Кофермент NAD+ может усиливать противоопухолевый иммунитет! Комментарий эксперта из Китайской академии наук

10 августа 2021 года исследователи из Шанхайского университета науки и технологий опубликовали статью под названием «Добавка NAD+ усиливает противоопухолевую функцию Т-клеток, восстанавливая нарушенную транскрипцию NAMPT, опосредованную TUBBY, в опухоль-инфильтрирующих Т-клетках» в журнале Cell Reports, показав, что NAD+, добавленный во время CAR-T-терапии и терапии ингибиторами иммунных контрольных точек, может улучшить противоопухолевую активность Т-клеток.

В настоящее время предшественник NAD+ в качестве пищевого продукта подтвержден как безопасный для потребления человеком. Это достижение предоставляет простой и осуществимый новый метод для улучшения противоопухолевой активности Т-клеток.

Иммунотерапия рака, включая адоптивный перенос естественных опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (TIL) и генетически модифицированных Т-клеток, а также использование блокады иммунных контрольных точек (ICB) для усиления функции Т-клеток, стала перспективным подходом для достижения длительного клинического ответа при ранее не поддающихся лечению раках (Lee et al., 2015; Rosenberg and Restifo, 2015; Sharma and Allison, 2015). Хотя иммунотерапия успешно применяется в клинике, число пациентов, получающих от нее пользу, все еще ограничено (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Иммуносупрессия, связанная с микроокружением опухоли (TME), стала основной причиной низкого и/или отсутствия ответа на обе иммунотерапии (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld and Hellmann, 2020). Поэтому усилия по изучению и преодолению ограничений, связанных с TME, в иммунотерапии крайне актуальны.

Тот факт, что иммунные клетки и раковые клетки используют многие общие фундаментальные метаболические пути, подразумевает непримиримую конкуренцию за питательные вещества в TME (Andrejeva and Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Во время неконтролируемой пролиферации раковые клетки захватывают альтернативные пути для более быстрой генерации метаболитов (Vander Heiden et al., 2009). В результате истощение питательных веществ, гипоксия, кислотность и образование метаболитов, которые могут быть токсичными в TME, могут препятствовать успешной иммунотерапии (Weinberg et al., 2010). Действительно, TIL часто испытывают митохондриальный стресс в растущих опухолях и становятся истощенными (Scharping et al., 2016). Интересно, что многочисленные исследования также указывают на то, что метаболические изменения в TME могут изменять дифференцировку и функциональную активность Т-клеток (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Все эти данные побудили нас выдвинуть гипотезу о том, что метаболическое перепрограммирование Т-клеток может спасти их от стрессовой метаболической среды, тем самым восстанавливая их противоопухолевую активность (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

В этом исследовании, объединив генетические и химические скрининги, мы идентифицировали NAMPT, ключевой ген, участвующий в биосинтезе NAD+, как необходимый для активации Т-клеток. Ингибирование NAMPT приводило к значительному снижению NAD+ в Т-клетках, нарушая регуляцию гликолиза и функцию митохондрий, блокируя синтез АТФ и подавляя сигнальный каскад Т-клеточного рецептора (TCR). Основываясь на наблюдении, что TIL имеют относительно более низкие уровни NAD+ и NAMPT, чем Т-клетки из мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) у пациентов с раком яичников, мы провели генетический скрининг в Т-клетках и идентифицировали Tubby (TUB) как фактор транскрипции для NAMPT. Наконец, мы применили эти фундаментальные знания в (пре)клинике и показали очень убедительные доказательства того, что добавление NAD+ значительно улучшает противоопухолевую киллерную активность как в терапии адоптивно перенесенными CAR-T-клетками, так и в терапии блокадой иммунных контрольных точек, что указывает на их многообещающий потенциал для таргетирования метаболизма NAD+ для лучшего лечения рака.

1. NAD+ регулирует активацию Т-клеток, влияя на энергетический метаболизм

После антигенной стимуляции Т-клетки подвергаются метаболическому перепрограммированию, переходя от митохондриального окисления к гликолизу как основному источнику АТФ, сохраняя при этом достаточные функции митохондрий для поддержки пролиферации клеток и эффекторных функций. Учитывая, что NAD+ является основным коферментом для окислительно-восстановительных реакций, исследователи проверили влияние NAD+ на уровень метаболизма в Т-клетках с помощью таких экспериментов, как метаболическая масс-спектрометрия и изотопное мечение. Результаты экспериментов in vitro показывают, что дефицит NAD+ значительно снижает уровень гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и метаболизма цепи переноса электронов в Т-клетках. С помощью эксперимента по восполнению АТФ исследователи обнаружили, что недостаток NAD+ в основном подавляет продукцию АТФ в Т-клетках, тем самым снижая уровень активации Т-клеток.

2. Путь синтеза NAD+ спасения, регулируемый NAMPT, необходим для активации Т-клеток

Процесс метаболического перепрограммирования регулирует активацию и дифференцировку иммунных клеток. Таргетирование метаболизма Т-клеток дает возможность модулировать иммунный ответ клеточным способом. Иммунные клетки в микроокружении опухоли, их собственный метаболический уровень также будет соответствующим образом затронут. Исследователи в этой статье обнаружили важную роль NAMPT в активации Т-клеток с помощью полногеномного скрининга sgRNA и скрининга ингибиторов малых молекул, связанных с метаболизмом. Никотинамидадениндинуклеотид (NAD+) является коферментом для окислительно-восстановительных реакций и может синтезироваться через путь спасения, путь de novo и путь Preiss-Handler. Метаболический фермент NAMPT в основном участвует в пути спасения синтеза NAD+. Анализ клинических образцов опухолей показал, что в опухоль-инфильтрирующих Т-клетках уровни NAD+ и NAMPT ниже, чем в других Т-клетках. Исследователи предполагают, что уровень NAD+ может быть одним из факторов, влияющих на противоопухолевую активность опухоль-инфильтрирующих Т-клеток.

3. Добавление NAD+ для усиления противоопухолевой активности Т-клеток

Иммунотерапия является экспериментальным направлением в лечении рака, но главной проблемой остаются оптимальная стратегия лечения и эффективность иммунотерапии в общей популяции. Исследователи хотели изучить, может ли усиление активации Т-клеток путем восполнения уровня NAD+ повысить эффективность иммунотерапии на основе Т-клеток. В моделях терапии анти-CD19 CAR-T и терапии ингибиторами иммунных контрольных точек анти-PD-1 было подтверждено, что добавление NAD+ значительно усиливает противоопухолевый эффект Т-клеток. Исследователи обнаружили, что в модели лечения анти-CD19 CAR-T почти у всех мышей в группе CAR-T с добавлением NAD+ наблюдалась полная элиминация опухоли, тогда как в группе CAR-T без добавления NAD+ полной элиминации достигли лишь около 20% мышей. Аналогично, в модели терапии ингибиторами иммунных контрольных точек анти-PD-1 опухоли B16F10 относительно толерантны к лечению анти-PD-1, и ингибирующий эффект незначителен. Однако рост опухолей B16F10 в группе анти-PD-1 с добавлением NAD+ удавалось значительно подавить. Таким образом, добавление NAD+ может усиливать противоопухолевый эффект иммунотерапии на основе Т-клеток.

4. Как восполнить NAD+

Молекула NAD+ велика и не может напрямую всасываться и использоваться организмом человека. NAD+, принимаемый перорально, в основном гидролизуется клетками щеточной каймы тонкого кишечника. Логически существует и другой способ восполнения NAD+ — найти способ введения определенного вещества, чтобы оно могло автономно синтезировать NAD+ в организме. В организме человека существует три пути синтеза NAD+: путь Preiss-Handler, путь de novo и путь восстановительного (спасательного) синтеза. Хотя все три пути могут синтезировать NAD+, между ними есть различие по значимости. NAD+, произведенный первыми двумя путями, составляет лишь около 15% от общего NAD+ в организме, а остальные 85% обеспечиваются путем восстановительного синтеза. Иными словами, путь восстановительного синтеза является ключевым для восполнения NAD+ в организме.

Среди предшественников NAD+ никотинамид (NAM), NMN и никотинамидрибозид (NR) синтезируют NAD+ через путь восстановительного синтеза, поэтому эти три вещества стали выбором организма для восполнения NAD+.

Хотя сам NR не имеет побочных эффектов, в процессе синтеза NAD+ большая его часть не превращается напрямую в NMN, а сначала расщепляется до NAM, который затем участвует в синтезе NMN, что не позволяет избежать ограничения, связанного с лимитирующими ферментами. Поэтому способность восполнять NAD+ путем перорального приема NR также ограничена.

NMN как предшественник для восполнения NAD+ не только обходит ограничение лимитирующих ферментов, но и очень быстро всасывается в организме и может напрямую превращаться в NAD+. Поэтому его можно использовать как прямой, быстрый и эффективный способ восполнения NAD+.

Экспертные комментарии:

Сюй Чэньци (Центр передового опыта и инноваций в области молекулярной клеточной науки Китайской академии наук, эксперт по иммунологическим исследованиям)

Лечение рака — проблема мирового масштаба. Развитие иммунотерапии восполнило ограничения традиционных методов лечения рака и расширило арсенал врачей. Иммунотерапия рака может быть разделена на терапию блокадой иммунных контрольных точек, терапию сконструированными Т-клетками, противоопухолевые вакцины и другие методы. Эти методы играют определенную роль в клиническом лечении рака. В то же время это делает текущий фокус исследований иммунотерапии направленным на то, как еще больше усилить эффект иммунотерапии и расширить круг пациентов, которым она приносит пользу.