輔酶 NAD+ 可增強腫瘤免疫力！中科院專家評論

2021 年 8 月 10 日，上海科技大學的研究人員在《Cell Reports》上發表了一篇題為《NAD+ 補充劑通過挽救腫瘤浸潤 T 細胞中缺陷的 TUBBY 介導的 NAMPT 轉錄來增強腫瘤殺傷功能》的文章，揭示了在 CAR-T 療法和免疫檢查點抑制劑療法中補充 NAD+ 可以提高 T 細胞的抗腫瘤活性。

目前，補充 NAD+ 的前體作為營養產品，其人類食用安全性已得到驗證。這項成果為提高 T 細胞的抗腫瘤活性提供了一種簡單可行的方法。

癌症免疫療法，包括過繼轉移天然腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）和基因工程 T 細胞，以及使用免疫檢查點阻斷（ICB）來增強 T 細胞功能，已成為實現原本難治性癌症持久臨床反應的有前景的方法（Lee 等人，2015；Rosenberg 和 Restifo，2015；Sharma 和 Allison，2015）。儘管免疫療法已在臨床上成功應用，但從中受益的患者數量仍然有限（Fradet 等人，2019；Newick 等人，2017）。腫瘤微環境（TME）相關的免疫抑制已成為對兩種免疫療法反應低或無反應的主要原因（Ninomiya 等人，2015；Schoenfeld 和 Hellmann，2020）。因此，研究和克服免疫治療中 TME 相關限制的努力非常迫切。

免疫細胞和癌細胞共享許多基本代謝途徑的事實意味著在 TME 中存在不可調和的營養競爭（Andrejeva 和 Rathmell，2017；Chang 等人，2015）。在不受控制的增殖過程中，癌細胞劫持替代途徑以更快地產生代謝物（Vander Heiden 等人，2009）。因此，營養耗竭、缺氧、酸性和 TME 中可能有毒的代謝物產生可能會阻礙成功的免疫療法（Weinberg 等人，2010）。事實上，TIL 在生長中的腫瘤內經常經歷線粒體應激並變得耗竭（Scharping 等人，2016）。有趣的是，多項研究還表明，TME 中的代謝變化可以重塑 T 細胞的分化和功能活性（Bailis 等人，2019；Chang 等人，2013；Peng 等人，2016）。所有這些證據啟發我們假設，T 細胞中的代謝重編程可能將它們從應激的代謝環境中拯救出來，從而重振其抗腫瘤活性（Buck 等人，2016；Zhang 等人，2017）。

在本研究中，通過整合遺傳和化學篩選，我們確定 NAMPT（參與 NAD+ 生物合成的關鍵基因）對 T 細胞活化至關重要。NAMPT 抑制導致 T 細胞中 NAD+ 顯著下降，從而破壞糖酵解調節和線粒體功能，阻斷 ATP 合成，並抑制 T 細胞受體（TCR）下游信號級聯。基於卵巢癌患者腫瘤浸潤 T 細胞（TIL）的 NAD+ 和 NAMPT 表達水平相對低於外周血單核細胞（PBMC）中 T 細胞的觀察，我們在 T 細胞中進行了遺傳篩選，並確定 Tubby（TUB）是 NAMPT 的轉錄因子。最後，我們將這一基礎知識應用於（臨床前）臨床，並提供了非常有力的證據表明，補充 NAD+ 可顯著提高過繼轉移 CAR-T 細胞療法和免疫檢查點阻斷療法的抗腫瘤殺傷活性，表明靶向 NAD+ 代謝以更好地治療癌症具有巨大潛力。

1. NAD+ 通過影響能量代謝調節 T 細胞的活化

抗原刺激後，T 細胞經歷代謝重編程，從線粒體氧化轉變為以糖酵解作為 ATP 的主要來源，同時維持足夠的線粒體功能以支持細胞增殖和效應功能。鑑於 NAD+ 是氧化還原的主要輔酶，研究人員通過代謝質譜和同位素標記等實驗驗證了 NAD+ 對 T 細胞代謝水平的影響。體外實驗結果表明，NAD+ 缺乏會顯著降低 T 細胞中糖酵解、三羧酸循環和電子傳遞鏈代謝的水平。通過補充 ATP 的實驗，研究人員發現 NAD+ 缺乏主要抑制 T 細胞中 ATP 的產生，從而降低 T 細胞活化水平。

2. 由 NAMPT 調控的 NAD+ 補救合成途徑對 T 細胞活化至關重要

代謝重編程過程調節免疫細胞的活化和分化。靶向 T 細胞代謝提供了一種以細胞方式調節免疫反應的機會。腫瘤微環境中的免疫細胞，其自身的代謝水平也會相應受到影響。本文研究人員通過全基因組 sgRNA 篩選和代謝相關小分子抑制劑篩選實驗，發現了 NAMPT 在 T 細胞活化中的重要作用。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）是氧化還原反應的輔酶，可通過補救途徑、從頭合成途徑和 Preiss-Handler 途徑合成。NAMPT 代謝酶主要參與 NAD+ 補救合成途徑。對臨床腫瘤樣本的分析發現，在腫瘤浸潤 T 細胞中，其 NAD+ 水平和 NAMPT 水平低於其他 T 細胞。研究人員推測 NAD+ 水平可能是影響腫瘤浸潤 T 細胞抗腫瘤活性的因素之一。

3. 補充 NAD+ 以增強 T 細胞的抗腫瘤活性

免疫療法在癌症治療中一直是探索性的研究，但主要問題在於最佳治療策略以及免疫療法在整體人群中的有效性。研究人員希望研究通過補充 NAD+ 水平來增強 T 細胞的活化能力，是否能增強基於 T 細胞的免疫療法的效果。同時，在抗 CD19 CAR-T 療法模型和抗 PD-1 免疫檢查點抑制劑療法模型中，驗證了補充 NAD+ 能顯著增強 T 細胞的腫瘤殺傷效果。研究人員發現，在抗 CD19 CAR-T 治療模型中，補充 NAD+ 的 CAR-T 治療組幾乎所有小鼠都實現了腫瘤清除，而未補充 NAD+ 的 CAR-T 治療組僅約 20% 的小鼠實現了腫瘤清除。與此一致，在抗 PD-1 免疫檢查點抑制劑治療模型中，B16F10 腫瘤對抗 PD-1 治療相對耐受，抑制效果不顯著。然而，抗 PD-1 和 NAD+ 治療組中 B16F10 腫瘤的生長能被顯著抑制。基於此，補充 NAD+ 能增強基於 T 細胞的免疫療法的抗腫瘤效果。

4. 如何補充 NAD+

NAD+ 分子較大，無法被人體直接吸收利用。直接口服攝入的 NAD+ 主要在小腸中被刷狀緣細胞水解。從思路上來說，確實還有另一種補充 NAD+ 的方式，即想辦法補充某種物質，使其能在人體內自主合成 NAD+。人體內合成 NAD+ 有三種途徑：Preiss-Handler 途徑、從頭合成途徑和補救合成途徑。雖然這三種途徑都能合成 NAD+，但也有主次之分。其中，前兩種合成途徑產生的 NAD+ 僅佔人體總 NAD+ 的約 15%，其餘 85% 是通過補救合成的方式實現的。換句話說，補救合成途徑是人體補充 NAD+ 的關鍵。

在 NAD+ 的前體中，煙酰胺（NAM）、NMN 和煙酰胺核糖（NR）都通過補救合成途徑合成 NAD+，因此這三種物質成為人體補充 NAD+ 的選擇。

雖然 NR 本身沒有副作用，但在 NAD+ 合成過程中，大部分 NR 並非直接轉化為 NMN，而是需要先被消化為 NAM，然後再參與 NMN 的合成，這仍然無法逃脫限速酶的限制。因此，通過口服 NR 補充 NAD+ 的能力也是有限的。

作為補充 NAD+ 的前體，NMN 不僅繞過了限速酶的限制，而且在體內吸收非常迅速，能直接轉化為 NAD+。因此，它可以作為一種直接、快速且有效的方法來補充 NAD+。

專家評論：

許琛琦（中國科學院分子細胞科學卓越創新中心，免疫學研究專家）

癌症治療是世界性難題。免疫療法的發展彌補了傳統癌症治療的局限性，擴展了醫生的治療手段。癌症免疫療法可分為免疫檢查點阻斷療法、工程化 T 細胞療法、腫瘤疫苗等。這些治療方法在癌症的臨床治療中發揮了一定作用。同時，這也使得當前免疫療法研究的重點在於如何進一步增強免疫療法的效果，並擴大免疫療法的受益人群。