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

10 Ağustos 2021'de, Şanghay Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar, Cell Reports dergisinde NAD+ supplement potentiates tumor killing function by rescuing defective TUBBY-mediated NAMPT transcription in tumor infiltrated T cells başlıklı bir makale yayınlayarak, CAR-T tedavisi ve immün kontrol noktası inhibitörü tedavisi sırasında takviye edilen NAD+'ın T hücrelerinin anti-tümör aktivitesini iyileştirebileceğini ortaya koydu.

Şu anda, NAD+'ın öncü maddesinin takviyesi, besleyici bir ürün olarak insan tüketimi için güvenliği doğrulanmıştır. Bu başarı, T hücrelerinin anti-tümör aktivitesini iyileştirmek için basit ve uygulanabilir yeni bir yöntem sağlamaktadır.

Doğal olarak oluşan tümör infiltre eden lenfositlerin (TIL'ler) ve genetik olarak tasarlanmış T hücrelerinin adoptif transferini ve ayrıca T hücrelerinin işlevini artırmak için immün kontrol noktası blokajının (ICB) kullanımını içeren kanser immünoterapileri, aksi takdirde tedaviye dirençli kanserlerde kalıcı klinik yanıtlar elde etmek için umut verici yaklaşımlar olarak ortaya çıkmıştır (Lee ve diğerleri, 2015; Rosenberg ve Restifo, 2015; Sharma ve Allison, 2015). İmmünoterapiler klinikte başarıyla kullanılmış olsa da, bunlardan yararlanan hasta sayısı hala sınırlıdır (Fradet ve diğerleri, 2019; Newick ve diğerleri, 2017). Tümör mikroçevresi (TME) ile ilgili immünosupresyon, her iki immünoterapiye de düşük ve/veya hiç yanıt vermemenin ana nedeni olarak ortaya çıkmıştır (Ninomiya ve diğerleri, 2015; Schoenfeld ve Hellmann, 2020). Bu nedenle, immün tedavilerde TME ile ilgili sınırlamaları araştırmak ve aşmak için çabalar büyük bir aciliyet taşımaktadır.

İmmün hücrelerin ve kanser hücrelerinin birçok temel metabolik yolu paylaşması, TME'de besinler için uzlaşmaz bir rekabet olduğunu ima eder (Andrejeva ve Rathmell, 2017; Chang ve diğerleri, 2015). Kontrolsüz proliferasyon sırasında, kanser hücreleri daha hızlı metabolit üretimi için alternatif yolları ele geçirir (Vander Heiden ve diğerleri, 2009). Sonuç olarak, besin tükenmesi, hipoksi, asitlik ve TME'de toksik olabilen metabolitlerin üretimi başarılı immünoterapiyi engelleyebilir (Weinberg ve diğerleri, 2010). Gerçekten de, TIL'ler büyüyen tümörler içinde sıklıkla mitokondriyal stres yaşar ve tükenir (Scharping ve diğerleri, 2016). İlginç bir şekilde, birden fazla çalışma TME'deki metabolik değişikliklerin T hücre farklılaşmasını ve fonksiyonel aktivitesini yeniden şekillendirebileceğini de göstermektedir (Bailis ve diğerleri, 2019; Chang ve diğerleri, 2013; Peng ve diğerleri, 2016). Tüm bu kanıtlar, T hücrelerindeki metabolik yeniden programlamanın onları stresli bir metabolik ortamdan kurtarabileceği ve böylece anti-tümör aktivitelerini yeniden canlandırabileceği hipotezini kurmamızı sağladı (Buck ve diğerleri, 2016; Zhang ve diğerleri, 2017).

Bu çalışmada, hem genetik hem de kimyasal taramaları entegre ederek, NAD+ biyosentezinde yer alan anahtar bir gen olan NAMPT'nin T hücre aktivasyonu için gerekli olduğunu belirledik. NAMPT inhibisyonu, T hücrelerinde güçlü NAD+ düşüşüne yol açtı, böylece glikoliz regülasyonunu ve mitokondriyal fonksiyonu bozdu, ATP sentezini bloke etti ve T hücre reseptörü (TCR) aşağı akış sinyal kaskadını zayıflattı. Over kanseri hastalarında TIL'lerin periferik kan mononükleer hücrelerinden (PBMC'ler) gelen T hücrelerinden daha düşük NAD+ ve NAMPT ekspresyon seviyelerine sahip olduğu gözlemine dayanarak, T hücrelerinde genetik tarama yaptık ve Tubby'nin (TUB) NAMPT için bir transkripsiyon faktörü olduğunu belirledik. Son olarak, bu temel bilgiyi (klinik öncesi) klinikte uyguladık ve NAD+ takviyesinin hem adoptif olarak aktarılan CAR-T hücre tedavisinde hem de immün kontrol noktası blokajı tedavisinde anti-tümör öldürme aktivitesini önemli ölçüde iyileştirdiğine dair çok güçlü kanıtlar gösterdik; bu da kanserleri daha iyi tedavi etmek için NAD+ metabolizmasını hedefleme potansiyellerini göstermektedir.

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

Antijen stimülasyonundan sonra, T hücreleri metabolik yeniden programlamaya uğrar, mitokondriyal oksidasyondan ATP'nin ana kaynağı olarak glikolize geçer. Hücre proliferasyonunu ve efektör fonksiyonlarını desteklemek için yeterli mitokondriyal fonksiyonları korurken. NAD+'ın redoks için ana koenzim olduğu göz önüne alındığında, araştırmacılar NAD+'ın T hücrelerindeki metabolizma seviyesi üzerindeki etkisini metabolik kütle spektrometrisi ve izotop etiketleme gibi deneylerle doğruladılar. İn vitro deneylerin sonuçları, NAD+ eksikliğinin T hücrelerinde glikoliz, TCA döngüsü ve elektron taşıma zinciri metabolizması seviyesini önemli ölçüde azaltacağını göstermektedir. ATP'yi yenileyen deneyler aracılığıyla, araştırmacılar NAD+ eksikliğinin esas olarak T hücrelerinde ATP üretimini inhibe ettiğini ve böylece T hücre aktivasyon seviyesini azalttığını buldular.

2.NAMPT tarafından düzenlenen NAD+ kurtarma sentez yolu, T hücre aktivasyonu için gereklidir

Metabolik yeniden programlama süreci, bağışıklık hücrelerinin aktivasyonunu ve farklılaşmasını düzenler. T hücre metabolizmasını hedeflemek, bağışıklık tepkisini hücresel bir şekilde modüle etme fırsatı sağlar. Tümör mikroçevresindeki bağışıklık hücrelerinin kendi metabolik seviyeleri de buna bağlı olarak etkilenecektir. Bu makaledeki araştırmacılar, genom çapında sgRNA taraması ve metabolizma ile ilgili küçük molekül inhibitör tarama deneyleri aracılığıyla NAMPT'nin T hücre aktivasyonundaki önemli rolünü keşfettiler. Nikotinamid adenin dinükleotid (NAD+), redoks reaksiyonları için bir koenzimdir ve kurtarma yolu, de novo sentez yolu ve Preiss-Handler yolu ile sentezlenebilir. NAMPT metabolik enzimi esas olarak NAD+ kurtarma sentez yolunda yer alır. Klinik tümör örneklerinin analizi, tümör infiltre eden T hücrelerinde NAD+ seviyelerinin ve NAMPT seviyelerinin diğer T hücrelerinden daha düşük olduğunu buldu. Araştırmacılar, NAD+ seviyelerinin tümör infiltre eden T hücrelerinin anti-tümör aktivitesini etkileyen faktörlerden biri olabileceğini tahmin ediyorlar.

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

İmmünoterapi kanser tedavisinde keşfedici bir araştırma alanı olmuştur, ancak asıl sorun en iyi tedavi stratejisi ve immünoterapinin genel popülasyondaki etkinliğidir. Araştırmacılar, NAD+ seviyelerini takviye ederek T hücrelerinin aktivasyon yeteneğini artırmanın, T hücresi temelli immünoterapinin etkisini artırıp artıramayacağını incelemek istiyor. Aynı zamanda, anti-CD19 CAR-T tedavi modeli ve anti-PD-1 immün kontrol noktası inhibitörü tedavi modelinde, NAD+ takviyesinin T hücrelerinin tümör öldürme etkisini önemli ölçüde artırdığı doğrulandı. Araştırmacılar, anti-CD19 CAR-T tedavi modelinde, NAD+ takviyesi yapılan CAR-T tedavi grubundaki farelerin neredeyse tamamının tümör temizliğine ulaştığını, NAD+ takviyesi yapılmayan CAR-T tedavi grubunda ise farelerin yalnızca yaklaşık %20'sinin tümör temizliğine ulaştığını buldu. Buna paralel olarak, anti-PD-1 immün 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 inhibe edilebilmiştir. Buna dayanarak, NAD+ takviyesi, T hücresi temelli immünoterapinin anti-tümör etkisini artırabilir.

4. NAD+ nasıl takviye edilir

NAD+ molekülü büyüktür ve insan vücudu tarafından doğrudan emilip kullanılamaz. Ağızdan doğrudan alınan NAD+, esas olarak ince bağırsaktaki fırça kenarı hücreleri tarafından hidrolize edilir. Düşünce açısından, NAD+ takviye etmenin başka bir yolu daha vardır: belirli bir maddeyi takviye etmenin bir yolunu bulmak, böylece insan vücudunda otonom olarak NAD+ sentezleyebilir. İnsan vücudunda NAD+ sentezlemenin üç yolu vardır: Preiss-Handler yolu, de novo sentez yolu ve kurtarma sentez yolu. Üç yol da NAD+ sentezleyebilse de, birincil ve ikincil bir ayrım da vardır. Bunlar arasında, ilk iki sentez yolunun ürettiği NAD+, insan toplam NAD+'ının yalnızca yaklaşık %15'ini oluşturur ve geri kalan %85'i telafi edici sentez yoluyla elde edilir. Başka bir deyişle, kurtarma sentez yolu, insan vücudunun NAD+ takviye etmesinin anahtarıdır.

NAD+ öncüleri arasında, nikotinamid (NAM), NMN ve nikotinamid riboz (NR) tümü kurtarma sentez yoluyla NAD+ sentezler, bu nedenle bu üç madde vücudun NAD+ takviye etme seçeneği haline gelmiştir.

NR'nin kendisinin yan etkileri olmamasına rağmen, NAD+ sentezi sürecinde çoğu doğrudan NMN'ye dönüştürülmez, önce NAM'a sindirilmesi ve ardından NMN sentezine katılması gerekir, bu da hız sınırlayıcı enzimlerin sınırlamasından kaçamaz. Bu nedenle, oral NR yoluyla NAD+ takviye etme yeteneği de sınırlıdır.

NAD+ takviye etmek için bir öncü olarak NMN, yalnızca hız sınırlayıcı enzimlerin kısıtlamasını atlamakla kalmaz, aynı zamanda vücutta çok hızlı emilir ve doğrudan NAD+'ya dönüştürülebilir. Bu nedenle, NAD+ takviye etmenin doğrudan, hızlı ve etkili bir yöntemi olarak kullanılabilir.

Uzman Yorumları:

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

Kanser tedavisi dünya çapında bir sorundur. İmmünoterapinin gelişimi, geleneksel kanser tedavisinin sınırlamalarını telafi etmiş ve doktorların tedavi yöntemlerini genişletmiştir. Kanser immünoterapisi, immün kontrol noktası blokaj tedavisi, mühendislik T hücresi tedavisi, tümör aşısı vb. olarak ayrılabilir. Bu tedavi yöntemleri, kanserin klinik tedavisinde belirli bir rol oynamıştır. Aynı zamanda, bu, immünoterapi araştırmalarının mevcut odak noktasını, immünoterapinin etkisini daha da artırma ve immünoterapiden yararlananları genişletme üzerine getirmiştir.