Il coenzima NAD+ può rafforzare l'immunità ai tumori! Commento esperto dall'Accademia Cinese delle Scienze

Il 10 agosto 2021, ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia di Shanghai hanno pubblicato un articolo intitolato NAD+ supplement potenzia tumor killing function by recovering defective TUBBY-mediated NAMPT in cellule T infiltrate tumore in Cell Reports, rivelando che NAD+ integrato durante la terapia CAR-T e la terapia con inibitori dei checkpoint immunitari può migliorare l'attività antitumorale della T.

Attualmente, il precursore supplementare di NAD+, come prodotto nutrizionale, è stato verificato per la sicurezza del consumo umano. Questo risultato fornisce un metodo nuovo e semplice e fattibile per migliorare l'attività antitumorale delle cellule T.

Le immunoterapie oncologiche, tra cui il trasferimento adottivo di linfociti infiltranti tumorali naturali (TIL) e di cellule T geneticamente modificate, così come l'uso del blocco dei checkpoint immunitari (ICB) per rafforzare la funzione delle cellule T, sono emerse come approcci promettenti per ottenere risposte cliniche durature di tumori altrimenti refrattari al trattamento (Lee et al., 2015; Rosenberg e Restifo, 2015; Sharma e Allison, 2015). Sebbene le immunoterapie siano state utilizzate con successo in clinica, il numero di pazienti che ne traggono beneficio è ancora limitato (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). L'immunosoppressione correlata al microambiente tumorale (TME) è emersa come la principale causa di una risposta bassa e/o assente a entrambe le immunoterapie (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld e Hellmann, 2020). Pertanto, gli sforzi per indagare e superare le limitazioni legate all'EMT nelle terapie immunitarie sono di grande urgenza.

Il fatto che le cellule immunitarie e tumorali condividano molte vie metaboliche fondamentali implica una competizione inconciliabile per i nutrienti nella TME (Andrejeva e Rathmell, 2017; Chang et al., 2015). Durante la proliferazione incontrollata, le cellule tumorali dirottano vie alternative per una generazione più rapida di metaboliti (Vander Heiden et al., 2009). Di conseguenza, la deplezione dei nutrienti, l'ipossia, l'acidità e la generazione di metaboliti tossici nel TME possono ostacolare un'immunoterapia efficace (Weinberg et al., 2010). Infatti, gli studenti TIL spesso sperimentano stress mitocondriale all'interno dei tumori in crescita e si esausiscono (Scharping et al., 2016). Curiosamente, diversi studi indicano anche che i cambiamenti metabolici nella TME potrebbero rimodellare la differenziazione delle cellule T e l'attività funzionale (Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016). Tutte queste evidenze ci hanno ispirato a ipotizzare che la riprogrammazione metabolica nelle cellule T possa salvarle da un ambiente metabolico stressato, rivitalizzando così la loro attività antitumorale (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).

In questo studio attuale, integrando sia screening genetici che chimici, abbiamo identificato che NAMPT, un gene chiave coinvolto nella biosintesi NAD+, era essenziale per l'attivazione delle cellule T. L'inibizione NAMPT ha portato a un forte declino del NAD+ nelle cellule T, interrompendo così la regolazione della glicolisi e la funzione mitocondriale, bloccando la sintesi dell'ATP e attenuando la cascata di segnalazione a valle del recettore delle cellule T (TCR). Basandoci sull'osservazione che le TIL presentano livelli di espressione relativamente inferiori di NAD+ e NAMPT rispetto alle cellule T provenienti da cellule mononucleari del sangue periferico (PBMC) nei pazienti oncologici ovarico, abbiamo effettuato uno screening genetico nelle cellule T e identificato che Tubby (TUB) è un fattore di trascrizione per NAMPT. Infine, abbiamo applicato questa conoscenza di base nella clinica (pre)clinica e abbiamo mostrato evidenze molto forti che l'integrazione con NAD+ migliora drasticamente l'attività antitumorale sia nella terapia con cellule CAR-T trasferite adottivamente sia nella terapia con blocchi dei checkpoint immunitari, indicando il loro potenziale promettente per mirare al metabolismo del NAD+ per trattare meglio i tumori.

1. NAD+ regola l'attivazione delle cellule T influenzando il metabolismo energetico

Dopo la stimolazione antigenica, le cellule T subiscono una riprogrammazione metabolica, dall'ossidazione mitocondriale alla glicolisi come principale fonte di ATP. Mantenendo al contempo sufficienti funzioni mitocondriali per supportare la proliferazione cellulare e le funzioni degli effettori. Dato che NAD+ è il principale coenzima del redox, i ricercatori hanno verificato l'effetto di NAD+ sul livello di metabolismo nelle cellule T attraverso esperimenti come la spettrometria di massa metabolica e la marcatura isotopica. I risultati degli esperimenti in vitro mostrano che la carenza di NAD+ ridurrà significativamente il livello di glicolisi, il ciclo TCA e il metabolismo della catena di trasporto elettronico nelle cellule T. Attraverso l'esperimento di reintegrazione dell'ATP, i ricercatori hanno scoperto che la mancanza di NAD+ inibisce principalmente la produzione di ATP nelle cellule T, riducendo così il livello di attivazione delle cellule T.

2. La via di sintesi di salvataggio NAD+ regolata da NAMPT è essenziale per l'attivazione delle cellule T

Il processo di riprogrammazione metabolica regola l'attivazione e la differenziazione delle cellule immunitarie. Attingere al metabolismo delle cellule T offre l'opportunità di modulare la risposta immunitaria in modo cellulare. Anche le cellule immunitarie nel microambiente tumorale e il loro livello metabolico saranno corrispondentemente influenzati. I ricercatori in questo articolo hanno scoperto l'importante ruolo della NAMPT nell'attivazione delle cellule T attraverso lo screening genomico degli sgRNA e gli esperimenti di screening con inibitori di piccole molecole correlati al metabolismo. Il nicotinamide adenina dinucleotide (NAD+) è un coenzima per le reazioni redox e può essere sintetizzato attraverso la via di salvataggio, la via di sintesi de novo e la via Preiss-Handler. L'enzima metabolico NAMPT è principalmente coinvolto nella via di sintesi di salvataggio NAD+. L'analisi dei campioni clinici di tumori ha rilevato che nelle cellule T infiltranti tumori, i loro livelli di NAD+ e NAMPT erano inferiori rispetto ad altre cellule T. I ricercatori ipotizzano che i livelli di NAD+ possano essere uno dei fattori che influenzano l'attività antitumorale delle cellule T infiltranti nel tumore.

3. Integrare NAD+ per aumentare l'attività antitumorale delle cellule T

L'immunoterapia è stata una ricerca esplorativa nel trattamento del cancro, ma il problema principale è la migliore strategia terapeutica e l'efficacia dell'immunoterapia nella popolazione complessiva. I ricercatori vogliono studiare se aumentare la capacità di attivazione delle cellule T integrando i livelli di NAD+ possa potenziare l'effetto dell'immunoterapia basata sulle cellule T. Contemporaneamente, nel modello di terapia anti-CD19 CAR-T e nel modello di terapia con inibitori immunitari del checkpoint anti-PD-1, è stato verificato che l'integrazione di NAD+ ha significativamente aumentato l'effetto tumorale delle cellule T. I ricercatori hanno scoperto che nel modello di trattamento anti-CD19 CAR-T, quasi tutti i topi del gruppo di trattamento CAR-T integrati con NAD+ hanno ottenuto la eliminazione tumorale, mentre il gruppo con CAR-T senza NAD+ ha integrato solo circa il 20% dei topi ha raggiunto la eliminazione del tumore. In linea con ciò, nel modello di trattamento con inibitori immunitari anti-PD-1, i tumori B16F10 sono relativamente tolleranti al trattamento anti-PD-1 e l'effetto inibitorio non è significativo. Tuttavia, la crescita dei tumori B16F10 nei gruppi anti-PD-1 e NAD+ potrebbe essere significativamente inibita. Sulla base di ciò, l'integrazione con NAD+ può potenziare l'effetto antitumorale dell'immunoterapia a base di cellule T.

4. Come integrare NAD+

La molecola di NAD+ è grande e non può essere assorbita e utilizzata direttamente dal corpo umano. Il NAD+ ingerito direttamente per via orale viene principalmente idrolizzato dalle cellule del bordo della spazzola nell'intestino tenue. In termini di pensiero, esiste effettivamente un altro modo per integrare NAD+, ovvero trovare un modo per integrare una certa sostanza in modo che possa sintetizzare NAD+ autonomamente nel corpo umano. Esistono tre modi per sintetizzare NAD+ nel corpo umano: via Preiss-Handler, via di sintesi de novo e via di sintesi di salvataggio. Sebbene i tre modi possano sintetizzare NAD+, esiste anche una distinzione primaria e secondaria. Tra questi, il NAD+ prodotto dai primi due percorsi sintetici rappresenta solo circa il 15% del NAD+ umano totale, mentre il restante 85% è ottenuto tramite sintesi correttiva. In altre parole, la via di sintesi del recupero è la chiave per integrare il NAD+ nel corpo umano.

Tra i precursori del NAD+, la nicotinamide (NAM), il NMN e il ribosio nicotinamide (NR) sintetizzano tutti NAD+ attraverso una via di sintesi di salvataggio, quindi queste tre sostanze sono diventate la scelta del corpo per integrare il NAD+.

Sebbene la NR stessa non abbia effetti collaterali, nel processo di sintesi di NAD+ la maggior parte non viene convertita direttamente in NMN, ma deve prima essere digerita in NAM, per poi partecipare alla sintesi di NMN, che ancora non può sfuggire alle limitazioni degli enzimi limitanti di velocità. Pertanto, la possibilità di integrare NAD+ tramite la somministrazione orale di NR è anch'essa limitata.

Come precursore per l'integrazione di NAD+, NMN non solo bypassa la restrizione degli enzimi limitanti la catte, ma viene anche assorbito molto rapidamente nell'organismo e può essere convertito direttamente in NAD+. Pertanto, può essere utilizzato come metodo diretto, rapido ed efficace per integrare NAD+.

Recensioni di esperti:

Xu Chenqi (Centro di Eccellenza e Innovazione in Scienze Cellulari Molecolare, Accademia Cinese delle Scienze, Esperto di Ricerca in Immunologia)

Il trattamento del cancro è un problema nel mondo. Lo sviluppo dell'immunoterapia ha compensato i limiti del trattamento tradizionale del cancro ed ampliato i metodi di trattamento dei medici. L'immunoterapia oncologica può essere suddivisa in terapia di blocco dei punti di controllo immunitario, terapia ingegnerizzata con cellule T, vaccino tumorale, ecc. Questi metodi di trattamento hanno svolto un ruolo particolare nel trattamento clinico del cancro. Allo stesso tempo, questo rende anche l'attuale focus della ricerca sull'immunoterapia su come potenziare ulteriormente l'effetto dell'immunoterapia e ampliare i beneficiari dell'immunoterapia.