Co-enzym NAD+ kan de tumorimmuniteit versterken! Deskundige commentaar van de Chinese Academie van Wetenschappen

Op 10 augustus 2021 publiceerden onderzoekers van de Shanghai University of Science and Technology een artikel getiteld NAD+ supplement versterkt tumordodende functie door defecte TUBBY-gemedieerde NAMPT-transcriptie in tumorgeïnfiltreerde T-cellen in Cell Reports, waaruit bleek dat NAD+ in supplementen tijdens CAR-T-therapie en immunocheckpointremmertherapie de antitumoractiviteit van T kan verbeteren.

Op dit moment is de aanvullende voorloper van NAD+, als voedingsproduct, geverifieerd voor veiligheid bij menselijke consumptie. Deze prestatie biedt een eenvoudige en haalbare nieuwe methode om de antitumoractiviteit van T-cellen te verbeteren.

Kankerimmunotherapieën, waaronder de adoptieve overdracht van natuurlijk voorkomende tumor-infiltrerende lymfocyten (TIL's) en genetisch gemodificeerde T-cellen, evenals het gebruik van immuuncheckpoint blockade (ICB) om de functie van T-cellen te verbeteren, zijn naar voren gekomen als veelbelovende methoden om duurzame klinische responsen te bereiken bij anderszins behandelingsresistente kankers (Lee et al., 2015; Rosenberg en Restifo, 2015; Sharma en Allison, 2015). Hoewel immunotherapieën met succes in de kliniek zijn toegepast, is het aantal patiënten dat ervan profiteert nog steeds beperkt (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Tumormicro-omgeving (TME)-gerelateerde immunosuppressie is de belangrijkste oorzaak geworden voor lage en/of geen respons op beide immunotherapieën (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld en Hellmann, 2020). Daarom zijn inspanningen om TME-gerelateerde beperkingen in immuuntherapieën te onderzoeken en te overwinnen van groot urgentie.

Het feit dat immuuncellen en kankercellen veel fundamentele metabole routes delen, impliceert een onverenigbare concurrentie om voedingsstoffen in TME (Andrejeva en Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Tijdens ongecontroleerde proliferatie kapen kankercellen alternatieve routes voor snellere metabolietenproductie (Vander Heiden et al., 2009). Als gevolg hiervan kunnen nutriëntentekort, hypoxie, zuurgraad en de vorming van metabolieten die toxisch kunnen zijn in het TME succesvolle immunotherapie belemmeren (Weinberg et al., 2010). Sterker nog, TIL's ervaren vaak mitochondriale stress binnen groeiende tumoren en raken uitgeput (Scharping et al., 2016). Interessant genoeg geven meerdere studies ook aan dat metabole veranderingen in TME de differentiatie en functionele activiteit van T-cellen kunnen herstructureren (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Al deze bewijzen inspireerden ons tot de hypothese dat metabole herprogrammering in T-cellen hen zou kunnen redden uit een gestreste metabole omgeving, waardoor hun antitumoractiviteit nieuw leven wordt ingeblazen (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

In deze huidige studie hebben we, door zowel genetische als chemische screens te integreren, vastgesteld dat NAMPT, een belangrijk gen dat betrokken is bij NAD+-biosynthese, essentieel is voor T-celactivatie. NAMPT-remming leidde tot een robuuste NAD+ afname in T-cellen, waardoor de regulering van de glycolyse en mitochondriale functie werd verstoord, de ATP-synthese werd geblokkeerd en de downstream signaalcascade van de T-celreceptor (TCR) werd gedempt. Op basis van de observatie dat TIL's relatief lagere NAD+- en NAMPT-expressieniveaus hebben dan T-cellen uit perifere bloed mononucleaire cellen (PBMC's) bij eierstokkankerpatiënten, hebben we genetische screening uitgevoerd in T-cellen en vastgesteld dat Tubby (TUB) een transcriptiefactor is voor NAMPT. Tot slot pasten we deze basiskennis toe in de (pre)kliniek en toonden we zeer sterk bewijs dat suppletie met NAD+ de anti-tumordodelijke activiteit drastisch verbetert, zowel bij adoptief overgedragen CAR-T-cellentherapie als immunocontrole checkpoint-blokkadetherapie, wat hun veelbelovende potentieel aangeeft om NAD+-metabolisme beter te behandelen voor de behandeling van kanker.

1.NAD+ reguleert de activatie van T-cellen door het energiemetabolisme te beïnvloeden

Na antigeenstimulatie ondergaan T-cellen metabole herprogrammering, van mitochondriale oxidatie tot glycolyse als de belangrijkste bron van ATP. Terwijl voldoende mitochondriale functies behouden blijven om celproliferatie en effectorfuncties te ondersteunen. Aangezien NAD+ het belangrijkste co-enzym voor redox is, verifieerden de onderzoekers het effect van NAD+ op het metabolismeniveau in T-cellen via experimenten zoals metabole massaspectrometrie en isotooplabeling. De resultaten van in vitro-experimenten tonen aan dat een NAD+-tekort het niveau van glycolyse, TCA-cyclus en elektronentransportketenmetabolisme in T-cellen aanzienlijk zal verminderen. Door het experiment met het aanvullen van ATP ontdekten de onderzoekers dat het ontbreken van NAD+ vooral de productie van ATP in T-cellen remt, waardoor het activatieniveau van T-cellen afneemt.

2. Het door NAMPT gereguleerde NAD+ salvage-syntheseroute is essentieel voor activatie van T-cellen

Het metabole herprogrammeringsproces reguleert de activatie en differentiatie van immuuncellen. Het richten op het metabolisme van T-cellen biedt een mogelijkheid om de immuunrespons op cellulaire wijze te moduleren. Immuuncellen in de tumormicro-omgeving, hun eigen metabole niveau worden ook overeenkomstig beïnvloed. De onderzoekers in dit artikel hebben de belangrijke rol van NAMPT ontdekt bij de activatie van T-cellen via genoombrede sgRNA-screening en metabolisme-gerelateerde screening van kleine molecuulremmers. Nicotinamide adenine-dinucleotide (NAD+) is een co-enzym voor redoxreacties en kan worden gesynthetiseerd via de salvageroute, de novo syntheseroute en Preiss-Handler-route. Het NAMPT-metabole enzym is voornamelijk betrokken bij de NAD+ salvage-syntheseroute. Analyse van klinische tumormonsters toonde aan dat bij tumor-infiltrerende T-cellen hun NAD+- en NAMPT-niveaus lager waren dan bij andere T-cellen. Onderzoekers speculeren dat NAD+-niveaus een van de factoren kunnen zijn die de antitumoractiviteit van tumor-infiltrerende T-cellen beïnvloeden.

3. NAD+ supplementeren om de antitumoractiviteit van T-cellen te versterken

Immunotherapie is verkennend onderzoek in kankerbehandeling, maar het grootste probleem is de beste behandelstrategie en de effectiviteit van immunotherapie in de algemene bevolking. Onderzoekers willen onderzoeken of het versterken van het activatievermogen van T-cellen door het aanvullen van NAD+-niveaus het effect van T-cel-gebaseerde immunotherapie kan versterken. Tegelijkertijd werd in het anti-CD19 CAR-T therapiemodel en het anti-PD-1 immuuncheckpoint remmer-therapiemodel bevestigd dat suppletie van NAD+ het tumordodende effect van T-cellen significant versterkte. De onderzoekers ontdekten dat in het anti-CD19 CAR-T behandelmodel bijna alle muizen in de CAR-T behandelgroep die NAD+ aanvulden tumor clearance behaalden, terwijl de CAR-T behandelgroep zonder NAD+ slechts ongeveer 20% van de muizen tumorclearance behaalde. In overeenstemming hiermee zijn B16F10-tumoren in het anti-PD-1 immuuncheckpointremmer-behandelmodel relatief tolerant voor anti-PD-1 behandeling, en is het remmende effect niet significant. De groei van B16F10-tumoren in de anti-PD-1 en NAD+ behandelgroep kan echter aanzienlijk worden geremd. Op basis hiervan kan NAD+-suppletie het antitumoreffect van T-cel-gebaseerde immunotherapie versterken.

4. Hoe NAD+ aan te vullen

Het NAD+-molecuul is groot en kan niet direct door het menselijk lichaam worden opgenomen en gebruikt. De NAD+ die direct oraal wordt ingenomen, wordt voornamelijk gehydrolyseerd door borstelrandcellen in de dunne darm. Wat betreft denken is er inderdaad een andere manier om NAD+ aan te vullen, namelijk een manier vinden om een bepaalde stof aan te vullen zodat deze NAD+ autonoom in het menselijk lichaam kan synthetiseren. Er zijn drie manieren om NAD+ in het menselijk lichaam te synthetiseren: Preiss-Handler-route, de novo syntheseroute en salvage-syntheseroute. Hoewel de drie manieren NAD+ kunnen synthetiseren, is er ook een primair en secundair onderscheid. Hiervan is de NAD+ die door de eerste twee synthetische routes wordt geproduceerd slechts goed voor ongeveer 15% van het totale menselijke NAD+, en de resterende 85% wordt bereikt via remediale synthese. Met andere woorden, het recyclingsynthesepad is de sleutel tot het menselijk lichaam om NAD+ aan te vullen.

Onder de voorlopers van NAD+ synthetiseren nicotinamide (NAM), NMN en nicotinamide ribose (NR) NAD+ via een salvage-syntheseroute, waardoor deze drie stoffen de keuze van het lichaam zijn geworden voor NAD+-supplementen.

Hoewel NR zelf geen bijwerkingen heeft, wordt het grootste deel ervan tijdens de NAD+-synthese niet direct omgezet in NMN, maar moet het eerst worden verteerd tot NAM en daarna deelnemen aan de synthese van NMN, wat nog steeds niet kan ontsnappen aan de beperking van snelheidsbeperkende enzymen. Daarom is ook het vermogen om NAD+ te suppleren door orale toediening van NR beperkt.

Als voorloper voor het aanvullen van NAD+ omzeilt NMN niet alleen de beperking van snelheidsbeperkende enzymen, maar wordt het ook zeer snel in het lichaam opgenomen en kan direct worden omgezet in NAD+. Daarom kan het worden gebruikt als een directe, snelle en effectieve methode om NAD+ aan te vullen.

Experts beoordelingen:

Xu Chenqi (Excellence and Innovation Center of Molecular Cell Science, Chinese Academy of Sciences, expert in immunologieonderzoek)

Kankerbehandeling is een probleem in de wereld. De ontwikkeling van immunotherapie heeft de beperkingen van traditionele kankerbehandeling gecompenseerd en de behandelmethoden van artsen uitgebreid. Kankerimmunotherapie kan worden onderverdeeld in immuuncheckpointblokkerende therapie, gemodificeerde T-celtherapie, tumorvaccin, enzovoort. Deze behandelmethoden hebben een bepaalde rol gespeeld in de klinische behandeling van kanker. Tegelijkertijd richt dit de huidige focus van immunotherapieonderzoek op hoe het effect van immunotherapie verder kan worden versterkt en de begunstigden van immunotherapie kan worden uitgebreid.