Co-enzym NAD+ kan de tumorimmuniteit verbeteren! Commentaar van experts van de Chinese Academie van Wetenschappen

Op 10 augustus 2021 publiceerden onderzoekers van de Shanghai University of Science and Technology een artikel met de titel NAD + supplement potentiëert tumordodende functie door defecte TUBBY-gemedieerde NAMPT-transcriptie in tumor geïnfiltreerde T-cellen in Cell Reports te redden, waaruit blijkt dat NAD + in aanvulling tijdens CAR-T-therapie en immuuncheckpointremmertherapie, het de antitumoractiviteit van T kan verbeteren.

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

Kankerimmunotherapieën, waaronder de adoptieve overdracht van natuurlijk voorkomende tumorinfiltrerende lymfocyten (TILs) en genetisch gemanipuleerde T-cellen, evenals het gebruik van immuuncheckpointblokkade (ICB) om de functie van T-cellen te versterken, zijn naar voren gekomen als veelbelovende benaderingen om duurzame klinische reacties van anders behandelingsresistente kankers te bereiken (Lee et al., 2015; Rosenberg en Restifo, 2015; Sharma en Allison, 2015). Hoewel immunotherapieën met succes zijn gebruikt in de kliniek, is het aantal patiënten dat ervan profiteert nog steeds beperkt (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Tumor micro-omgeving (TME)-gerelateerde immunosuppressie is naar voren gekomen als de belangrijkste reden 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 grote urgentie.

Het feit dat immuuncellen en kankercellen veel fundamentele metabole routes delen, impliceert een onverzoenlijke competitie om voedingsstoffen in TME (Andrejeva en Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Tijdens ongecontroleerde proliferatie kapen kankercellen alternatieve routes voor een snellere metabolietgeneratie (Vander Heiden et al., 2009). Als gevolg hiervan kunnen uitputting van voedingsstoffen, hypoxie, zuurgraad en het genereren van metabolieten die giftig kunnen zijn in de TME een succesvolle immunotherapie belemmeren (Weinberg et al., 2010). Inderdaad, TILs ervaren vaak mitochondriale stress in groeiende tumoren en raken uitgeput (Scharping et al., 2016). Interessant is dat meerdere studies ook aangeven dat metabole veranderingen in TME de differentiatie en functionele activiteit van T-cellen kunnen hervormen (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Al deze bewijzen inspireerden ons om te veronderstellen 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, door zowel genetische als chemische schermen te integreren, identificeerden we dat NAMPT, een belangrijk gen dat betrokken is bij NAD + biosynthese, essentieel was voor T-celactivering. NAMPT-remming leidde tot robuuste NAD + -afname in T-cellen, waardoor de glycolyseregulatie en mitochondriale functie werden verstoord, atp-synthese werd geblokkeerd en de stroomafwaartse signaalcascade van de T-celreceptor (TCR) werd gedempt. Voortbouwend op de observatie dat TILs relatief lagere NAD + - en NAMPT-expressieniveaus hebben dan T-cellen van perifere mononucleaire bloedcellen (PBMC's) bij patiënten met eierstokkanker, voerden we genetische screening uit in T-cellen en identificeerden we dat Tubby (TUB) een transcriptiefactor is voor NAMPT. Ten slotte pasten we deze basiskennis toe in de (pre)kliniek en toonden we zeer sterk bewijs dat suppletie met NAD+ de antitumordodingsactiviteit dramatisch verbetert, zowel bij adoptief overgedragen CAR-T-cellentherapie als immuuncontrolepuntblokkadetherapie, wat hun veelbelovende potentieel aangeeft voor het richten van NAD + -metabolisme om kankers beter te behandelen.

1.NAD+ reguleert de activering 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. Met behoud van voldoende mitochondriale functies om celproliferatie en effectorfuncties te ondersteunen. Aangezien NAD + het belangrijkste co-enzym voor redox is, verifieerden de onderzoekers het effect van NAD + op het niveau van metabolisme in T-cellen door middel van experimenten zoals metabole massaspectrometrie en isotoopetikettering. De resultaten van in vitro experimenten tonen aan dat NAD+ deficiëntie het niveau van glycolyse, TCA-cyclus en elektronentransportketenmetabolisme in T-cellen aanzienlijk zal verminderen. Door het experiment om ATP aan te vullen, ontdekten de onderzoekers dat het ontbreken van NAD + voornamelijk de productie van ATP in T-cellen remt, waardoor het niveau van T-celactivering wordt verminderd.

2.De NAD+ salvage synthese pathway gereguleerd door NAMPT is essentieel voor T-cel activatie

Het metabole herprogrammeringsproces reguleert de activering en differentiatie van immuuncellen. Targeting T-celmetabolisme biedt de mogelijkheid om de immuunrespons op een cellulaire manier te moduleren. Immuuncellen in de micro-omgeving van de tumor, hun eigen metabolische niveau zal ook dienovereenkomstig worden beïnvloed. De onderzoekers in dit artikel hebben de belangrijke rol van NAMPT ontdekt bij de activering van T-cellen door middel van genoombrede sgRNA-screening en metabolisme-gerelateerde screeningsexperimenten met kleine moleculenremmers. Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) is een co-enzym voor redoxreacties en kan worden gesynthetiseerd via de salvage pathway, de novo synthese pathway en Preiss-Handler pathway. Het NAMPT metabole enzym is voornamelijk betrokken bij de NAD+ salvage synthese route. Analyse van klinische tumormonsters wees uit dat in tumor-infiltrerende T-cellen hun NAD + -niveaus en NAMPT-niveaus lager waren dan andere T-cellen. Onderzoekers speculeren dat NAD + -niveaus een van de factoren kunnen zijn die de antitumoractiviteit van tumorinfiltrerende T-cellen beïnvloeden.

3.Supplement NAD + om de anti-tumor activiteit van T-cellen te verbeteren

Immunotherapie is verkennend onderzoek geweest in de behandeling van kanker, maar het grootste probleem is de beste behandelingsstrategie en de effectiviteit van immunotherapie in de totale populatie. Onderzoekers willen onderzoeken of het verbeteren van het activeringsvermogen van T-cellen door NAD + -niveaus aan te vullen, het effect van op T-cellen gebaseerde immunotherapie kan versterken. Tegelijkertijd werd in het anti-CD19 CAR-T-therapiemodel en het anti-PD-1 immuuncheckpointremmertherapiemodel geverifieerd dat suppletie van NAD + het tumordodende effect van T-cellen aanzienlijk verbeterde. De onderzoekers ontdekten dat in het anti-CD19 CAR-T-behandelingsmodel bijna alle muizen in de CAR-T-behandelingsgroep aangevuld met NAD + tumorklaring bereikten, terwijl de CAR-T-behandelingsgroep zonder NAD + slechts ongeveer 20% van de muizen tumorklaring bereikte. In overeenstemming hiermee zijn B16F10-tumoren in het anti-PD-1 immuuncheckpointremmerbehandelingsmodel 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+-behandelingsgroep kan echter aanzienlijk worden geremd. Op basis hiervan kan NAD + suppletie het anti-tumor effect van T-cel-gebaseerde immunotherapie versterken.

4.Hoe NAD+ aan te vullen

Het NAD+ molecuul is groot en kan niet direct worden opgenomen en gebruikt door het menselijk lichaam. De NAD+ die direct oraal wordt ingenomen, wordt voornamelijk gehydrolyseerd door borstelrandcellen in de dunne darm. In termen van denken is er inderdaad een andere manier om NAD + aan te vullen, namelijk om een manier te 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 pathway, de novo synthesis pathway en salvage synthesis pathway. Hoewel de drie manieren NAD+ kunnen synthetiseren, is er ook een primair en secundair onderscheid. Onder hen is de NAD + geproduceerd door de eerste twee synthetische routes slechts goed voor ongeveer 15% van de totale menselijke NAD +, en de resterende 85% wordt bereikt door de manier van remediërende synthese. Met andere woorden, de salvagesyntheseroute is de sleutel tot het menselijk lichaam om NAD+ aan te vullen.

Onder de voorlopers van NAD +, nicotinamide (NAM), NMN en nicotinamide ribose (NR) synthetiseren allemaal NAD + via een bergingssyntheseroute, dus deze drie stoffen zijn de keuze van het lichaam geworden voor het aanvullen van NAD +.

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

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

Expert Beoordelingen:

Xu Chenqi (Excellence and Innovation Center of Molecular Cell Science, Chinese Academie van Wetenschappen, Immunologie Research Expert)

Kankerbehandeling is een probleem in de wereld. De ontwikkeling van immunotherapie heeft de beperkingen van de traditionele kankerbehandeling goedgemaakt en de behandelingsmethoden van artsen uitgebreid. Kankerimmunotherapie kan worden onderverdeeld in immuuncheckpointblokkingstherapie, gemanipuleerde T-celtherapie, tumorvaccin, enz. Deze behandelmethoden hebben een bepaalde rol gespeeld bij de klinische behandeling van kanker. Tegelijkertijd maakt dit ook de huidige focus van immunotherapie-onderzoek op hoe het effect van immunotherapie verder kan worden versterkt en de begunstigden van immunotherapie kunnen worden uitgebreid.