Кофермент NAD+ может усиливать иммунитет к опухоли! Экспертный комментарий Китайской академии наук

10 августа 2021 года исследователи из Шанхайского университета науки и технологий опубликовали статью под названием «добавка NAD+ усиливает функцию уничтожения опухоли, спасая дефектную транскрипцию NAMPT, опосредованную TUBBY, в Т-клетках, инфильтрированных опухолью, в Cell Reports), что показало, что NAD+ при добавлении во время терапии CAR-T и терапии ингибиторами иммунных контрольных точек может улучшать противоопухолевую активность тестостерона.

В настоящее время дополнительный предшественник NAD+ как питательного продукта был проверен на безопасность при употреблении человеком. Это достижение предоставляет простой и жизнеспособный новый метод повышения противоопухолевой активности Т-клеток.

Иммунотерапии рака, включая перенос естественных опухолевых лимфоцитов (TIL) и генетически модифицированных Т-клеток, а также использование блокады иммунных контрольных точек (ICB) для усиления функции Т-клеток, стали перспективными способами достижения устойчивых клинических ответов на опухоли, устойчивые к лечению (Lee et al., 2015; Розенберг и Рестифо, 2015; Шарма и Эллисон, 2015). Хотя иммунотерапии успешно применяются в клинике, количество пациентов, получающих от них пользу, всё ещё ограничено (Fradet и др., 2019; Newick и др., 2017). Иммуносупрессия, связанная с микроокружением опухолей (TME), стала основной причиной низкого и/или отсутствия реакции на обе иммунотерапии (Ninomiya et al., 2015; Шёнфельд и Хеллман, 2020). Поэтому усилия по изучению и преодолению ограничений, связанных с ТМЭ, в иммунной терапии имеют крайнюю срочность.

Тот факт, что иммунные клетки и раковые клетки имеют множество основных метаболических путей, указывает на непримиримую конкуренцию за питательные вещества в ТМЭ (Andrejeva и Rathmell, 2017; Chang и др., 2015). Во время неконтролируемой пролиферации раковые клетки захватывают альтернативные пути для более быстрого генерации метаболитов (Vander Heiden и др., 2009). В результате истощение питательных веществ, гипоксия, кислотность и образование метаболитов, которые могут быть токсичными в ТМЭ, могут препятствовать успешной иммунотерапии (Weinberg и др., 2010). Действительно, TIL часто испытывают митохондриальный стресс внутри растущих опухолей и истощаются (Scharping и др., 2016). Интересно, что множество исследований также указывают на то, что метаболические изменения в ТМЭ могут изменять дифференцировку и функциональную активность Т-клеток (Bailis и др., 2019; Чанг и др., 2013; Peng и др., 2016). Все эти данные вдохновили нас на гипотезу, что метаболическое перепрограммирование в Т-клетках может спасти их от стрессовой метаболической среды, тем самым возродив их противоопухоловую активность (Buck et al., 2016; Zhang и др., 2017).

В текущем исследовании, интегрируя как генетические, так и химические скрининги, мы выяснили, что NAMPT — ключевой ген, участвующий в биосинтезе NAD+, — необходим для активации Т-клеток. Ингибирование NAMPT привело к устойчивому снижению NAD+ в Т-клетках, тем самым нарушая регуляцию гликолиза и функцию митохондрий, блокируя синтез АТФ и ослабляя сигнальный каскад Т-клеточного рецептора (TCR). Основываясь на наблюдении, что у TIL уровень экспрессии NAD+ и NAMPT относительно ниже, чем у Т-клеток периферических мононуклеарных клеток (PBMC) у пациентов с раком яичников, мы провели генетический скрининг Т-клеток и установили, что Табби (TUB) является транскрипционным фактором для NAMPT. Наконец, мы применили эти базовые знания в (до)клинике и показали очень убедительные доказательства того, что прием NAD+ значительно улучшает антиопухолевую истребительную активность как в терапии перенесёнными CAR-T-клетками, так и в терапии блокады иммунных контрольных точек, что указывает на их перспективный потенциал для нацеливания на метаболизм NAD+ для лучшего лечения рака.

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

После стимуляции антигенами Т-клетки проходят метаболическое перепрограммирование — от окисления митохондрий до гликолиза как основного источника АТФ. При этом сохраняя достаточные функции митохондрий для поддержки клеточной пролиферации и эффекторных функций. Поскольку NAD+ является основным коферментом для редоксирования, исследователи подтвердили влияние NAD+ на уровень метаболизма в Т-клетках с помощью таких экспериментов, как метаболическая масс-спектрометрия и маркировка изотопов. Результаты экспериментов in vitro показывают, что дефицит NAD+ значительно снижает уровень гликолиза, цикл TCA и метаболизм цепочек транспорта электронов в Т-клетках. В ходе эксперимента по восстановлению АТФ исследователи обнаружили, что отсутствие NAD+ в основном ингибирует его выработку в Т-клетках, тем самым снижая уровень активации Т-клеток.

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

Процесс метаболического перепрограммирования регулирует активацию и дифференцировку иммунных клеток. Таргетирование метаболизма Т-клеток даёт возможность модулировать иммунный ответ клеточным способом. Иммунные клетки в микросреде опухоли, их собственный метаболический уровень также будут соответствующим образом затронуты. Исследователи, опубликованные в этой статье, обнаружили важную роль NAMPT в активации Т-клеток с помощью геномного скрининга sgRNA и экспериментов по скринингу малых молекул, связанных с метаболизмом. Никотинамид-адениндинуклеотид (NAD+) — это кофермент для редокс-реакций, который может синтезироваться через пути спасения, пути синтеза de novo и путь Прейсса-Хендлера. Метаболический фермент NAMPT в основном участвует в пути синтеза спасения NAD+. Анализ клинических образцов опухолей показал, что у Т-клеток, инфильтрирующих опухоли, их уровни NAD+ и NAMPT были ниже, чем у других Т-клеток. Исследователи предполагают, что уровень NAD+ может быть одним из факторов, влияющих на противоопухолевую активность Т-клеток, инфильтрирующих опухоли.

3. Дополнение NAD+ для повышения противоопухолевой активности Т-клеток

Иммунотерапия является исследовательским исследованием в лечении рака, но основная проблема — это наилучшая стратегия лечения и эффективность иммунотерапии в общей популяции. Исследователи хотят изучить, может ли повышение активации Т-клеток за счёт добавления уровней NAD+ усилить эффект иммунотерапии на основе Т-клеток. В то же время в моделях терапии анти-CD19 CAR-T и анти-PD-1 иммунных контрольных точек было подтверждено, что прием NAD+ значительно усиливает эффект Т-клеток на уничтожение опухолей. Исследователи обнаружили, что в модели лечения анти-CD19 CAR-T почти все мыши из группы лечения CAR-T, получавшие дополнение NAD+, достигли очистки опухоли, тогда как группа лечения CAR-T без NAD+ получала лишь около 20 % мышей добились очистки опухоли. В соответствии с этим, в модели лечения ингибиторами иммунных контрольных точек против PD-1 опухоли B16F10 относительно устойчивы к лечению анти-PD-1, и тормозящий эффект не является значительным. Однако рост опухолей B16F10 в группе лечения анти-PD-1 и NAD+ может быть значительно подавлен. Исходя из этого, добавки NAD+ могут усиливать противоопухолевой эффект иммунотерапии на основе Т-клеток.

4. Как дополнить NAD+

Молекула NAD+ крупная и не может быть напрямую поглощена и использована человеческим организмом. NAD+, принимаемый напрямую перорально, в основном гидролизируется клетками с пограничной щеткой в тонком кишечнике. С точки зрения мышления, действительно существует другой способ дополнения NAD+ — найти способ дополнить определённое вещество, чтобы оно могло автономно синтезировать NAD+ в организме человека. Существует три способа синтеза NAD+ в организме человека: путь Прейсса-Хендлера, путь de novo синтеза и путь синтеза спасения. Хотя три способа синтезируют NAD+, существует также первичное и вторичное различия. Среди них NAD+, производимый первыми двумя синтетическими путями, составляет лишь около 15% от общего человеческого NAD+, а оставшиеся 85% достигаются путём восстановительного синтеза. Другими словами, путь синтеза спасения — ключ к человеческому организму для дополнения NAD+.

Среди предшественников NAD+ никотинамид (NAM), NMN и никотинамид-рибоза (NR) синтезируют NAD+ через спасательный синтез, поэтому эти три вещества стали выбором организма для дополнительного приема NAD+.

Хотя сам NR не имеет побочных эффектов, в процессе синтеза NAD+ большая его часть не превращается напрямую в NMN, а сначала должна быть переварена в NAM, а затем участвовать в синтезе NMN, который всё ещё не может избежать ограничения ферментов, ограничивающих скорость. Поэтому возможность дополнения NAD+ через пероральное введение NR также ограничена.

В качестве предшественника для добавления NAD+, NMN не только обходит ограничение ферментов, ограничивающих скорость, но и очень быстро всасывается в организме и может напрямую превращаться в NAD+. Поэтому его можно использовать как прямой, быстрый и эффективный метод дополнения NAD+.

Экспертные отзывы:

Сюй Чэньци (Центр превосходства и инноваций в области молекулярной клеточной науки, Китайская академия наук, эксперт по иммунологии)

Лечение рака — это проблема в мире. Развитие иммунотерапии компенсировало ограничения традиционного лечения рака и расширило методы лечения врачей. Иммунотерапию рака можно разделить на терапию блокирующей иммунные контрольные точки, терапию инженерными Т-клетками, вакцину против опухолей и др. Эти методы лечения сыграли определённую роль в клиническом лечении рака. В то же время это делает нынешний акцент исследований в области иммунотерапии на том, как дополнительно усилить эффект иммунотерапии и расширить число бенефициаров иммунотерапии.