Koenzim NAD+ boleh meningkatkan imuniti tumor! Komen Pakar dari Akademi Sains China

Pada 10 Ogos 2021, penyelidik dari Universiti Sains dan Teknologi Shanghai menerbitkan artikel bertajuk suplemen NAD+ memperkuatkan fungsi pembunuh tumor dengan menyelamatkan transkripsi NAMPT yang dimediasi TUBBY yang rosak dalam sel T yang menyusup tumor dalam Laporan Sel, mendedahkan bahawa NAD+ dalam suplemen semasa terapi CAR-T dan terapi perencat titik pemeriksaan imun, ia boleh meningkatkan aktiviti anti-tumor T.

Pada masa ini, prekursor tambahan NAD+, sebagai produk pemakanan, telah disahkan untuk keselamatan penggunaan manusia. Pencapaian ini menyediakan kaedah baru yang mudah dan boleh dilaksanakan untuk meningkatkan aktiviti anti-tumor sel T.

Imunoterapi kanser termasuk pemindahan secara adoptif limfosit penyusup tumor semula jadi (TIL) dan sel T yang direka secara genetik, serta penggunaan sekatan titik pemeriksaan imun (ICB) untuk meningkatkan fungsi sel T, telah muncul sebagai pendekatan yang menjanjikan untuk mencapai tindak balas klinikal yang tahan lama bagi kanser yang sebaliknya tahan rawatan (Lee et al., 2015; Rosenberg dan Restifo, 2015; Sharma dan Allison, 2015). Walaupun imunoterapi telah berjaya digunakan di klinik, bilangan pesakit yang mendapat manfaat daripadanya masih terhad (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Imunosupresi berkaitan mikropersekitaran tumor (TME) telah muncul sebagai sebab utama tindak balas rendah dan/atau tiada tindak balas terhadap kedua-dua imunoterapi (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld dan Hellmann, 2020). Oleh itu, usaha untuk menyiasat dan mengatasi kekangan berkaitan TME dalam terapi imun adalah sangat mendesak.

Fakta bahawa sel imun dan sel kanser berkongsi banyak laluan metabolik asas menunjukkan persaingan yang tidak dapat didamaikan untuk nutrien dalam TME (Andrejeva dan Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Semasa proliferasi tidak terkawal, sel kanser mengambil alih laluan alternatif untuk penjanaan metabolit yang lebih pantas (Vander Heiden et al., 2009). Akibatnya, kekurangan nutrien, hipoksia, keasidan, dan penghasilan metabolit yang boleh menjadi toksik dalam TME mungkin menghalang imunoterapi yang berjaya (Weinberg et al., 2010). Malah, TIL sering mengalami tekanan mitokondria dalam tumor yang sedang membesar dan menjadi letih (Scharping et al., 2016). Menariknya, pelbagai kajian juga menunjukkan bahawa perubahan metabolik dalam TME boleh membentuk semula pembezaan sel T dan aktiviti fungsional (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Semua bukti ini mendorong kami untuk menghipotesiskan bahawa pemrograman semula metabolik dalam sel T mungkin menyelamatkan mereka daripada persekitaran metabolik yang tertekan, sekali gus menghidupkan semula aktiviti anti-tumor mereka (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

Dalam kajian semasa ini, dengan mengintegrasikan kedua-dua saringan genetik dan kimia, kami mengenal pasti bahawa NAMPT, gen utama yang terlibat dalam biosintesis NAD+, adalah penting untuk pengaktifan sel T. Penghambatan NAMPT menyebabkan penurunan NAD+ yang kukuh dalam sel T, sekali gus mengganggu pengawalan glikolisis dan fungsi mitokondria, menghalang sintesis ATP, dan meredam rangkaian isyarat penerimaan sel T (TCR) di hiliran. Berdasarkan pemerhatian bahawa TIL mempunyai tahap ekspresi NAD+ dan NAMPT yang agak lebih rendah berbanding sel T daripada sel darah mononuklear periferi (PBMC) pada pesakit kanser ovari, kami menjalankan saringan genetik pada sel T dan mengenal pasti bahawa Tubby (TUB) adalah faktor transkripsi untuk NAMPT. Akhir sekali, kami menggunakan pengetahuan asas ini di klinik (pra) dan menunjukkan bukti yang sangat kukuh bahawa suplemen dengan NAD+ meningkatkan aktiviti pembunuh anti-tumor secara dramatik dalam terapi sel CAR-T yang dipindahkan secara adoptif dan terapi blokade titik pemeriksaan imun, menunjukkan potensi yang menjanjikan untuk menyasarkan metabolisme NAD+ bagi merawat kanser dengan lebih baik.

1.NAD+ mengawal pengaktifan sel T dengan mempengaruhi metabolisme tenaga

Selepas rangsangan antigen, sel T menjalani pemrograman semula metabolik, daripada pengoksidaan mitokondria kepada glikolisis sebagai sumber utama ATP. Sambil mengekalkan fungsi mitokondria yang mencukupi untuk menyokong proliferasi sel dan fungsi efektor. Memandangkan NAD+ adalah koenzim utama untuk redox, para penyelidik mengesahkan kesan NAD+ terhadap tahap metabolisme dalam sel T melalui eksperimen seperti spektrometri jisim metabolik dan pelabelan isotop. Keputusan eksperimen in vitro menunjukkan bahawa kekurangan NAD+ akan mengurangkan tahap glikolisis, kitaran TCA dan metabolisme rantaian pengangkutan elektron dalam sel T dengan ketara. Melalui eksperimen pengisian semula ATP, para penyelidik mendapati bahawa kekurangan NAD+ terutamanya menghalang penghasilan ATP dalam sel T, sekali gus mengurangkan tahap pengaktifan sel T.

2. Laluan sintesis penyelamatan NAD+ yang dikawal oleh NAMPT adalah penting untuk pengaktifan sel T

Proses pengaturcaraan semula metabolik mengawal pengaktifan dan pembezaan sel imun. Menyasarkan metabolisme sel T memberikan peluang untuk memodulasi tindak balas imun secara sel. Sel imun dalam mikropersekitaran tumor, tahap metabolik mereka sendiri juga akan terjejas dengan sewajarnya. Para penyelidik dalam artikel ini telah menemui peranan penting NAMPT dalam pengaktifan sel T melalui saringan sgRNA seluruh genom dan eksperimen saringan perencat molekul kecil berkaitan metabolisme. Nikotinamida adenin dinukleotida (NAD+) ialah koenzim untuk tindak balas redoks dan boleh disintesis melalui laluan salvage, laluan sintesis de novo, dan laluan Preiss-Handler. Enzim metabolik NAMPT terutamanya terlibat dalam laluan sintesis penyelamatan NAD+. Analisis sampel tumor klinikal mendapati bahawa dalam sel T yang menyusup ke tumor, tahap NAD+ dan NAMPT mereka adalah lebih rendah berbanding sel T lain. Para penyelidik berpendapat bahawa tahap NAD+ mungkin merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi aktiviti anti-tumor sel T yang menyusup ke tumor.

3. Suplemen NAD+ untuk meningkatkan aktiviti anti-tumor sel T

Imunoterapi telah menjadi penyelidikan eksploratori dalam rawatan kanser, tetapi masalah utama ialah strategi rawatan terbaik dan keberkesanan imunoterapi dalam populasi keseluruhan. Para penyelidik ingin mengkaji sama ada meningkatkan keupayaan pengaktifan sel T dengan menambah tahap NAD+ boleh meningkatkan kesan imunoterapi berasaskan sel T. Pada masa yang sama, dalam model terapi anti-CD19 CAR-T dan model terapi perencat titik pemeriksaan imun anti-PD-1, telah disahkan bahawa suplemen NAD+ secara signifikan meningkatkan kesan membunuh tumor sel T. Para penyelidik mendapati bahawa dalam model rawatan anti-CD19 CAR-T, hampir semua tikus dalam kumpulan rawatan CAR-T yang disuplemen dengan NAD+ mencapai pembersihan tumor, manakala kumpulan rawatan CAR-T tanpa NAD+ hanya mendapat kira-kira 20% tikus mencapai pembersihan tumor. Selaras dengan ini, dalam model rawatan perencat titik pemeriksaan imun anti-PD-1, tumor B16F10 agak toleran terhadap rawatan anti-PD-1, dan kesan penghambatan tidak signifikan. Walau bagaimanapun, pertumbuhan tumor B16F10 dalam kumpulan rawatan anti-PD-1 dan NAD+ boleh dihalang dengan ketara. Berdasarkan ini, suplemen NAD+ boleh meningkatkan kesan anti-tumor imunoterapi berasaskan sel T.

4. Cara melengkapkan NAD+

Molekul NAD+ adalah besar dan tidak boleh diserap serta digunakan secara langsung oleh badan manusia. NAD+ yang ditelan secara langsung secara oral kebanyakannya dihidrolisis oleh sel sempadan berus di usus kecil. Dari segi pemikiran, memang ada satu lagi cara untuk melengkapkan NAD+, iaitu mencari cara untuk melengkapkan sesuatu bahan supaya ia boleh mensintesis NAD+ secara autonomi dalam tubuh manusia. Terdapat tiga cara untuk mensintesis NAD+ dalam tubuh manusia: laluan Preiss-Handler, laluan sintesis de novo dan laluan sintesis salvage. Walaupun ketiga-tiga cara ini boleh mensintesis NAD+, terdapat juga perbezaan utama dan sekunder. Antara mereka, NAD+ yang dihasilkan oleh dua laluan sintetik pertama hanya menyumbang kira-kira 15% daripada jumlah NAD+ manusia, dan baki 85% dicapai melalui sintesis pemulihan. Dalam erti kata lain, laluan sintesis salvage adalah kunci kepada tubuh manusia untuk melengkapkan NAD+.

Antara prekursor NAD+, nikotinamida (NAM), NMN dan nikotinamida ribosa (NR) semuanya mensintesis NAD+ melalui laluan sintesis penyelamatan, jadi ketiga-tiga bahan ini telah menjadi pilihan badan untuk suplemen NAD+.

Walaupun NR itu sendiri tidak mempunyai kesan sampingan, dalam proses sintesis NAD+, kebanyakannya tidak ditukar secara langsung kepada NMN, tetapi perlu dicerna terlebih dahulu ke dalam NAM, kemudian mengambil bahagian dalam sintesis NMN, yang masih tidak dapat dielakkan daripada had enzim yang mengehadkan kadar. Oleh itu, keupayaan untuk menambah NAD+ melalui pentadbiran oral NR juga terhad.

Sebagai prekursor untuk suplemen NAD+, NMN bukan sahaja memintas sekatan enzim yang mengehadkan kadar, tetapi juga diserap dengan sangat cepat dalam badan dan boleh ditukar terus kepada NAD+. Oleh itu, ia boleh digunakan sebagai kaedah langsung, pantas dan berkesan untuk melengkapkan NAD+.

Ulasan Pakar:

Xu Chenqi (Pusat Kecemerlangan dan Inovasi Sains Sel Molekul, Akademi Sains China, Pakar Penyelidikan Imunologi)

Rawatan kanser adalah masalah di dunia. Perkembangan imunoterapi telah menampung kekangan rawatan kanser tradisional dan memperluaskan kaedah rawatan doktor. Imunoterapi kanser boleh dibahagikan kepada terapi penyekat titik pemeriksaan imun, terapi sel T kejuruteraan, vaksin tumor, dan lain-lain. Kaedah rawatan ini telah memainkan peranan tertentu dalam rawatan klinikal kanser. Pada masa yang sama, ini juga menjadikan fokus semasa penyelidikan imunoterapi untuk meningkatkan lagi kesan imunoterapi dan memperluaskan penerima manfaat imunoterapi.