코엔자임 NAD+는 종양 면역을 향상시킬 수 있습니다! 중국과학원 전문가 의견

2021년 8월 10일, 상하이과학기술대학교 연구진은 'NAD+ 보충제가 종양 침윤 T 세포에서 결함 있는 TUBBY 매개 NAMPT 전사를 구함으로써 종양 제거 기능을 강화한다'는 논문을 Cell Reports에 발표했으며, CAR-T 치료 및 면역 체크포인트 억제제 치료 중 보조된 NAD+가 T의 항종양 활성을 향상시킬 수 있음을 밝혔습니다.

현재 NAD+의 보충 전구체인 영양 제품이 인간 섭취 안전성을 입증했습니다. 이 성과는 T 세포의 항종양 활성을 개선할 수 있는 간단하고 실현 가능한 새로운 방법을 제시합니다.

자연적으로 발생하는 종양 침윤 림프구(TIL)와 유전자 조작 T 세포의 도입 이식, 그리고 T 세포 기능을 증진하기 위한 면역 차단 차단(ICB) 사용이 포함된 암 면역치료법들이 치료 불가성에 대한 지속 가능한 임상 반응을 달성하는 유망한 접근법으로 떠오르고 있습니다(Lee et al., 2015; 로젠버그와 레스티포, 2015; 샤르마와 앨리슨, 2015). 면역치료가 임상에서 성공적으로 사용되었음에도 불구하고, 이로 인해 혜택을 받는 환자 수는 여전히 제한적입니다(Fradet et al., 2019; Newick 외, 2017). 종양 미세환경(TME) 관련 면역억제가 두 면역요법 모두에서 낮은 및/또는 반응이 없는 주요 원인으로 떠오르고 있습니다(Ninomiya et al., 2015; 쇤펠트와 헬만, 2020). 따라서 면역 치료에서 TME 관련 한계를 조사하고 극복하는 노력이 매우 시급합니다.

면역 세포와 암세포가 많은 기본 대사 경로를 공유한다는 사실은 TME에서 영양소를 둘러싼 불가능한 경쟁을 의미합니다(Andrejeva and Rathmell, 2017; 창 외, 2015). 통제되지 않은 증식 과정에서 암세포는 대체 경로를 장악하여 더 빠른 대사물 생성을 수행합니다(Vander Heiden 외, 2009). 그 결과, 영양분 고갈, 저산소, 산도, 그리고 TME 내에서 독성이 될 수 있는 대사산물 생성이 면역치료의 성공을 저해할 수 있습니다(Weinberg et al., 2010). 실제로 TIL은 성장하는 종양 내에서 미토콘드리아 스트레스를 자주 경험하여 탈진합니다(Scharping 등, 2016). 흥미롭게도, 여러 연구는 TME의 대사 변화가 T 세포 분화와 기능 활성에 변화를 일으킬 수 있음을 시사합니다(Bailis et al., 2019; 창 외, 2013; Peng 외, 2016). 이 모든 증거는 T 세포의 대사 재프로그래밍이 스트레스가 받는 대사 환경에서 그들을 구해내어 항종양 활성을 재활성화할 수 있다는 가설을 세우게 했습니다 (Buck et al., 2016; Zhang 외, 2017).

이번 연구에서는 유전적 및 화학적 스크리닝을 통합하여 NAD+ 생합성에 관여하는 핵심 유전자인 NAMPT가 T 세포 활성화에 필수적임을 확인했습니다. NAMPT 억제는 T 세포에서 NAD+ 감소를 강하게 일으켜 당해 조절과 미토콘드리아 기능을 방해하고, ATP 합성을 차단하며, T 세포 수용체(TCR)의 하위 신호 전달 연쇄 반응을 억제했습니다. 난소암 환자에서 TILs가 말초혈 단핵세포(PBMC)의 T 세포보다 상대적으로 낮은 NAD+ 및 NAMPT 발현 수준을 보인다는 관찰을 바탕으로, 우리는 T 세포에서 유전자 선별을 실시했고, Tubby(TUB)가 NAMPT의 전사 인자임을 확인했습니다. 마지막으로, 이 기본 지식을 (사전) 임상에 적용하여 NAD+ 보충이 채택 이식 CAR-T 세포 치료와 면역 체크포인트 차단 치료 모두에서 항종양 살상 활성을 극적으로 향상시킨다는 강력한 증거를 보여주었으며, 이는 NAD+ 대사를 표적으로 하여 암 치료에 더 잘 활용할 수 있는 유망한 잠재력을 시사하였습니다.

1. NAD+는 에너지 대사에 영향을 줌으로써 T 세포의 활성화를 조절합니다

항원 자극 후, T 세포는 미토콘드리아 산화에서 ATP의 주요 공급원으로서 당당과정에 이르기까지 대사 재프로그래밍을 겪습니다. 세포 증식과 효과기 기능을 지원할 수 있을 만큼 충분한 미토콘드리아 기능을 유지하면서도요. NAD+가 산화환원의 주요 보응효소임을 고려할 때, 연구진은 대사 질량분석법과 동위원소 표지 등의 실험을 통해 T 세포 내 대사 수준에 대한 NAD+의 효과를 검증했습니다. 시험관 내 실험 결과는 NAD+ 결핍이 T 세포의 당해, TCA 사이클 및 전자전달 사슬 대사 수준을 현지하게 감소시킬 것임을 보여줍니다. ATP 보충 실험을 통해 연구진은 NAD+ 부족이 주로 T 세포에서 ATP 생성을 억제하여 T 세포 활성화 수준을 낮춘다는 사실을 발견했습니다.

2. NAMPT가 조절하는 NAD+ 살베이지 합성 경로는 T 세포 활성화에 필수적입니다

대사 재프로그래밍 과정은 면역 세포의 활성화와 분화를 조절합니다. T 세포 대사를 표적으로 삼는 것은 세포 단위로 면역 반응을 조절할 기회를 제공합니다. 종양 미세환경 내 면역 세포들, 즉 자신의 대사 수준도 그에 따라 영향을 받게 됩니다. 이 글의 연구진은 유전체 전체 sgRNA 스크리닝과 대사 관련 소분자 억제제 스크리닝 실험을 통해 NAMPT가 T 세포 활성화에 중요한 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 니코티나마이드 아데닌 디뉴클레오타이드(NAD+)는 산화환원 반응을 위한 보응효소로, 구제 경로, 신생합성 경로, 프라이스-핸들러 경로를 통해 합성할 수 있습니다. NAMPT 대사 효소는 주로 NAD+ 구제 합성 경로에 관여합니다. 임상 종양 샘플 분석 결과, 종양 침윤 T 세포에서 NAD+ 및 NAMPT 수치가 다른 T 세포보다 낮았습니다. 연구자들은 NAD+ 수치가 종양 침투 T 세포의 항종양 활성에 영향을 미치는 요인 중 하나일 수 있다고 추측합니다.

3. T 세포의 항종양 활성을 높이기 위해 NAD+를 보충합니다

면역치료는 암 치료 분야에서 탐색적 연구였지만, 가장 큰 문제는 최선의 치료 전략과 전체 인구에서 면역치료의 효과입니다. 연구자들은 NAD+ 수치를 보충하여 T 세포의 활성화 능력을 향상시키는 것이 T 세포 기반 면역치료의 효과를 향상시킬 수 있는지 연구하고자 합니다. 동시에, 항-CD19 CAR-T 치료 모델과 항-PD-1 면역 체크포인트 억제제 치료 모델에서 NAD+ 보충이 T 세포의 종양 제거 효과를 유의미하게 증진시키는 것으로 확인되었습니다. 연구진은 항-CD19 CAR-T 치료 모델에서 NAD+ 보충군 거의 모든 쥐가 종양 제거율을 달성한 반면, NAD+ 보충을 받지 않은 CAR-T 치료군은 약 20%만이 종양 제거율을 달성했다는 사실을 발견했습니다. 이와 일치하게, 항PD-1 면역 체크포인트 억제제 치료 모델에서 B16F10 종양은 항PD-1 치료에 상대적으로 내성을 보이며, 억제 효과는 유의미하지 않습니다. 그러나 항PD-1 및 NAD+ 치료군에서 B16F10 종양의 성장은 유의미하게 억제될 수 있다. 이를 바탕으로 NAD+ 보충제는 T 세포 기반 면역치료의 항종양 효과를 향상시킬 수 있습니다.

4. NAD+ 보충 방법

NAD+ 분자는 크기가 커서 인체에 직접 흡수되거나 활용될 수 없습니다. 경구로 직접 섭취된 NAD+는 주로 소장의 브러시 경계 세포에 의해 가수분해됩니다. 사고 측면에서, NAD+를 보충하는 또 다른 방법이 실제로 있습니다. 즉, 특정 물질을 보충하여 인체에서 NAD+를 자율적으로 합성할 수 있도록 하는 방법을 찾는 것입니다. 인체에서 NAD+를 합성하는 방법은 세 가지가 있습니다: Preiss-Handler 경로, de novo 합성 경로, 그리고 살베이지 합성 경로입니다. 세 가지 방법이 NAD+를 합성할 수 있지만, 1차와 2차적 구분도 존재합니다. 그중 처음 두 합성 경로에서 생성되는 NAD+는 전체 인간 NAD+의 약 15%에 불과하며, 나머지 85%는 보완 합성을 통해 달성됩니다. 즉, 살베이지 합성 경로는 인체가 NAD+를 보완하는 핵심입니다.

NAD+의 전구체 중 니코틴아마이드(NAM), NMN, 니코틴아미드 리보스(NR)는 모두 구제 합성 경로를 통해 NAD+를 합성하므로, 이 세 물질은 NAD+ 보충제로 신체가 선택하는 물질이 되었습니다.

NR 자체는 부작용이 없지만, NAD+ 합성 과정에서 대부분은 NMN으로 직접 전환되지 않고 먼저 NAM으로 소화된 후 NMN 합성에 참여해야 하며, 이는 여전히 속도 제한 효소의 한계를 피할 수 없습니다. 따라서 경구 투여를 통한 NAD+보충 능력도 제한적입니다.

NAD+ 보충제의 전구체로서, NMN은 속도 제한 효소의 제한을 우회할 뿐만 아니라 체내에서 매우 빠르게 흡수되어 NAD+로 직접 전환될 수 있습니다. 따라서 NAD+를 보충하는 직접적이고 신속하며 효과적인 방법으로 사용할 수 있습니다.

전문가 리뷰:

쉬첸치 (중국과학원 분자세포과학 우수혁신센터, 면역학 연구 전문가)

암 치료는 전 세계적으로 큰 문제입니다. 면역치료의 발전은 전통적인 암 치료의 한계를 보완하고 의사들의 치료 방법을 확장시켰습니다. 암 면역치료는 면역 체크포인트 차단 요법, 엔지니어드 T 세포 치료, 종양 백신 등으로 나눌 수 있습니다. 이러한 치료법들은 암의 임상 치료에서 일정한 역할을 해왔습니다. 동시에, 이는 면역치료 연구의 현재 초점을 면역치료의 효과를 더욱 증진하고 면역치료의 수혜자를 확대하는 데 맞추게 합니다.