Coenzima NAD+ poate spori imunitatea la tumori! Comentariu de expert de la Academia Chineză de Științe

Pe 10 august 2021, cercetători de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Shanghai au publicat un articol intitulat Sulimentul NAD+ potențează funcția de ucidere a tumorilor prin salvarea transcripției NAMPT defectuoase mediate de TUBBY în celulele T infiltrate în tumori, în Cell Reports, dezvăluind că NAD+ suplimentar în timpul terapiei CAR-T și a terapiei cu inhibitori de control imun, poate îmbunătăți activitatea antitumorală a testosteronului.

În prezent, precursorul suplimentar al NAD+, ca produs nutrițional, a fost verificat pentru siguranța consumului uman. Această realizare oferă o metodă nouă și simplă și fezabilă pentru îmbunătățirea activității antitumorale a celulelor T.

Imunoterapiile pentru cancer, inclusiv transferul adoptiv al limfocitelor care infiltrează tumorile (TIL) și al celulelor T modificate genetic, precum și utilizarea blocării punctelor de control imune (ICB) pentru a stimula funcția celulelor T, au apărut ca abordări promițătoare pentru a obține răspunsuri clinice durabile ale cancerelor altfel refractare la tratament (Lee et al., 2015; Rosenberg și Restifo, 2015; Sharma și Allison, 2015). Deși imunoterapiile au fost utilizate cu succes în clinică, numărul pacienților care beneficiază de ele este încă limitat (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Imunosupresiunea legată de micromediul tumoral (TME) a devenit principalul motiv pentru răspunsul scăzut și/sau inexistent la ambele imunoterapii (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld și Hellmann, 2020). Prin urmare, eforturile de a investiga și depăși limitările legate de TME în terapiile imunitare sunt de mare urgență.

Faptul că celulele imune și cele canceroase împărtășesc multe căi metabolice fundamentale implică o competiție ireconciliabilă pentru nutrienți în TME (Andrejeva și Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). În timpul proliferării necontrolate, celulele canceroase deturnează căi alternative pentru o generare mai rapidă a metaboliților (Vander Heiden et al., 2009). Ca urmare, epuizarea nutrienților, hipoxia, aciditatea și generarea de metaboliți care pot fi toxici în TME pot împiedica imunoterapia de succes (Weinberg et al., 2010). De fapt, TIL experimentează adesea stres mitocondrial în tumorile în creștere și devin epuizate (Scharping et al., 2016). Interesant este că mai multe studii indică, de asemenea, că modificările metabolice ale TME ar putea remodela diferențierea celulelor T și activitatea funcțională (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Toate aceste dovezi ne-au inspirat să presupunem că reprogramarea metabolică a celulelor T le-ar putea salva dintr-un mediu metabolic stresat, reînviindu-le astfel activitatea antitumorală (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

În acest studiu actual, prin integrarea atât a ecranelor genetice, cât și a celor chimice, am identificat că NAMPT, o genă cheie implicată în biosinteza NAD+, este esențială pentru activarea celulelor T. Inhibarea NAMPT a dus la o scădere robustă a NAD+ în celulele T, perturbând astfel reglarea glicolizei și funcția mitocondrială, blocând sinteza ATP și amortizând cascada de semnalizare a receptorului celulelor T (TCR) în aval. Pornind de la observația că TIL au niveluri relativ mai scăzute de expresie NAD+ și NAMPT decât celulele T provenite din celulele mononucleare ale sângelui periferic (PBMC) la pacienții cu cancer ovarian, am efectuat screening genetic în celulele T și am identificat că Tubby (TUB) este un factor de transcripție pentru NAMPT. În final, am aplicat aceste cunoștințe de bază în clinica (pre)clinică și am arătat dovezi foarte solide că suplimentarea cu NAD+ îmbunătățește dramatic activitatea anti-tumorală atât în terapia cu celule CAR-T transferate adoptiv, cât și în terapia cu blocarea punctelor de control imunitare, indicând potențialul lor promițător de a ținti metabolismul NAD+ pentru a trata mai bine cancerele.

1. NAD+ reglează activarea celulelor T prin influențarea metabolismului energetic

După stimularea antigenului, celulele T trec printr-o reprogramare metabolică, de la oxidarea mitocondrială până la glicoliză, fiind principala sursă de ATP. Menținând în același timp funcții mitocondriale suficiente pentru a susține proliferarea celulară și funcțiile efectore. Având în vedere că NAD+ este principala coenzimă pentru redox, cercetătorii au verificat efectul NAD+ asupra nivelului metabolismului în celulele T prin experimente precum spectrometria de masă metabolică și marcarea izotopică. Rezultatele experimentelor in vitro arată că deficiența de NAD+ va reduce semnificativ nivelul de glicoliza, ciclul TCA și metabolismul lanțului de transport al electronilor în celulele T. Prin experimentul de refacere a ATP-ului, cercetătorii au descoperit că lipsa NAD+ inhibă în principal producția de ATP în celulele T, reducând astfel nivelul activării celulelor T.

2. Calea de sinteză a salvării NAD+ reglementată de NAMPT este esențială pentru activarea celulelor T

Procesul de reprogramare metabolică reglează activarea și diferențierea celulelor imune. Țintirea metabolismului celulelor T oferă oportunitatea de a modula răspunsul imun într-un mod celular. Celulele imune din micromediul tumoral, nivelul lor metabolic propriu va fi de asemenea afectat corespunzător. Cercetătorii din acest articol au descoperit rolul important al NAMPT în activarea celulelor T prin screeningul sgRNA la nivel genomic și prin experimente de screening cu inhibitori de molecule mici legate de metabolism. Nicotinamida adenină dinucleotidă (NAD+) este o coenzimă pentru reacțiile redox și poate fi sintetizată prin calea de salvare, calea de sinteză de novo și calea Preiss-Handler. Enzima metabolică NAMPT este implicată în principal în calea de sinteză a salvării NAD+. Analiza probelor clinice de tumori a constatat că, la celulele T care infiltrează tumorile, nivelurile lor de NAD+ și NAMPT erau mai scăzute decât în alte celule T. Cercetătorii speculează că nivelurile de NAD+ ar putea fi unul dintre factorii care afectează activitatea antitumorală a celulelor T care infiltrează tumorile.

3. Suplimentarea cu NAD+ pentru a spori activitatea antitumorală a celulelor T

Imunoterapia a fost o cercetare exploratorie în tratamentul cancerului, dar problema principală este cea mai bună strategie de tratament și eficacitatea imunoterapiei în întreaga populație. Cercetătorii doresc să studieze dacă îmbunătățirea capacității de activare a celulelor T prin suplimentarea nivelurilor de NAD+ poate spori efectul imunoterapiei bazate pe celule T. În același timp, în modelul de terapie anti-CD19 CAR-T și în modelul de terapie cu inhibitori de puncte de control imune anti-PD-1, s-a verificat că suplimentarea cu NAD+ a îmbunătățit semnificativ efectul de ucidere a tumorii al celulelor T. Cercetătorii au descoperit că, în modelul de tratament anti-CD19 CAR-T, aproape toți șoarecii din grupul de tratament CAR-T suplimentați cu NAD+ au obținut eliminarea tumorii, în timp ce grupul de tratament CAR-T fără NAD+ a suplimentat doar aproximativ 20% dintre șoarecii au obținut eliminarea tumorii. În concordanță cu acest lucru, în modelul de tratament cu inhibitori de puncte de control imune anti-PD-1, tumorile B16F10 sunt relativ tolerante la tratamentul anti-PD-1, iar efectul inhibitor nu este semnificativ. Totuși, creșterea tumorilor B16F10 în grupul de tratament anti-PD-1 și NAD+ ar putea fi inhibată semnificativ. Pe baza acestui fapt, suplimentarea cu NAD+ poate amplifica efectul antitumoral al imunoterapiei bazate pe celule T.

4. Cum să suplimentezi NAD+

Molecula NAD+ este mare și nu poate fi absorbită și utilizată direct de corpul uman. NAD+ ingerat direct pe cale orală este hidrolizat în principal de celulele de la marginea tufișurilor din intestinul subțire. Din punct de vedere al gândirii, există într-adevăr o altă modalitate de a suplimenta NAD+, și anume să găsești o modalitate de a suplimenta o anumită substanță astfel încât să poată sintetiza NAD+ autonom în corpul uman. Există trei moduri de a sintetiza NAD+ în corpul uman: calea Preiss-Handler, calea de sinteză de novo și calea de sinteză a salvării. Deși cele trei moduri pot sintetiza NAD+, există și o distincție primară și secundară. Dintre acestea, NAD+ produs de primele două căi sintetice reprezintă doar aproximativ 15% din totalul NAD+ uman, iar restul de 85% este obținut prin sinteză remedială. Cu alte cuvinte, calea de sinteză a salvării este cheia pentru ca organismul uman să suplimenteze NAD+.

Dintre precursorii NAD+, nicotinamida (NAM), NMN și riboza nicotinamidă (NR) sintetizează toate NAD+ printr-o cale de sinteză de salvare, astfel că aceste trei substanțe au devenit alegerea organismului pentru suplimentarea NAD+.

Deși NR în sine nu are efecte secundare, în procesul de sinteză NAD+, cea mai mare parte nu este transformată direct în NMN, ci trebuie digerată mai întâi în NAM, apoi să participe la sinteza NMN, care încă nu poate scăpa de limitarea enzimelor limitante de viteză. Prin urmare, capacitatea de a suplimenta NAD+ prin administrarea orală a NR este, de asemenea, limitată.

Ca precursor pentru suplimentarea cu NAD+, NMN nu doar că ocolește restricția enzimelor limitante de viteză, dar este și absorbit foarte rapid în organism și poate fi convertit direct în NAD+. Prin urmare, poate fi folosit ca o metodă directă, rapidă și eficientă pentru a suplimenta NAD+.

Recenzii ale experților:

Xu Chenqi (Centrul de Excelență și Inovație în Știința Celulară Moleculară, Academia Chineză de Științe, Expert în Cercetare în Imunologie)

Tratamentul cancerului este o problemă în lume. Dezvoltarea imunoterapiei a compensat limitările tratamentului tradițional al cancerului și a extins metodele de tratament ale medicilor. Imunoterapia oncologică poate fi împărțită în terapie de blocare a punctelor de control imunitare, terapie cu celule T modificată, vaccin tumoral etc. Aceste metode de tratament au jucat un anumit rol în tratamentul clinic al cancerului. În același timp, acest lucru face ca cercetarea în imunoterapie să se concentreze în prezent pe cum să sporească și mai mult efectul imunoterapiei și să extindă beneficiarii acestora.