コエンザイムNAD+は腫瘍免疫を高めることができます!中国科学院からの専門家コメント

2021年8月10日、上海科技大学の研究者たちは「NAD+サプリメントが腫瘍浸潤T細胞における欠陥あるTUBBY媒介NAMPT転写を救い、腫瘍殺菌機能を強化する」という論文をCell Reportsに発表し、CAR-T療法および免疫チェックポイント阻害剤治療中に補給されたNAD+がTの抗腫瘍活性を向上させることを明らかにしました。

現在、NAD+の補助前駆体である栄養製品として、人間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改善するための簡単かつ実現可能な新しい方法を提供します。

自然発生する腫瘍浸潤リンパ球(TILs)や遺伝子組み換えT細胞の導入、免疫チェックポイント遮断(ICB)によるT細胞機能向上の利用など、がん免疫療法は、治療難治性のがんに対して持続的な臨床応答を達成する有望なアプローチとして浮上しています(Lee et al., 2015;ローゼンバーグとレスティフォ(2015年)、シャルマとアリソン、2015年)。免疫療法は臨床で成功裏に利用されていますが、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ら、2017年)。腫瘍微小環境(TME)関連免疫抑制が、両免疫療法に対する低反応または全無反応の主な原因として浮上しています(Ninomiyaら、2015年;シェーンフェルドとヘルマン、2020年)。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は非常に緊急です。

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における栄養素を巡る和解不能な競争を示唆しています(Andrejeva and Rathmell, 2017;Changら、2015年)。制御されていない増殖の際、がん細胞はより速い代謝物生成のために代替経路を乗っ取る(Vander Heidenら、2009年)。その結果、栄養の枯渇、低酸素、酸性、そしてTME内で有毒になりう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ら, 2010)。実際、TILは成長中の腫瘍内でミトコンドリアストレスを経験し、疲弊することが多いです(Scharpingら, 2016)。興味深いことに、複数の研究ではTMEの代謝変化がT細胞の分化や機能活性を再形成する可能性も示されています(Bailisら、2019年;チャンら、2013年;Peng ら, 2016)。これらすべての証拠は、T細胞の代謝再プログラミングがストレスの高い代謝環境からそれらを救い、抗腫瘍活性を活性化させる可能性があるという仮説を立てるきっかけとなりました(Buckら、2016年;Zhang et al., 2017)。

本研究では、遺伝的スクリーニングと化学的スクリーニングの両方を統合することで、NAD+生合成に関与する重要な遺伝子であるNAMPTがT細胞活性化に不可欠であることを特定しました。NAMPT阻害はT細胞内で強力なNAD+低下を引き起こし、解糖系調節とミトコンドリア機能を妨害し、ATP合成を阻害し、T細胞受容体(TCR)の下流シグナル伝達カスケードを抑制しました。卵巣がん患者における末梢血単核細胞(PBMC)のT細胞よりもTILが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行い、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(事前)臨床で応用し、NAD+の補給が採用移植CAR-T細胞治療および免疫チェックポイント遮断療法において抗腫瘍殺菌活性を劇的に改善するという強い証拠を示し、NAD+代謝を標的化してがん治療に有望な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します

抗原刺激後、T細胞は代謝の再プログラムを受け、ミトコンドリア酸化からATPの主な供給源としての解糖作用へと移行します。細胞増殖とエフェクター機能を支えるのに十分なミトコンドリア機能を維持しつつ、NAD+がレドックスの主要な補酵素であることを踏まえ、研究者たち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+の効果を確認しました。in vitro実験の結果、NAD+欠損症はT細胞における解糖系、TCAサイクルおよび電子伝達連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、NAD+の欠如が主にT細胞内のATP産生を抑制し、その結果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細胞活性化に不可欠です

代謝再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細胞代謝を標的化することで、細胞レベルで免疫応答を調節する機会が得られます。腫瘍微小環境内の免疫細胞や自身の代謝レベルもそれに応じて影響を受けます。本記事の研究者たちは、ゲノム全体sgRNAスクリーニングおよび代謝関連の小分子阻害剤スクリーニング実験を通じて、NAMPTがT細胞の活性化に重要な役割を果たすことを発見しました。ニコチンアデニンジヌクレオチド(NAD+)は酸化還元反応のための補酵素であり、サルベージ経路、デノボ合成経路、プライス-ハンドラー経路を通じて合成可能です。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解析では、腫瘍浸潤T細胞のNAD+およびNAMPTレベルが他のT細胞よりも低いことがわかりました。研究者たちは、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一つである可能性があると推測しています。

3. T細胞の抗腫瘍活性を高めるためにNAD+を補う

免疫療法はがん治療における探索的な研究ですが、主な問題は最適な治療戦略と免疫療法の全体的な集団における効果です。研究者たちは、NAD+レベルを補給することでT細胞の活性化能力を高めることが、T細胞ベースの免疫療法の効果を高めるかどうかを調べたいと考えています。同時に、抗CD19 CAR-T治療モデルおよび抗PD-1免疫チェックポイント阻害剤治療モデルでは、NAD+の補給がT細胞の腫瘍殺除効果を有意に高めることが確認されました。研究者たちは、抗CD19 CAR-T治療モデルにおいて、NAD+を補給したCAR-T治療群のほぼ全てのマウスが腫瘍クリアランスを達成したのに対し、NAD+を補給していないCAR-T治療群では約20%のマウスのみが腫瘍クリアランスを達成したことを発見しました。これに一致して、抗PD-1免疫チェックポイント阻害剤治療モデルにおいて、B16F10腫瘍は抗PD-1治療に対して比較的耐性があり、阻害効果は有意ではありません。しかし、抗PD-1およびNAD+治療群におけるB16F10腫瘍の増殖は有意に抑制される可能性があります。これに基づき、NAD+補給はT細胞ベースの免疫療法の抗腫瘍効果を高めることができます。

4. NAD+の補う方法

NAD+分子は大きく、人体で直接吸収・利用されることはありません。経口直接摂取されたNAD+は、主に小腸のブラシ境界細胞によって加水分解されます。考え方の観点から言えば、NAD+を補う別の方法もあります。それは、特定の物質を補う方法を見つけて、人体で自律的にNAD+を合成できるようにすることです。人体でNAD+を合成する方法は3つあります:プライス-ハンドラー経路、新規合成経路、サルベージ合成経路です。NAD+を合成できる3つの方法もありますが、一次と二次的な区別もあります。その中で、最初の2つの合成経路によって産生されるNAD+はヒトNAD+全体の約15%に過ぎず、残りの85%は修復合成によって達成されます。言い換えれば、サルベージ合成経路は人体がNAD+を補う鍵となります。

NAD+の前駆体としては、ニコチンアミド(NAM)、NMN、ニコチンアミドリボース(NR)がサルベージ合成経路を通じてNAD+を合成するため、これら3つの物質はNAD+のサプリメントとして体が選択するものとなっています。

NR自体には副作用はありませんが、NAD+合成の過程で大部分は直接NMNに変換されず、まずNAMに消化され、その後NMNの合成に参加する必要がありますが、それでもなお速度制限酵素の限界から逃れられません。したがって、経口NR投与によるNAD+補う能力も限られています。

NAD+補給の前駆体として、NMNは制限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+に変換されます。したがって、NAD+を直接的かつ迅速かつ効果的に補う方法として利用できます。

専門家レビュー:

徐晨奇(中国科学院分子細胞科学卓越革新センター、免疫学研究専門家)

がん治療は世界の問題です。免疫療法の発展により、従来のがん治療の限界を補い、医師の治療法も広がりました。がん免疫療法は免疫チェックポイント遮断療法、遺伝子操作T細胞療法、腫瘍ワクチンなどに分類されます。これらの治療法は、がんの臨床治療において一定の役割を果たしてきました。同時に、免疫療法の効果をさらに高め、受益者を拡大する方法に免疫療法研究の焦点が当てられています。