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

2021 m. rugpjūčio 10 d. Šanchajaus mokslo ir technologijų universiteto tyrėjai paskelbė straipsnį pavadinimu NAD+ papildas sustiprina navikų naikinimo funkciją, gelbėdamas defektinę TUBBY medijuotą NAMPT transkripciją naviko infiltruotose T ląstelėse žurnale Cell Reports, atskleidžiant, kad NAD+, papildytas CAR-T terapijos ir imuninės kontrolės taškų inhibitorių terapijos metu, gali pagerinti T priešnavikinį aktyvumą.

Šiuo metu papildomas NAD+ pirmtakas, kaip maistinis produktas, yra patvirtintas dėl žmogaus vartojimo saugumo. Šis pasiekimas suteikia paprastą ir įgyvendinamą naują metodą, kaip pagerinti T ląstelių priešnavikinį aktyvumą.

Vėžio imunoterapijos, įskaitant natūraliai naviką infiltruojančių limfocitų (TIL) ir genetiškai modifikuotų T ląstelių pernešimą, taip pat imuninės kontrolės taškų blokados (ICB) naudojimą T ląstelių funkcijai stiprinti, tapo perspektyviais būdais pasiekti ilgalaikius klinikinius atsakus kitaip gydymui atspariems vėžiams (Lee ir kt., 2015; Rosenberg ir Restifo, 2015; Sharma ir Allison, 2015). Nors imunoterapijos klinikoje buvo sėkmingai taikomos, pacientų, kuriems jos naudinga, skaičius vis dar ribotas (Fradet ir kt., 2019; Newick ir kt., 2017). Naviko mikroaplinkos (TME) susijusi imunosupresija tapo pagrindine priežastimi, kodėl abiem imunoterapijomis yra silpnas ir/arba visai nėra atsako (Ninomiya ir kt., 2015; Schoenfeld ir Hellmann, 2020). Todėl labai skubiai reikia tirti ir įveikti su TME susijusius imuninės terapijos apribojimus.

Tai, kad imuninės ir vėžinės ląstelės dalijasi daugeliu pagrindinių medžiagų apykaitos kelių, rodo nesuderinamą konkurenciją dėl maistinių medžiagų TME (Andrejeva ir Rathmell, 2017; Chang ir kt., 2015). Nekontroliuojamos proliferacijos metu vėžio ląstelės perima alternatyvius kelius greitesniam metabolitų gamybai (Vander Heiden ir kt., 2009). Dėl to maistinių medžiagų nykimas, hipoksija, rūgštingumas ir metabolitų, kurie gali būti toksiški TME, susidarymas gali trukdyti sėkmingai imunoterapijai (Weinberg ir kt., 2010). Iš tiesų, TIL dažnai patiria mitochondrijų stresą augančiuose navikuose ir išsenka (Scharping ir kt., 2016). Įdomu tai, kad keli tyrimai taip pat rodo, jog metaboliniai TME pokyčiai gali pakeisti T ląstelių diferenciaciją ir funkcinę veiklą (Bailis ir kt., 2019; Chang ir kt., 2013; Peng ir kt., 2016). Visi šie įrodymai įkvėpė mus hipotezuoti, kad metabolinis perprogramavimas T ląstelėse gali išgelbėti jas iš įtemptos medžiagų apykaitos aplinkos, taip atgaivindamas jų priešnavikinę veiklą (Buck ir kt., 2016; Zhang ir kt., 2017).

Šiame dabartiniame tyrime, integruodami tiek genetinius, tiek cheminius ekranus, nustatėme, kad NAMPT, pagrindinis genas, dalyvaujantis NAD+ biosintezėje, yra būtinas T ląstelių aktyvacijai. NAMPT slopinimas lėmė stiprų NAD+ mažėjimą T ląstelėse, taip sutrikdydamas glikolizės reguliavimą ir mitochondrijų funkciją, blokuodamas ATP sintezę ir slopindamas T ląstelių receptorių (TCR) signalų grandinę. Remdamiesi pastebėjimu, kad TILs turi santykinai mažesnį NAD+ ir NAMPT raiškos lygį nei T ląstelės iš periferinių kraujo mononuklearinių ląstelių (PBMC) kiaušidžių vėžio pacientams, atlikome genetinį patikrinimą T ląstelėse ir nustatėme, kad Tubby (TUB) yra NAMPT transkripcijos faktorius. Galiausiai šias pagrindines žinias pritaikėme (prieš)klinikoje ir parodėme labai stiprius įrodymus, kad NAD+ papildymas žymiai pagerina priešnavikinę naikinimo veiklą tiek adoptuotai perkeltose CAR-T ląstelių terapijose, tiek imuninės kontrolės taškų blokados terapijoje, kas rodo jų perspektyvų potencialą geriau gydyti NAD+ medžiagų apykaitą.

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

Po antigenų stimuliacijos T ląstelės perprogramuojamos metabolinėje programoje – nuo mitochondrijų oksidacijos iki glikolizės kaip pagrindinio ATP šaltinio. Išlaikant pakankamas mitochondrijų funkcijas, kad palaikytų ląstelių dauginimąsi ir efektorines funkcijas. Kadangi NAD+ yra pagrindinis redokso kofermentas, tyrėjai patikrino NAD+ poveikį T ląstelių metabolizmo lygiui atlikdami tokius eksperimentus kaip metabolinė masės spektrometrija ir izotopų žymėjimas. In vitro eksperimentų rezultatai rodo, kad NAD+ trūkumas reikšmingai sumažins glikolizės, TCA ciklo ir elektronų transporto grandinių metabolizmo lygį T ląstelėse. Eksperimento metu, papildant ATP, mokslininkai nustatė, kad NAD+ trūkumas daugiausia slopina ATP gamybą T ląstelėse, taip sumažindamas T ląstelių aktyvacijos lygį.

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

Metabolinis perprogramavimo procesas reguliuoja imuninės sistemos ląstelių aktyvaciją ir diferenciaciją. Tikslingas T ląstelių metabolizmas suteikia galimybę moduliuoti imuninį atsaką ląsteliniu būdu. Imuninės ląstelės naviko mikroaplinkoje, jų pačių medžiagų apykaitos lygis taip pat bus atitinkamai paveiktas. Šio straipsnio tyrėjai atrado svarbų NAMPT vaidmenį T ląstelių aktyvavime, atlikdami viso genomo sgRNR patikrą ir su metabolizmu susijusius mažų molekulių inhibitorių atrankos eksperimentus. Nikotinamido adenino dinukleotidas (NAD+) yra kofermentas redoks reakcijoms ir gali būti sintezuojamas per gelbėjimo kelią, de novo sintezės kelią ir Preiss-Handler kelią. NAMPT metabolinis fermentas daugiausia dalyvauja NAD+ gelbėjimo sintezės kelyje. Klinikinių navikų mėginių analizė parodė, kad naviką infiltruojančiose T ląstelėse jų NAD+ ir NAMPT lygiai buvo žemesni nei kitų T ląstelių. Tyrėjai spėja, kad NAD+ lygis gali būti vienas iš veiksnių, lemiančių naviką infiltruojančių T ląstelių priešnavikinį aktyvumą.

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

Imunoterapija buvo tyrinėjamieji tyrimai vėžio gydyme, tačiau pagrindinė problema yra geriausia gydymo strategija ir imunoterapijos veiksmingumas visoje populiacijoje. Tyrėjai nori ištirti, ar didinant T ląstelių aktyvavimo gebėjimus papildant NAD+ lygius galima sustiprinti T ląstelių pagrindu veikiančią imunoterapiją. Tuo pačiu metu anti-CD19 CAR-T terapijos modelyje ir anti-PD-1 imuninės kontrolės taškų inhibitoriaus terapijos modelyje buvo patvirtinta, kad NAD+ papildymas žymiai sustiprino T ląstelių naviką naikinantį poveikį. Tyrėjai nustatė, kad anti-CD19 CAR-T gydymo modelyje beveik visos CAR-T grupės pelės, papildytos NAD+, pasiekė naviko išvalymą, o CAR-T gydymo grupė be NAD+ papildė tik apie 20 % pelių. Atitinkamai, anti-PD-1 imuninės kontrolės taškų inhibitoriaus 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 grupėse gali būti reikšmingai slopinamas. Remiantis tuo, NAD+ papildai gali sustiprinti T ląstelių pagrindu veikiančios imunoterapijos priešnavikinį poveikį.

4. Kaip papildyti NAD+

NAD+ molekulė yra didelė ir negali būti tiesiogiai absorbuojama bei panaudota žmogaus organizme. NAD+, tiesiogiai vartojamas per burną, daugiausia hidrolizuojamas plonosios žarnos šepetėlio pakraščio ląstelių. Kalbant apie mąstymą, iš tiesų yra ir kitas būdas papildyti NAD+ – rasti būdą papildyti tam tikrą medžiagą, kad ji galėtų autonomiškai sintetinti NAD+ žmogaus organizme. Yra trys būdai sintetinti NAD+ žmogaus organizme: Preiss-Handler kelias, de novo sintezės kelias ir gelbėjimo sintezės kelias. Nors šie trys būdai gali sintetinti NAD+, egzistuoja ir pirminis bei antrinis skirtumas. Iš jų NAD+, susidarantis pirmųjų dviejų sintetinių kelių metu, sudaro tik apie 15 % viso žmogaus NAD+, o likę 85 % pasiekiami per gydomąją sintezę. Kitaip tariant, gelbėjimo sintezės kelias yra raktas žmogaus organizmui papildyti NAD+.

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

Nors pats NR neturi šalutinių poveikių, NAD+ sintezės procese didžioji jo dalis tiesiogiai nevirsta NMN, o pirmiausia turi būti suvirškinta į NAM ir tik tada dalyvauti NMN sintezėje, kuri vis dar negali išvengti greitį ribojančių fermentų apribojimų. Todėl galimybė papildyti NAD+ per geriamąjį NR vartojimą taip pat yra ribota.

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

Ekspertų atsiliepimai:

Xu Chenqi (Molekulinės ląstelių mokslo kompetencijos ir inovacijų centras, Kinijos mokslų akademija, imunologijos tyrimų ekspertė)

Vėžio gydymas yra problema pasaulyje. Imunoterapijos plėtra kompensavo tradicinio vėžio gydymo ribotumus ir išplėtė gydytojų gydymo metodus. Vėžio imunoterapija gali būti skirstoma į imuninės kontrolės taškų blokavimo terapiją, inžinerinę T ląstelių terapiją, naviko vakciną ir kt. Šie gydymo metodai atliko tam tikrą vaidmenį klinikiniame vėžio gydyme. Tuo pačiu metu imunoterapijos tyrimai šiuo metu yra orientuoti į tai, kaip dar labiau sustiprinti imunoterapijos poveikį ir išplėsti imunoterapijos naudos gavėjų ratą.