Коензим NAD+ може да засили имунитета срещу тумори! Експертен коментар от Китайската академия на науките

На 10 август 2021 г. изследователи от Шанхайския университет по наука и технологии публикуваха статия, озаглавена "NAD+ добавката подобрява функцията за убиване на тумори чрез спасяване на дефектна TUBBY-медиирана NAMPT транскрипция в туморно инфилтрирани Т клетки в Cell Reports", разкривайки, че NAD+ при допълване по време на терапия с CAR-T и терапия с имунни контролни точки може да подобри антитуморната активност на Т.

В момента допълнителният предшественик на NAD+, като хранителен продукт, е потвърден за безопасност при човешка консумация. Това постижение предоставя прост и осъществим нов метод за подобряване на антитуморната активност на Т-клетките.

Имунотерапиите за рак, включително приемането на естествено срещащи се тумор-инфилтриращи лимфоцити (TILs) и генетично модифицирани Т-клетки, както и използването на блокада на имунни контролни точки (ICB) за засилване на функцията на Т-клетките, се оказаха обещаващи подходи за постигане на устойчиви клинични отговори на иначе рефрактерни ракови заболявания (Lee et al., 2015; Розенберг и Рестифо, 2015; Шарма и Алисън, 2015). Въпреки че имунотерапиите са успешно използвани в клиниката, броят на пациентите, които се възползват от тях, все още е ограничен (Fradet et al., 2019; Newick и др., 2017). Имуносупресията, свързана с туморната микросреда (TME), се е очертала като основна причина за нисък и/или никакъв отговор и на двете имунотерапии (Ninomiya et al., 2015; Шьонфелд и Хелман, 2020). Затова усилията за изследване и преодоляване на ограниченията, свързани с TME, в имунните терапии са от голяма спешност.

Фактът, че имунните клетки и раковите клетки споделят много фундаментални метаболитни пътища, предполага непримирима конкуренция за хранителни вещества в TME (Andrejeva и Rathmell, 2017; Чанг и др., 2015). По време на неконтролирана пролиферация раковите клетки завладяват алтернативни пътища за по-бързо генериране на метаболити (Vander Heiden et al., 2009). В резултат на това изчерпването на хранителните вещества, хипоксията, киселинността и генерирането на метаболити, които могат да бъдат токсични в TME, могат да възпрепятстват успешната имунотерапия (Weinberg et al., 2010). Всъщност, TILs често изпитват митохондриален стрес в растящи тумори и се изтощават (Scharping et al., 2016). Интересно е, че множество изследвания също показват, че метаболитните промени в TME могат да променят диференциацията и функционалната активност на Т-клетките (Bailis et al., 2019; Чанг и др., 2013; Peng и др., 2016). Всички тези доказателства ни вдъхновиха да предположим, че метаболитното препрограмиране в Т-клетките може да ги спаси от стресирана метаболитна среда, като по този начин възобнови тяхната антитуморна активност (Buck et al., 2016; Zhang и др., 2017).

В това текущо изследване, чрез интегриране както на генетични, така и на химични скрининги, установихме, че NAMPT, ключов ген, участващ в биосинтезата на NAD+, е от съществено значение за активирането на Т-клетките. Инхибицията на NAMPT доведе до устойчив спад на NAD+ в Т-клетките, като по този начин наруши регулацията на гликолизата и митохондриалната функция, блокира синтеза на ATP и заглуши сигналния каскад на Т-клетъчния рецептор (TCR) надолу по веригата. Въз основа на наблюдението, че TILs имат сравнително по-ниски нива на експресия на NAD+ и NAMPT в сравнение с T клетките от периферни мононуклеарни кръвни клетки (PBMCs) при пациенти с рак на яйчниците, извършихме генетичен скрининг в T клетки и установихме, че Tubby (TUB) е транскрипционен фактор за NAMPT. Накрая, приложихме тези основни знания в (пред)клиниката и показахме много силни доказателства, че допълването с NAD+ значително подобрява антитуморната убиваща активност както при терапията с прехвърлени CAR-T клетки, така и при терапията с имунни контролни точки, което показва обещаващия им потенциал за насочване на метаболизма на NAD+ за по-добро лечение на ракови заболявания.

1.NAD+ регулира активирането на Т-клетките, като влияе на енергийния метаболизъм

След стимулиране на антигена, Т-клетките преминават през метаболитно препрограмиране – от окисляване на митохондриите до гликолиза като основен източник на ATP. Като същевременно се поддържат достатъчни митохондриални функции за подпомагане на клетъчната пролиферация и ефекторни функции. Тъй като NAD+ е основният коензим за редокс, изследователите потвърдиха ефекта на NAD+ върху нивото на метаболизъм в T клетките чрез експерименти като метаболитна масспектрометрия и маркиране на изотопи. Резултатите от in vitro експерименти показват, че дефицитът на NAD+ значително намалява нивото на гликолиза, TCA цикъла и метаболизма на електронните транспортни вериги в Т-клетките. Чрез експеримента за възстановяване на ATP, изследователите установиха, че липсата на NAD+ основно инхибира производството на ATP в T клетките, като по този начин намалява нивото на активация на T-клетките.

2. Пътят на синтеза на спасителния синтез на NAD+, регулиран от NAMPT, е от съществено значение за активирането на Т-клетките

Метаболитният процес на препрограмиране регулира активирането и диференциацията на имунните клетки. Насочването към метаболизма на Т-клетките предоставя възможност за модулиране на имунния отговор по клетъчен начин. Имунните клетки в туморната микросреда, собственото им метаболитно ниво, също ще бъдат съответно засегнати. Изследователите в тази статия са открили важната роля на NAMPT в активирането на T клетки чрез геномно скрининг на sgRNA и експерименти със скрининг на малки молекулни инхибитори, свързани с метаболизма. Никотинамид аденин динуклеотид (NAD+) е коензим за редокс реакции и може да се синтезира чрез пътя на спасяване, de novo синтезния път и пътя на Прейс-Хендлър. Метаболитният ензим NAMPT участва основно в пътя на синтеза на спасителния материал NAD+. Анализът на клинични проби от тумор установи, че при туморинтриращи Т-клетки нивата на NAD+ и NAMPT са по-ниски от тези на други Т клетки. Изследователите предполагат, че нивата на NAD+ може да са един от факторите, които влияят върху антитуморната активност на Т-клетките, инфилтриращи туморите.

3. Допълване на NAD+ за подобряване на антитуморната активност на Т-клетките

Имунотерапията е изследователски изследвания в лечението на рак, но основният проблем е най-добрата стратегия за лечение и ефективността на имунотерапията в цялостната популация. Изследователите искат да проучат дали повишаването на активационната способност на Т-клетките чрез допълване на нивата на NAD+ може да засили ефекта на имунотерапията, базирана на Т-клетки. В същото време, в анти-CD19 CAR-T терапевтичния модел и модела на терапия с имунни контролни точки срещу PD-1, беше потвърдено, че добавянето на NAD+ значително увеличава ефекта на убийството на тумора на T клетките. Изследователите установиха, че в анти-CD19 CAR-T модела почти всички мишки от групата с CAR-T, допълнени с NAD+, постигнаха изчистване на тумора, докато групата с CAR-T без NAD+ само около 20% от мишките постигнаха изчистване на тумора. В съответствие с това, в модела за лечение на анти-PD-1 инхибитори на имунни контролни точки, туморите B16F10 са относително толерантни към лечението с анти-PD-1 и инхибиторният ефект не е значим. Въпреки това, растежът на тумори B16F10 в анти-PD-1 и NAD+ групите може да бъде значително инхибиран. Въз основа на това, добавките с NAD+ могат да подобрят антитуморния ефект на имунотерапията, базирана на Т-клетки.

4. Как да допълним NAD+

Молекулата NAD+ е голяма и не може да бъде директно абсорбирана и използвана от човешкото тяло. NAD+, който се приема директно орално, се хидролизира основно от клетки на четката в тънките черва. Що се отнася до мисленето, има и друг начин да се допълни NAD+ – да се намери начин да се допълни определено вещество, така че то да може автономно да синтезира NAD+ в човешкото тяло. Съществуват три начина за синтез на NAD+ в човешкото тяло: път на Прейс-Хандлер, път на de novo синтез и път за синтез на спасителни материали. Въпреки че трите начина могат да синтезират NAD+, съществува и първично и вторично разграничение. Сред тях NAD+, произведен от първите два синтетични пътя, представлява само около 15% от общия човешки NAD+, а останалите 85% се постигат чрез ремедиационен синтез. С други думи, пътят на синтеза на спасителните материали е ключът към човешкото тяло да допълва NAD+.

Сред предшествениците на NAD+, никотинамидът (NAM), NMN и никотинамидната рибоза (NR) синтезират NAD+ чрез път на спасителния синтез, така че тези три вещества са станали изборът на организма за допълване на NAD+.

Въпреки че самият NR няма странични ефекти, в процеса на синтез на NAD+ по-голямата част от него не се превръща директно в NMN, а първо трябва да се разгражда в NAM и след това да участва в синтеза на NMN, който все още не може да избегне ограниченията на ензимите, ограничаващи скоростта. Затова възможността за допълване на NAD+ чрез орално приложение на NR също е ограничена.

Като предшественик за допълване на NAD+, NMN не само заобикаля ограничаването на ензимите, ограничаващи скоростта, но и се абсорбира много бързо в организма и може директно да се преобразува в NAD+. Затова може да се използва като директен, бърз и ефективен метод за допълване на NAD+.

Експертни ревюта:

Сю Ченци (Център за върхови постижения и иновации в молекулярната клетъчна наука, Китайска академия на науките, експерт по имунология)

Лечението на рак е проблем в света. Развитието на имунотерапията компенсира ограниченията на традиционното лечение на рак и разшири методите на лечение на лекарите. Имунотерапията на рака може да се раздели на терапия с блокиране на имунни контролни точки, инженерна терапия с Т-клетки, туморна ваксина и др. Тези методи за лечение са изиграли определена роля в клиничното лечение на рака. В същото време това прави настоящия фокус на изследванията в имунотерапията върху това как допълнително да се засили ефектът на имунотерапията и да се разшири бенефициентите на имунотерапията.