輔酶NAD+能增強腫瘤免疫力！中國科學院專家評論

2021年8月10日，上海理工大學研究人員發表文章，題為《NAD+補充劑透過拯救腫瘤浸潤T細胞中缺陷的TUBBY介導NAMPT轉錄，增強腫瘤殺滅功能》，揭示NAD+在CAR-T治療及免疫檢查點抑制劑治療中補充後，能提升T的抗腫瘤活性。

目前，NAD+作為營養產品的補充前驅物已經驗證對人體食用安全性。這項成就提供了一種簡單且可行的新方法，能提升T細胞的抗腫瘤活性。

癌症免疫療法，包括採用自然存在的腫瘤浸潤淋巴球（TILs）及基因工程T細胞，以及利用免疫檢查點阻斷（ICB）提升T細胞功能，已成為對本來治療無效癌症達成持久臨床反應的有前景方法（Lee 等，2015;Rosenberg 與 Restifo，2015;Sharma 和 Allison，2015）。儘管免疫療法已在臨床上成功應用，但受益的患者數量仍有限（Fradet 等，2019;Newick 等，2017）。腫瘤微環境（TME）相關的免疫抑制已成為兩種免疫療法反應低或無反應的主要原因（Ninomiya 等，2015;Schoenfeld 與 Hellmann，2020）。因此，研究並克服免疫療法中TME相關限制的努力極為迫切。

免疫細胞與癌細胞共享許多基本代謝途徑，這暗示TME中營養素存在不可調和的競爭（Andrejeva 和 Rathmell，2017;Chang 等人，2015）。在不受控制的增殖過程中，癌細胞會劫持替代途徑以加快代謝物生成（Vander Heiden 等，2009）。因此，營養資源流失、缺氧、酸性及在TME中產生的有毒代謝物，可能阻礙免疫療法的成功（Weinberg 等，2010）。事實上，TILs常在腫瘤生長過程中經歷粒線體壓力並感到疲憊（Scharping 等，2016）。有趣的是，多項研究也指出，TME的代謝變化可能重新塑造T細胞分化及功能活性（Bailis 等，2019;Chang 等人，2013;Peng 等，2016）。所有這些證據啟發我們假設，T 細胞的代謝重編程可能將它們從壓力代謝環境中拯救出來，從而重新激活其抗腫瘤活性（Buck 等，2016;Zhang 等人，2017）。

在本次研究中，透過整合基因與化學篩選，我們確認NAMPT——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，進而干擾糖酵解調控與粒線體功能，阻斷 ATP 合成，並抑制 T 細胞受體（TCR）下游訊號傳遞級聯反應。基於觀察到TILs在卵巢癌患者周邊血單核細胞（PBMCs）中，NAD+和NAMPT表現水平相對較低，我們對T細胞進行基因篩檢，確認Tubby（TUB）是NAMPT的轉錄因子。最後，我們將這些基礎知識應用於（前期）臨床，並顯示強烈證據顯示，補充NAD+在採用轉移的CAR-T細胞療法及免疫檢查點阻斷療法中，能顯著提升抗腫瘤殺傷活性，顯示其在靶向NAD+代謝方面具有良好潛力，以更好治療癌症。

1. NAD+ 透過影響能量代謝調控 T 細胞的活化

抗原刺激後，T 細胞經歷代謝重編程，從粒線體氧化轉為糖酵解，成為主要的 ATP 來源。同時維持足夠的粒線體功能以支持細胞增殖與效應子功能。鑑於NAD+是氧化還原的主要輔酶，研究人員透過代謝質譜與同位素標記等實驗，驗證了NAD+對T細胞代謝水平的影響。體外實驗結果顯示，NAD+缺乏將顯著降低T細胞的糖酵解、TCA循環及電子傳遞鏈代謝水平。透過補充ATP的實驗，研究人員發現缺乏NAD+主要抑制T細胞中ATP的產生，從而降低T細胞活化程度。

2. NAMPT調控的NAD+救治合成途徑對T細胞活化至關重要

代謝重編程過程調控免疫細胞的活化與分化。針對T細胞代謝提供了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，其自身代謝水平也會相應受到影響。本文的研究人員透過全基因組的 sgRNA 篩選及代謝相關小分子抑制劑篩選實驗，發現 NAMPT 在 T 細胞活化中扮演重要角色。菸醯胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）是一種用於氧化還原反應的輔酶，可透過搶救途徑、新合成途徑及Preiss-Handler途徑合成。NAMPT 代謝酶主要參與 NAD+ 搶救合成途徑。臨床腫瘤樣本分析發現，腫瘤浸潤型T細胞的NAD+和NAMPT水準低於其他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研究，但主要問題在於最佳治療策略及免疫療法在整體人口中的療效。研究人員希望探討透過補充NAD+水平來提升T細胞活化能力，是否能增強T細胞免疫療法的效果。同時，在抗CD19 CAR-T治療模型及抗PD-1免疫檢查點抑制劑治療模型中，已證實補充NAD+顯著增強T細胞的腫瘤殺死效果。研究人員發現，在抗CD19 CAR-T治療模型中，幾乎所有補充NAD+的CAR-T治療組小鼠均達成腫瘤清除率，而未補充NAD+的CAR-T治療組僅約20%的小鼠達成腫瘤清除率。與此相符的是，在抗PD-1免疫檢查點抑制劑治療模型中，B16F10腫瘤對抗PD-1治療具有相對耐受性，抑制效果不顯著。然而，抗PD-1及NAD+治療組中B16F10腫瘤的生長可能被顯著抑制。基於此，NAD+ 補充能增強 T 細胞免疫療法的抗腫瘤效果。

4. 如何補充NAD+

NAD+ 分子體積較大，無法被人體直接吸收或利用。直接口服的NAD+主要由小腸刷狀細胞水解。在思考層面，確實還有另一種補充 NAD+ 的方法，就是找到一種補充某種物質的方法，使其能在人體中自主合成 NAD+。人體合成NAD+有三種方式：Preiss-Handler途徑、de novo合成途徑及搶救合成途徑。雖然三種合成方式可以合成NAD+，但兩者之間還有主要與次要的區別。其中，前兩條合成途徑產生的NAD+僅佔人類NAD+總量的約15%，其餘85%則是透過修復性合成達成。換句話說，回收合成途徑是人體補充NAD+的關鍵。

在NAD+的前驅物中，煙醯胺（NAM）、NMN和煙醯胺核糖（NR）都透過回收合成途徑合成NAD+，因此這三種物質已成為身體補充NAD+的首選。

雖然NR本身無副作用，但在NAD+合成過程中，大部分NR並未直接轉化為NMN，而是需先消化成NAM，然後參與NMN合成，而NMN仍無法擺脫速率限制酶的限制。因此，口服NR補充NAD+的能力也有限。

作為補充NAD+的前驅物，NMN不僅繞過限速酶的限制，還能在體內迅速吸收，並能直接轉換成NAD+。因此，它可以作為一種直接、快速且有效的補充NAD+的方法。

專家評論：

徐晨奇（中國科學院分子細胞科學卓越創新中心，免疫學研究專家）

癌症治療是世界上的一個問題。免疫療法的發展彌補了傳統癌症治療的限制，並擴展了醫師的治療方法。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扮演了一定的角色。同時，這也使免疫療法研究的焦點轉向如何進一步增強免疫療法的效果並擴大免疫療法的受益者。