tradicinio vėžio gydymo apribojimus ir išplėtė gydytojų gydymo metodus. Vėžio imunoterapija gali būti skirstoma į imuninės kontrolės taško blokavimo terapiją, inžinerinę T ląstelių terapiją, naviko vakcinas ir kt. Šie gydymo metodai suvaidino tam tikrą vaidmenį klinikiniame vėžio gydyme. Tuo pačiu metu tai taip pat daro dabartinį imunoterapijos tyrimų dėmesį sutelktą į tai, kaip dar labiau sustiprinti imunoterapijos poveikį ir išplėsti imunoterapijos naudos gavėjų ratą.