Il 10 agosto 2021, i ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia di Shanghai hanno pubblicato un articolo intitolato L'integratore NAD+ potenzia la funzione di uccisione del tumore salvando la trascrizione difettosa di NAMPT mediata da TUBBY nelle cellule T infiltrate nel tumore su Cell Reports, rivelando che il NAD+, integrato durante la terapia CAR-T e la terapia con inibitori del checkpoint immunitario, può migliorare l'attività antitumorale del T.
Attualmente, il precursore supplementare del NAD+, come prodotto nutrizionale, è stato verificato per la sicurezza del consumo umano. Questo risultato fornisce un nuovo metodo semplice e fattibile per migliorare l'attività antitumorale delle cellule T.
Le immunoterapie antitumorali, tra cui il trasferimento adottivo di linfociti infiltranti il tumore (TIL) e cellule T geneticamente modificate, nonché l'uso del blocco del checkpoint immunitario (ICB) per aumentare 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 beneficiano è ancora limitato (Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017). L'immunosoppressione correlata al microambiente tumorale (TME) è emersa come la ragione principale della risposta bassa e/o assente a entrambe le immunoterapie (Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld e Hellmann, 2020). Pertanto, gli sforzi per studiare e superare i limiti correlati al TME nelle terapie immunitarie sono di grande urgenza.
Il fatto che le cellule immunitarie e le cellule tumorali condividano molte vie metaboliche fondamentali implica una competizione inconciliabile per i nutrienti nel 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, l'esaurimento dei nutrienti, l'ipossia, l'acidità e la generazione di metaboliti che possono essere tossici nel TME possono ostacolare il successo dell'immunoterapia (Weinberg et al., 2010). Infatti, i TIL spesso sperimentano stress mitocondriale all'interno di tumori in crescita e si esauriscono (Scharping et al., 2016). È interessante notare che diversi studi indicano anche che i cambiamenti metabolici nel 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 potrebbe salvarle da un ambiente metabolico stressato, rinvigorendo così la loro attività antitumorale (Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017).
In questo studio, integrando sia gli screening genetici che quelli chimici, abbiamo identificato che NAMPT, un gene chiave coinvolto nella biosintesi del NAD+, era essenziale per l'attivazione delle cellule T. L'inibizione del NAMPT ha portato a un robusto declino del NAD+ nelle cellule T, interrompendo così la regolazione della glicolisi e la funzione mitocondriale, bloccando la sintesi di ATP e smorzando la cascata di segnalazione a valle del recettore delle cellule T (TCR). Basandosi sull'osservazione che i TIL hanno livelli di espressione di NAD+ e NAMPT relativamente più bassi rispetto alle cellule T delle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) nelle pazienti con carcinoma ovarico, abbiamo eseguito uno screening genetico nelle cellule T e abbiamo identificato che Tubby (TUB) è un fattore di trascrizione per NAMPT. Infine, abbiamo applicato queste conoscenze di base nella (pre)clinica e abbiamo dimostrato che l'integrazione con NAD+ migliora notevolmente l'attività anti-uccisione tumorale sia nella terapia con cellule CAR-T trasferite in adottivo che nella terapia con blocco immunitario dei check point, indicando il loro promettente potenziale per indirizzare il metabolismo del NAD+ per trattare meglio i tumori.
1.Il NAD+ regola l'attivazione delle cellule T influenzando il metabolismo energetico
Dopo la stimolazione dell'antigene, le cellule T subiscono una riprogrammazione metabolica, dall'ossidazione mitocondriale alla glicolisi come principale fonte di ATP. Pur mantenendo funzioni mitocondriali sufficienti a supportare la proliferazione cellulare e le funzioni effettrici. Dato che il NAD+ è il principale coenzima per la redox, i ricercatori hanno verificato l'effetto del 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+ riduce significativamente il livello di glicolisi, il ciclo del TCA e il metabolismo della catena di trasporto degli elettroni 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 del 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. Prendere di mira il metabolismo delle cellule T offre l'opportunità di modulare la risposta immunitaria in modo cellulare. Anche le cellule immunitarie nel microambiente tumorale, il loro stesso livello metabolico saranno influenzati in modo corrispondente. I ricercatori in questo articolo hanno scoperto l'importante ruolo del NAMPT nell'attivazione delle cellule T attraverso lo screening dell'intero genoma dell'sgRNA e gli esperimenti di screening degli inibitori di piccole molecole correlati al metabolismo. La nicotinammide adenina dinucleotide (NAD+) è un coenzima per le reazioni redox e può essere sintetizzata attraverso la via di salvataggio, la via di sintesi de novo e la via di Preiss-Handler. L'enzima metabolico NAMPT è principalmente coinvolto nella via di sintesi di salvataggio del NAD+. L'analisi dei campioni clinici di tumore ha rilevato che nelle cellule T infiltranti il tumore, i loro livelli di NAD+ e NAMPT erano inferiori rispetto alle 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 il tumore.
3. Integratore di NAD+ per migliorare 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 di trattamento e l'efficacia dell'immunoterapia nella popolazione complessiva. I ricercatori vogliono studiare se migliorare la capacità di attivazione delle cellule T integrando i livelli di NAD+ può migliorare l'effetto dell'immunoterapia basata sulle cellule T. Allo stesso tempo, nel modello di terapia anti-CAR-T anti-CD19 e nel modello di terapia inibitore del checkpoint immunitario anti-PD-1, è stato verificato che l'integrazione di NAD+ ha potenziato significativamente l'effetto di uccisione del tumore delle cellule T. I ricercatori hanno scoperto che nel modello di trattamento CAR-T anti-CD19, quasi tutti i topi nel gruppo di trattamento CAR-T integrato con NAD+ hanno raggiunto la clearance tumorale, mentre il gruppo di trattamento CAR-T senza NAD+ ha integrato solo circa il 20 % dei topi ha raggiunto la clearance tumorale. Coerentemente con ciò, nel modello di trattamento con inibitore del checkpoint immunitario 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 nel gruppo di trattamento anti-PD-1 e NAD+ potrebbe essere significativamente inibita. Sulla base di ciò, l'integrazione di NAD+ può migliorare l'effetto antitumorale dell'immunoterapia a base di cellule T.
4.Come integrare il 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 idrolizzato principalmente dalle cellule dell'orletto a spazzola nell'intestino tenue. In termini di pensiero, c'è un altro modo per integrare il NAD+, che consiste nel trovare un modo per integrare una determinata sostanza in modo che possa sintetizzare il NAD+ in modo autonomo nel corpo umano. Esistono tre modi per sintetizzare il NAD+ nel corpo umano: via di Preiss-Handler, via di sintesi de novo e via di sintesi di salvataggio. Sebbene i tre modi possano sintetizzare il NAD+, esiste anche una distinzione primaria e secondaria. Tra questi, il NAD+ prodotto dalle prime due vie sintetiche rappresenta solo circa il 15% del NAD+ umano totale, mentre il restante 85% si ottiene attraverso la sintesi correttiva. In altre parole, la via di sintesi di salvataggio è la chiave per il corpo umano per integrare il NAD+.
Tra i precursori del NAD+, la nicotinamide (NAM), l'NMN e la nicotinamide ribosio (NR) sintetizzano il NAD+ attraverso una via di sintesi di salvataggio, quindi queste tre sostanze sono diventate la scelta dell'organismo per l'integrazione del NAD+.
Sebbene l'NR in sé non abbia effetti collaterali, nel processo di sintesi del NAD+, la maggior parte di esso non viene convertito direttamente in NMN, ma deve essere prima digerito in NAM, e poi partecipare alla sintesi dell'NMN, che non può ancora sfuggire alla limitazione degli enzimi limitanti la velocità. Pertanto, anche la capacità di integrare il NAD+ attraverso la somministrazione orale di NR è limitata.
Come precursore dell'integrazione di NAD+, l'NMN non solo aggira la restrizione degli enzimi limitanti, ma viene anche assorbito molto rapidamente dall'organismo e può essere convertito direttamente in NAD+. Pertanto, può essere utilizzato come metodo diretto, rapido ed efficace per integrare il NAD+.
Recensioni degli esperti:
Xu Chenqi (Centro di Eccellenza e Innovazione della Scienza Cellulare 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 e ha ampliato i metodi di trattamento dei medici. L'immunoterapia del cancro può essere suddivisa in terapia di blocco del checkpoint immunitario, terapia con cellule T ingegnerizzata, vaccino antitumorale, ecc. Questi metodi di trattamento hanno svolto un certo ruolo nel trattamento clinico del cancro. Allo stesso tempo, questo pone anche l'attuale attenzione della ricerca sull'immunoterapia su come migliorare ulteriormente l'effetto dell'immunoterapia e ampliare i beneficiari dell'immunoterapia.