Koenzim NAD+ tümör bağışıklığını artırabilir! Çin Bilimler Akademisi'nden Uzman Yorumu

10 Ağustos 2021'de, Şanghay Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar, Cell Reports'ta NAD+ takviyesi, tümör sızdırılmış T hücrelerinde kusurlu TUBBY aracılı NAMPT transkripsiyonunu kurtararak tümör öldürme fonksiyonunu güçlendirir başlıklı bir makale yayımladı; NAD+ takviyesinin CAR-T tedavisi ve bağışıklık kontrol noktası inhibitörü tedavisi sırasında takviye edildiğinde T'nin anti-tümör aktivitesini iyileştirebileceğini ortaya koydu.

Şu anda, NAD+'nın ek öncüsü olan besin ürünü olarak insan tüketimi güvenliği açısından doğrulanmıştır. Bu başarı, T hücrelerinin anti-tümör aktivitesini artırmak için basit ve uygulanabilir yeni bir yöntem sunmaktadır.

Doğal olarak oluşan tümör infiltrasyon lenfositlerinin (TIL'ler) ve genetik olarak tasarlanmış T hücrelerinin benimsenmesi ile T hücrelerinin işlevini artırmak için bağışıklık kontrol noktası blokajının (ICB) kullanımı dahil olmak üzere kanser immünoterapileri, tedaviye dirençli olan kanserlerde kalıcı klinik yanıtlar elde etmek için umut vadeden yaklaşımlar olarak ortaya çıkmıştır (Lee ve ark., 2015; Rosenberg ve Restifo, 2015; Sharma ve Allison, 2015). İmmünoterapiler klinikte başarıyla kullanılmış olsa da, bunlardan fayda sağlayan hasta sayısı hâlâ sınırlıdır (Fradet ve ark., 2019; Newick ve ark., 2017). Tümör mikroçevresi (TME) ile ilişkili immünosupresion, her iki immünoterapiye de düşük ve/veya hiç yanıt vermemesinin başlıca nedeni olarak ortaya çıkmıştır (Ninomiya ve ark., 2015; Schoenfeld ve Hellmann, 2020). Bu nedenle, bağışıklık tedavilerindeki TME ile ilgili sınırlamaları araştırmak ve aşmak için yapılan çabalar büyük bir acillik taşır.

Bağışıklık hücreleri ve kanser hücrelerinin birçok temel metabolik yolu paylaşması, TME'de besin için uzlaşmaz bir rekabet anlamına gelir (Andrejeva ve Rathmell, 2017; Chang ve ark., 2015). Kontrolsüz çoğalma sırasında, kanser hücreleri daha hızlı metabolit üretimi için alternatif yolları ele geçirir (Vander Heiden ve ark., 2009). Sonuç olarak, TME'de toksik olabilecek besin tükenmesi, hipoksi, asitlik ve metabolitlerin üretimi başarılı immünoterapiyi engelleyebilir (Weinberg ve ark., 2010). Gerçekten de, TIL'ler genellikle büyüyen tümörlerde mitokondriyal stres yaşar ve yorulurlar (Scharping ve ark., 2016). İlginç bir şekilde, birçok çalışma TME'deki metabolik değişikliklerin T hücresi farklılaşmasını ve fonksiyonel aktivitesini yeniden şekillendirebileceğini de göstermektedir (Bailis ve ark., 2019; Chang ve ark., 2013; Peng ve ark., 2016). Tüm bu kanıtlar, T hücrelerindeki metabolik yeniden programlamanın onları stresli metabolik ortamdan kurtarabileceği ve böylece anti-tümör aktivitelerini yeniden canlandırabileceği hipotezini öne sürmeye teşvik etti (Buck ve ark., 2016; Zhang ve ark., 2017).

Bu mevcut çalışmada, hem genetik hem de kimyasal taramalar entegre edilerek, NAD+ biyosentezinde rol alan anahtar gen olan NAMPT'nin T hücresi aktivasyonu için gerekli olduğunu tespit ettik. NAMPT inhibisyonu, T hücrelerinde güçlü NAD+ düşüşüne yol açtı; bu da glikoliz düzenlemesini ve mitokondriyal fonksiyonu bozdu, ATP sentezini engelledi ve T hücresi reseptörü (TCR) aşağı akış sinyal zincirini sönümledi. TIL'lerin yumurtalık kanseri hastalarında periferik kan mononükleer hücrelerinden (PBMC) alınan T hücrelerine kıyasla nispeten daha düşük NAD+ ve NAMPT ekspresyon seviyelerine sahip olduğu gözlemine dayanarak, T hücrelerinde genetik tarama yaptık ve Tubby (TUB)'nin NAMPT için bir transkripsiyon faktörü olduğunu tespit ettik. Son olarak, bu temel bilgiyi (pre) klinikte uyguladık ve NAD+ takviyesinin, hem benimsenen CAR-T hücre tedavisinde hem de bağışıklık kontrol noktası blokaj tedavisinde anti-tümör öldürme aktivitesini dramatik şekilde artırdığına dair çok güçlü kanıtlar gösterdik; bu da kanserleri daha iyi tedavi etmek için NAD+ metabolizmasını hedefleme potansiyelini gösteriyor.

1. NAD+, enerji metabolizmasını etkileyerek T hücrelerinin aktivasyonunu düzenler

Antijen uyarısından sonra, T hücreleri metabolik yeniden programlanmaya geçer; mitokondriyal oksidasyondan ATP'nin ana kaynağı olarak glikolize kadar uzanır. Hücre çoğalmasını ve efektör işlevleri desteklemek için yeterli mitokondriyal fonksiyonları koruyor. NAD+ redoks için ana koenzim olduğundan, araştırmacılar metabolik kütle spektrometrisi ve izotop etiketleme gibi deneylerle NAD+'nın T hücrelerindeki metabolizma seviyesi üzerindeki etkisini doğruladılar. In vitro deneylerin sonuçları, NAD+ eksikliğinin T hücrelerinde glikoliz, TCA döngüsü ve elektron taşıma zinciri metabolizması seviyesini önemli ölçüde azaltacağını göstermektedir. ATP'nin yenilenmesi deneyi sayesinde, araştırmacılar NAD+ eksikliğinin esas olarak T hücrelerinde ATP üretimini engellediğini ve böylece T hücresi aktivasyon seviyesini azalttığını buldular.

2. NAMPT tarafından düzenlenen NAD+ kurtarma sentezi yolu, T hücresi aktivasyonu için gereklidir

Metabolik yeniden programlama süreci, bağışıklık hücrelerinin aktivasyonunu ve farklılaşmasını düzenler. T hücresi metabolizmasını hedeflemek, bağışıklık yanıtını hücresel olarak modüle etme fırsatı sunar. Tümör mikro ortamındaki bağışıklık hücreleri, kendi metabolik seviyeleri de buna uygun şekilde etkilenir. Bu makaledeki araştırmacılar, genom genelinde sgRNA taraması ve metabolizmaya bağlı küçük molekül inhibitör tarama deneyleriyle T hücrelerinin aktivasyonunda NAMPT'nin önemli rolünü keşfettiler. Nikotinamid adenin dinükleotid (NAD+), redoks reaksiyonları için bir koenzimdir ve kurtarma yolu, de novo sentez yolu ve Preiss-Handler yolu aracılığıyla sentezlenebilir. NAMPT metabolik enzimi esas olarak NAD+ kurtarma sentezi yolunda yer alır. Klinik tümör örneklerinin analizi, tümör sızan T hücrelerinde NAD+ ve NAMPT seviyelerinin diğer T hücrelerine göre daha düşük olduğunu ortaya koydu. Araştırmacılar, NAD+ seviyelerinin, tümör sızan T hücrelerinin anti-tümör aktivitesini etkileyen faktörlerden biri olabileceğini öne sürmektedir.

3. T hücrelerinin anti-tümör aktivitesini artırmak için NAD+ takviyesi

İmmünoterapi, kanser tedavisinde keşif amaçlı araştırmalar olarak görülmüştür, ancak asıl sorun en iyi tedavi stratejisi ve immünoterapinin genel popülasyondaki etkinliğidir. Araştırmacılar, T hücrelerinin aktivasyon yeteneğini NAD+ seviyelerini takviye ederek artırmanın T hücresi bazlı immünoterapinin etkisini artırıp artırmayacağını araştırmak istiyor. Aynı zamanda, anti-CD19 CAR-T tedavi modeli ve anti-PD-1 bağışıklık kontrol noktası inhibitörü tedavi modelinde, NAD+ takviyesinin T hücrelerinin tümör öldürme etkisini anlamlı şekilde artırdığı doğrulandı. Araştırmacılar, anti-CD19 CAR-T tedavi modelinde, NAD+ takviyesi yapılan CAR-T tedavi grubundaki neredeyse tüm farelerin tümör temizlenmesini sağladığını, NAD+ olmayan CAR-T tedavi grubunun ise farelerin yalnızca yaklaşık %20'sinin tümör temizlenmesine ulaştığını buldu. Bununla uyumlu olarak, anti-PD-1 bağışıklık kontrol noktası inhibitörü tedavi modelinde, B16F10 tümörleri anti-PD-1 tedavisine nispeten toleranslıdır ve inhibitör etki anlamlı değildir. Ancak, anti-PD-1 ve NAD+ tedavi grubundaki B16F10 tümörlerinin büyümesi önemli ölçüde engellenebilir. Buna dayanarak, NAD+ takviyesi T hücre bazlı immünoterapinin anti-tümör etkisini artırabilir.

4.NAD+ nasıl takviye edilir

NAD+ molekülü büyüktür ve insan vücudu tarafından doğrudan emilip kullanılamaz. Doğrudan ağızdan alınan NAD+, esas olarak ince bağırsaktaki fırça sınır hücreleri tarafından hidrolize edilir. Düşünce açısından, NAD+'yı tamamlamanın başka bir yolu da vardır; belirli bir maddeyi insan vücudunda NAD+'yı otonom olarak sentezleyebilmesi için takviye etmenin bir yolunu bulmaktır. İnsan vücudunda NAD+ sentezinin üç yolu vardır: Preiss-Handler yolu, de novo sentez yolu ve kurtarma sentezi yolu. Üç yöntem NAD+ sentezleyebilse de, birincil ve ikincil bir ayrım da vardır. Bunlar arasında, ilk iki sentetik yolun ürettiği NAD+, insan toplam NAD+'nın sadece yaklaşık %15'ini oluştururken, kalan %85'i iyileştirici sentez yoluyla sağlanır. Başka bir deyişle, kurtarma sentezi yolu insan vücudunun NAD+ takviyesi için anahtardır.

NAD+'nın öncülleri arasında nikotinamid (NAM), NMN ve nikotinamid riboz (NR) hepsi NAD+'yı kurtarma sentezi yoluyla sentezler; bu nedenle bu üç madde vücudun NAD+ takviyesi için tercih haline gelmiştir.

NR'nin kendisi yan etkileri olmasa da, NAD+ sentezi sürecinde çoğu doğrudan NMN'ye dönüştürülmez, önce NAM'e sindirilmeli ve ardından NMN sentezine katılmalıdır; bu da oran sınırlayıcı enzimlerin sınırlamasından kaçamıyor. Bu nedenle, NAD+'yı oral NR ile takviye etme yeteneği de sınırlıdır.

NAD+ takviyesinin öncüsü olarak, NMN sadece hız sınırlayıcı enzimlerin kısıtlamasını atlamakla kalmaz, aynı zamanda vücutta çok hızlı emilir ve doğrudan NAD+'ya dönüştürülebilir. Bu nedenle, NAD+ takviyesi için doğrudan, hızlı ve etkili bir yöntem olarak kullanılabilir.

Uzman Yorumları:

Xu Chenqi (Çin Bilimler Akademisi, Moleküler Hücre Bilimi Mükemmeliyet ve İnovasyon Merkezi, İmmünoloji Araştırma Uzmanı)

Kanser tedavisi dünyada bir sorun. İmmünoterapinin gelişimi, geleneksel kanser tedavisinin sınırlamalarını telafi etti ve doktorların tedavi yöntemlerini genişletti. Kanser immünoterapisi, bağışıklık kontrol noktası bloke terapisi, mühendislik yapımı T hücresi terapisi, tümör aşısı vb. olarak ikiye ayrılabilir. Bu tedavi yöntemleri, kanserin klinik tedavisinde belirli bir rol oynamıştır. Aynı zamanda, bu durum immünoterapi araştırmalarının mevcut odak noktasını immünoterapinin etkisini artırmak ve immünoterapinin yararlanıcılarını genişletmek üzerine taşımaktadır.