Coenzym NAD+ kann die Tumorimmunität verbessern! Expertenkommentar der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Am 10. August 2021 veröffentlichten Forscher der Shanghai University of Science and Technology einen Artikel mit dem Titel NAD + Ergänzung potenziert die Tumorabtötungsfunktion durch Rettung defekter TUBBY-vermittelter NAMPT-Transkription in tumorinfiltrierten T-Zellen in Zellberichten und enthüllte, dass NAD + während der CAR-T-Therapie und der Immun-Checkpoint-Inhibitor-Therapie ergänzt wird und die Antitumoraktivität von T verbessern kann.

Derzeit wurde die Sicherheit des ergänzenden Ausgangsstoffs von NAD+ als Nahrungsmittelprodukt auf Sicherheit des menschlichen Verzehrs überprüft. Diese Errungenschaft bietet eine einfache und praktikable neue Methode zur Verbesserung der Antitumoraktivität von T-Zellen.

Krebsimmuntherapien, einschließlich der adoptiven Übertragung von natürlich vorkommenden tumorinfiltrierenden Lymphozyten (TILs) und gentechnisch veränderten T-Zellen sowie die Verwendung von Immun-Checkpoint-Blockade (ICB) zur Steigerung der Funktion von T-Zellen, haben sich als vielversprechende Ansätze herausgestellt, um dauerhafte klinische Reaktionen auf ansonsten behandlungsrefraktäre Krebserkrankungen zu erreichen (Lee et al., 2015; Rosenberg und Restifo, 2015; Sharma und Allison, 2015). Obwohl Immuntherapien in der Klinik erfolgreich eingesetzt wurden, ist die Anzahl der Patienten, die davon profitieren, immer noch begrenzt (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). Die Immunsuppression im Zusammenhang mit der Tumormikroumgebung (TME) hat sich als Hauptgrund für ein geringes und/oder kein Ansprechen auf beide Immuntherapien herausgestellt (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld und Hellmann, 2020). Daher sind Bemühungen zur Erforschung und Überwindung von TME-bedingten Einschränkungen in Immuntherapien von großer Dringlichkeit.

Die Tatsache, dass Immunzellen und Krebszellen viele grundlegende Stoffwechselwege teilen, impliziert eine unversöhnliche Konkurrenz um Nährstoffe bei TME (Andrejeva und Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Während der unkontrollierten Proliferation entführen Krebszellen alternative Wege für eine schnellere Metabolitenbildung (Vander Heiden et al., 2009). Infolgedessen können Nährstoffmangel, Hypoxie, Säure und die Bildung von Metaboliten, die im TME toxisch sein können, eine erfolgreiche Immuntherapie behindern (Weinberg et al., 2010). Tatsächlich erleben TILs oft mitochondrialen Stress in wachsenden Tumoren und werden erschöpft (Scharping et al., 2016). Interessanterweise deuten mehrere Studien auch darauf hin, dass metabolische Veränderungen bei TME die T-Zell-Differenzierung und funktionelle Aktivität neu gestalten könnten (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). All diese Beweise inspirierten uns zu der Hypothese, dass die metabolische Reprogrammierung in T-Zellen sie aus einer gestressten metabolischen Umgebung retten und dadurch ihre Antitumoraktivität wiederbeleben könnte (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

In dieser aktuellen Studie haben wir durch die Integration von genetischen und chemischen Screens festgestellt, dass NAMPT, ein Schlüsselgen, das an der NAD+-Biosynthese beteiligt ist, für die T-Zell-Aktivierung essentiell ist. Die NAMPT-Hemmung führte zu einem robusten NAD+-Rückgang in T-Zellen, wodurch die Glykolyseregulation und die mitochondriale Funktion gestört, die ATP-Synthese blockiert und die nachgeschaltete Signalkaskade des T-Zell-Rezeptors (TCR) gedämpft wurde. Aufbauend auf der Beobachtung, dass TILs bei Patientinnen mit Eierstockkrebs relativ niedrigere NAD+- und Nampt-Expressionswerte aufweisen als T-Zellen aus peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs), führten wir ein genetisches Screening in T-Zellen durch und identifizierten, dass Tubby (TUB) ein Transkriptionsfaktor für NAMPT ist. Schließlich wandten wir dieses Basiswissen in der (Prä-)Klinik an und zeigten sehr starke Beweise dafür, dass die Supplementierung mit NAD+ die Anti-Tumor-Tötungsaktivität sowohl in der adoptiv übertragenen CAR-T-Zelltherapie als auch in der Immun-Check-Point-Blockade-Therapie dramatisch verbessert, was auf ihr vielversprechendes Potenzial für die gezielte Ausrichtung auf den NAD+-Stoffwechsel zur besseren Behandlung von Krebs hinweist.

1.NAD+ reguliert die Aktivierung von T-Zellen durch Beeinflussung des Energiestoffwechsels

Nach der Antigenstimulation durchlaufen T-Zellen eine metabolische Reprogrammierung, von der mitochondrialen Oxidation bis zur Glykolyse als Hauptquelle für ATP. Unter Beibehaltung ausreichender mitochondrialer Funktionen zur Unterstützung der Zellproliferation und Effektorfunktionen. Da NAD+ das wichtigste Coenzym für Redox ist, bestätigten die Forscher die Wirkung von NAD+ auf das Niveau des Stoffwechsels in T-Zellen durch Experimente wie metabolische Massenspektrometrie und Isotopenmarkierung. Die Ergebnisse von In-vitro-Experimenten zeigen, dass NAD+-Mangel das Niveau der Glykolyse, des TCA-Zyklus und des Elektronentransportkettenstoffwechsels in T-Zellen signifikant reduziert. Durch das Experiment zur Auffüllung von ATP fanden die Forscher heraus, dass der Mangel an NAD+ hauptsächlich die Produktion von ATP in T-Zellen hemmt und dadurch die T-Zell-Aktivierung reduziert.

2. Der durch NAMPT regulierte NAD+-Salvage-Syntheseweg ist essentiell für die T-Zell-Aktivierung

Der metabolische Reprogrammierungsprozess reguliert die Aktivierung und Differenzierung von Immunzellen. Das Targeting des T-Zellstoffwechsels bietet die Möglichkeit, die Immunantwort zellulär zu modulieren. Immunzellen in der Tumormikroumgebung wird auch ihr eigenes Stoffwechselniveau entsprechend beeinflusst. Die Forscher in diesem Artikel haben die wichtige Rolle von NAMPT bei der Aktivierung von T-Zellen durch genomweites sgRNA-Screening und stoffwechselbezogene Experimente mit niedermolekularen Inhibitoren entdeckt. Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+) ist ein Coenzym für Redoxreaktionen und kann über den Salvage-Weg, den De-novo-Syntheseweg und den Preiss-Handler-Weg synthetisiert werden. Das metabolische Enzym NAMPT ist hauptsächlich am NAD+ Salvage-Syntheseweg beteiligt. Die Analyse klinischer Tumorproben ergab, dass in tumorinfiltrierenden T-Zellen ihre NAD+-Spiegel und NAMPT-Spiegel niedriger waren als in anderen T-Zellen. Forscher spekulieren, dass NAD + -Spiegel einer der Faktoren sein könnten, die die Antitumoraktivität von tumorinfiltrierenden T-Zellen beeinflussen.

3.Ergänzung NAD+ zur Verbesserung der Antitumoraktivität von T-Zellen

Immuntherapie war explorative Forschung in der Krebsbehandlung, aber das Hauptproblem ist die beste Behandlungsstrategie und die Wirksamkeit der Immuntherapie in der Gesamtbevölkerung. Die Forscher wollen untersuchen, ob die Verbesserung der Aktivierungsfähigkeit von T-Zellen durch die Ergänzung des NAD+-Spiegels die Wirkung der T-Zell-basierten Immuntherapie verstärken kann. Gleichzeitig wurde im Anti-CD19-CAR-T-Therapiemodell und im Anti-PD-1-Immun-Checkpoint-Inhibitor-Therapiemodell nachgewiesen, dass die Supplementierung von NAD+ die tumortötende Wirkung von T-Zellen signifikant verstärkt. Die Forscher fanden heraus, dass im Anti-CD19-CAR-T-Behandlungsmodell fast alle Mäuse in der mit NAD+ ergänzten CAR-T-Behandlungsgruppe eine Tumorclearance erreichten, während die CAR-T-Behandlungsgruppe ohne NAD+ nur etwa 20 % der Mäuse eine Tumorclearance erreichte. In Übereinstimmung damit sind B16F10-Tumoren im Anti-PD-1-Immun-Checkpoint-Inhibitor-Behandlungsmodell relativ tolerant gegenüber einer Anti-PD-1-Behandlung, und die hemmende Wirkung ist nicht signifikant. Das Wachstum von B16F10-Tumoren in der Anti-PD-1- und NAD+-Behandlungsgruppe konnte jedoch signifikant gehemmt werden. Auf dieser Grundlage kann eine NAD+-Supplementierung die Antitumorwirkung der T-Zell-basierten Immuntherapie verstärken.

4.Wie man NAD+ ergänzt

Das NAD+-Molekül ist groß und kann vom menschlichen Körper nicht direkt aufgenommen und verwertet werden. Das direkt oral aufgenommene NAD+ wird hauptsächlich durch Bürstenrandzellen im Dünndarm hydrolysiert. In Bezug auf das Denken gibt es in der Tat eine andere Möglichkeit, NAD+ zu ergänzen, nämlich einen Weg zu finden, eine bestimmte Substanz so zu ergänzen, dass sie NAD+ autonom im menschlichen Körper synthetisieren kann. Es gibt drei Möglichkeiten, NAD+ im menschlichen Körper zu synthetisieren: Preiss-Handler-Signalweg, De-novo-Syntheseweg und Bergungssyntheseweg. Obwohl die drei Wege NAD+ synthetisieren können, gibt es auch eine primäre und sekundäre Unterscheidung. Unter ihnen macht das NAD+, das von den ersten beiden Synthesewegen produziert wird, nur etwa 15% des gesamten menschlichen NAD+ aus, und die restlichen 85% werden durch Heilsynthese erreicht. Mit anderen Worten, der Salvage-Syntheseweg ist der Schlüssel zum menschlichen Körper, um NAD + zu ergänzen.

Unter den Vorläufern von NAD+ synthetisieren Nicotinamid (NAM), NMN und Nicotinamidribose (NR) NAD+ über einen Salvage-Syntheseweg, so dass diese drei Substanzen zur Wahl des Körpers für die Ergänzung von NAD + geworden sind.

Obwohl NR selbst keine Nebenwirkungen hat, wird das meiste davon bei der NAD+-Synthese nicht direkt in NMN umgewandelt, sondern muss zuerst in NAM verdaut werden und dann an der Synthese von NMN teilnehmen, das der Begrenzung der geschwindigkeitsbegrenzenden Enzyme immer noch nicht entkommen kann. Daher ist auch die Fähigkeit, NAD+ durch orale Verabreichung von NR zu ergänzen, begrenzt.

Als Vorstufe zur Ergänzung von NAD+ umgeht NMN nicht nur die Einschränkung geschwindigkeitsbegrenzender Enzyme, sondern wird auch sehr schnell im Körper aufgenommen und kann direkt in NAD+ umgewandelt werden. Daher kann es als direkte, schnelle und effektive Methode zur Ergänzung von NAD+ eingesetzt werden.

Expertenmeinungen:

Xu Chenqi (Exzellenz- und Innovationszentrum für molekulare Zellwissenschaften, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Experte für Immunologieforschung)

Krebsbehandlung ist ein Problem in der Welt. Die Entwicklung der Immuntherapie hat die Einschränkungen der traditionellen Krebsbehandlung wettgemacht und die Behandlungsmethoden der Ärzte erweitert. Die Krebsimmuntherapie kann in Immun-Checkpoint-Blocking-Therapie, T-Zelltherapie, Tumorimpfstoff usw. unterteilt werden. Diese Behandlungsmethoden haben eine gewisse Rolle bei der klinischen Behandlung von Krebs gespielt. Gleichzeitig rückt dies auch den aktuellen Fokus der Immuntherapieforschung darauf, wie die Wirkung der Immuntherapie weiter gesteigert und die Nutznießer der Immuntherapie erweitert werden können.