補酵素NAD+は腫瘍免疫を強化できる！中国科学院の専門家コメント

2021年8月10日、上海科技大学の研究者らは、Cell Reports誌に「NAD+ supplement potentiates tumor killing function by rescuing defective TUBBY-mediated NAMPT transcription in tumor infiltrated T cells」と題する論文を発表し、CAR-T療法や免疫チェックポイント阻害剤療法においてNAD+を補充することで、T細胞の抗腫瘍活性を向上できることを明らかにしました。

現在、NAD+の前駆体サプリメントは栄養製品として、ヒトへの摂取安全性が検証されています。この成果は、T細胞の抗腫瘍活性を向上させるための簡便で実現可能な新しい方法を提供します。

がん免疫療法には、自然発生の腫瘍浸潤リンパ球（TIL）や遺伝子改変T細胞の養子移入、および免疫チェックポイント阻害（ICB）によるT細胞機能の増強が含まれ、これまで治療抵抗性のがんに対して持続的な臨床効果を得る有望なアプローチとして浮上しています（Lee et al., 2015; Rosenberg and Restifo, 2015; Sharma and Allison, 2015）。免疫療法は臨床で成功裏に使用されていますが、その恩恵を受ける患者数は依然として限られています（Fradet et al., 2019; Newick et al., 2017）。腫瘍微小環境（TME）関連の免疫抑制が、両免疫療法に対する低応答性や無応答性の主な理由として浮上しています（Ninomiya et al., 2015; Schoenfeld and Hellmann, 2020）。したがって、免疫療法におけるTME関連の制限を調査し克服する取り組みが緊急に求められています。

免疫細胞とがん細胞が多くの基本的な代謝経路を共有しているという事実は、TMEにおける栄養素の競合が避けられないことを示唆しています（Andrejeva and Rathmell, 2017; Chang et al., 2015）。制御不能な増殖中、がん細胞はより迅速な代謝物生成のために代替経路を乗っ取ります（Vander Heiden et al., 2009）。その結果、栄養素の枯渇、低酸素、酸性度、およびTMEで毒性を示す可能性のある代謝物の生成が、免疫療法の成功を妨げる可能性があります（Weinberg et al., 2010）。実際、TILは増殖する腫瘍内でミトコンドリアストレスを経験し、疲弊することがよくあります（Scharping et al., 2016）。興味深いことに、複数の研究はTMEの代謝変化がT細胞の分化と機能的活性を再形成できることを示しています（Bailis et al., 2019; Chang et al., 2013; Peng et al., 2016）。これらの証拠はすべて、T細胞の代謝リプログラミングがストレスのある代謝環境からそれらを救い、それによって抗腫瘍活性を再活性化する可能性があるという仮説を私たちに抱かせました（Buck et al., 2016; Zhang et al., 2017）。

本研究では、遺伝学的および化学的スクリーニングの両方を統合することにより、NAD+生合成に関与する重要な遺伝子であるNAMPTがT細胞の活性化に必須であることを特定しました。NAMPT阻害はT細胞のNAD+を大幅に減少させ、解糖調節とミトコンドリア機能を破壊し、ATP合成を遮断し、T細胞受容体（TCR）下流シグナル伝達カスケードを減弱させました。卵巣癌患者の末梢血単核細胞（PBMC）由来のT細胞と比較して、TILのNAD+およびNAMPT発現レベルが比較的低いという観察に基づき、T細胞で遺伝子スクリーニングを実施し、Tubby（TUB）がNAMPTの転写因子であることを特定しました。最後に、この基礎知識を（前）臨床に応用し、NAD+の補充が養子移入CAR-T細胞療法と免疫チェックポイント阻害療法の両方で抗腫瘍殺傷活性を劇的に改善するという非常に強力な証拠を示し、NAD+代謝を標的とすることでがんをより良く治療する可能性を示しました。

1.NAD+はエネルギー代謝に影響を与えることでT細胞の活性化を調節する

抗原刺激後、T細胞はミトコンドリア酸化から解糖を主なATP源とする代謝リプログラミングを受けます。細胞増殖とエフェクター機能を支持するために十分なミトコンドリア機能を維持しながら。NAD+がレドックスの主要な補酵素であることを考慮し、研究者らは代謝質量分析や同位体標識などの実験を通じて、T細胞の代謝レベルに対するNAD+の影響を検証しました。in vitro実験の結果は、NAD+欠乏がT細胞の解糖、TCA回路、電子伝達鎖代謝のレベルを有意に低下させることを示しています。ATP補充実験を通じて、研究者らはNAD+の欠乏が主にT細胞のATP産生を阻害し、それによってT細胞の活性化レベルを低下させることを発見しました。

2.NAMPTによって調節されるNAD+サルベージ合成経路はT細胞の活性化に必須である

代謝リプログラミングプロセスは免疫細胞の活性化と分化を調節します。T細胞代謝を標的とすることは、細胞レベルで免疫応答を調節する機会を提供します。腫瘍微小環境内の免疫細胞は、自身の代謝レベルも相応に影響を受けます。この論文の研究者らは、ゲノムワイドsgRNAスクリーニングと代謝関連低分子阻害剤スクリーニング実験を通じて、T細胞の活性化におけるNAMPTの重要な役割を発見しました。ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD+）はレドックス反応の補酵素であり、サルベージ経路、de novo合成経路、Preiss-Handler経路を通じて合成できます。NAMPT代謝酵素は主にNAD+サルベージ合成経路に関与しています。臨床腫瘍サンプルの分析により、腫瘍浸潤T細胞では、そのNAD+レベルとNAMPTレベルが他のT細胞よりも低いことがわかりました。研究者らは、NAD+レベルが腫瘍浸潤T細胞の抗腫瘍活性に影響を与える要因の1つである可能性があると推測しています。

3.NAD+を補充してT細胞の抗腫瘍活性を強化する

免疫療法は癌治療において探索的な研究が行われてきたが、主な問題は最適な治療戦略と全体的な集団における免疫療法の有効性である。研究者らは、NAD+レベルを補充することでT細胞の活性化能を高め、T細胞ベースの免疫療法の効果を増強できるかどうかを研究したいと考えている。同時に、抗CD19 CAR-T療法モデルと抗PD-1免疫チェックポイント阻害剤療法モデルにおいて、NAD+の補充がT細胞の腫瘍殺傷効果を有意に増強することが検証された。研究者らは、抗CD19 CAR-T治療モデルにおいて、NAD+を補充したCAR-T治療群のほぼ全てのマウスが腫瘍消失を達成したのに対し、NAD+を補充しなかったCAR-T治療群では約20%のマウスしか腫瘍消失を達成しなかったことを見出した。これと一致して、抗PD-1免疫チェックポイント阻害剤治療モデルでは、B16F10腫瘍は抗PD-1治療に対して比較的耐性があり、その抑制効果は顕著ではない。しかし、抗PD-1とNAD+治療群におけるB16F10腫瘍の増殖は有意に抑制され得る。これに基づき、NAD+の補充はT細胞ベースの免疫療法の抗腫瘍効果を増強できる。

4. NAD+の補充方法

NAD+分子は大きく、人体が直接吸収・利用することはできない。経口摂取されたNAD+は主に小腸の刷子縁細胞によって加水分解される。考え方としては、NAD+を補充する別の方法が確かにある。それは、ある物質を補充することで、人体内で自律的にNAD+を合成できるようにする方法である。人体内でNAD+を合成する方法は3つある：Preiss-Handler経路、新規合成経路、救済合成経路である。3つの経路はいずれもNAD+を合成できるが、主次もある。そのうち、最初の2つの合成経路で産生されるNAD+は人体の総NAD+の約15%に過ぎず、残りの85%は救済合成の方法で達成される。言い換えれば、救済合成経路が人体がNAD+を補充する鍵となる。

NAD+の前駆体の中で、ニコチンアミド（NAM）、NMN、ニコチンアミドリボシド（NR）はすべて救済合成経路を通じてNAD+を合成するため、これら3つの物質が体内でNAD+を補充するための選択肢となっている。

NR自体には副作用がないが、NAD+合成の過程で、その大部分は直接NMNに変換されるのではなく、まずNAMに消化されてからNMNの合成に関与する必要があり、やはり律速酵素の制限を逃れることはできない。したがって、NRを経口投与してNAD+を補充する能力も限られている。

NAD+を補充する前駆体として、NMNは律速酵素の制限を回避するだけでなく、体内で非常に速く吸収され、直接NAD+に変換され得る。したがって、NAD+を補充する直接的で迅速かつ効果的な方法として使用できる。

専門家レビュー：

許琛琦（中国科学院分子細胞科学卓越創新中心、免疫学研究専門家）

癌治療は世界共通の難題である。免疫療法の発展は従来の癌治療の限界を補い、医師の治療方法を拡大した。癌免疫療法は、免疫チェックポイント阻害療法、遺伝子工学T細胞療法、腫瘍ワクチンなどに分けられる。これらの治療方法は癌の臨床治療において一定の役割を果たしている。同時に、これにより現在の免疫療法研究の焦点は、免疫療法の効果をさらに高め、免疫療法の受益者を拡大することに置かれている。