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《自然评论·癌症》:自然杀伤细胞——细胞免疫疗法的下一个“引爆点”!

说到过继性细胞免疫治疗,大家第一时间想到的肯定是CAR-T疗法,CAR-T治疗血液系统癌症确实表现出色,让许多患者达到了长期缓解,乃至实现了新生。

 

CAR-T疗法的成功,也带动起了整个细胞免疫疗法领域的发展,进入科学家和医生们视野的也不再只有T细胞。把其它类型的免疫细胞武装起来,同样可以作为抗击癌症的有力武器。

 

自然杀伤细胞(NK Cells),就很可能是细胞免疫疗法的下一位主角,相关探索正开展得如火如荼,已经有过登顶《新英格兰医学杂志》的早期出色数据[1]。对这样一个飞速前行的领域,相信很多读者也像奇点糕一样求知欲满满吧?

 

近期在《自然评论·癌症》上,得克萨斯大学MD安德森癌症中心团队就专门发文,全面盘点了NK细胞的生理特性、当前增强NK细胞抗癌能力的各种不同策略,以及早期临床探索的经验和教训[2],大家就一起来过把知识的瘾吧!

 

 

 

NK细胞的生理特性及其用于免疫疗法的优势

 

NK细胞是人体先天免疫系统的一部分,传统分类方法基于两种表面蛋白,将NK细胞分为两个主要亚群,即CD56dimCD16+(具有细胞毒性的效应细胞)和CD56brightCD16low/(发挥免疫调节功能、产生细胞因子)两大类。

 

而从功能上看,NK细胞具有免疫调节、免疫监视乃至免疫记忆等多重功能,其中最突出的就是它们强大的杀伤力NK细胞能通过释放溶细胞颗粒、细胞毒性细胞因子、激活抗体依赖性细胞毒作用(ADCC)等方式来杀伤目标细胞。

 

NK细胞与T细胞不同,它并不需要特异性的抗原致敏,因此不受主要组织相容性复合体(MHC)的限制,而如果癌细胞像躲避T细胞一样,想通过下调MHC-I类分子的表达来躲过NK细胞,那就正中免疫系统的下怀了,因为这反而会让NK细胞察觉到异常并发起攻击,即所谓的丢失自我(Missing-self)识别假说[3]

 

 

NK细胞对异己的识别和丢失自我假说

 

免疫治疗时NK细胞的来源

 

与其它类型的免疫细胞类似,癌症患者体内的NK细胞功能往往也是异常的,再加上制备自体细胞流程比较繁琐,当前的NK细胞疗法基本都使用异基因来源的NK细胞,且这不会导致移植物抗宿主病(GvHD)风险。

 

目前NK细胞的来源包括外周血单个核细胞(PBMCs)、造血干/祖细胞(HSPCs)、诱导性多能干细胞(iPSCs)、脐带血和永生细胞系等,不同来源各有其优劣性,其中基于脐带血和iPSCs的疗法开发进度相对最快。

 

 

 

如何增强NK细胞的抗肿瘤能力?

 

1)采用嵌合抗原受体进行修饰

 

嵌合抗原受体(CAR)能修饰T细胞,搞出大获成功的CAR-T疗法,那也可以把NK细胞“CAR一下,让NK细胞能够识别癌细胞表面抗原,而且与CAR有关的抗原非依赖性信号(tonic signaling),也可能更好地激活NK细胞的抗肿瘤活性。

 

 

 

各种在CAR-T疗法身上尝试的新技术,应该也可以无缝衔接到NK细胞这边来。当然,基于CAR技术的细胞疗法也暴露出了一些问题,因此也有研究在尝试为NK细胞加装T细胞受体(TCR)。

 

2)利用NK细胞接合分子

 

虽说NK细胞不需要MHC类分子呈递的抗原来识别癌细胞,但它们也可以在结合癌细胞表面的目标抗原后被激活,进入抗肿瘤战斗模式,而负责结合抗原的就是所谓的NK细胞接合分子(NK Cell EngagersNKCE

 

为了充分激活NK细胞,当前正在设计和研发的NKCE往往采用三特异性/四特异性设计,不仅能同时结合多个抗原,还要靶向NK细胞表面的多种激活性受体[4],这些NKCE向临床的转化也值得期待。

 

 

CAR-NKTCR-NKNKCE技术路线

 

3)细胞因子介导的NK功能强化

 

前面提到的CARNKCE两条路,主要是增强NK细胞识别和杀伤癌细胞的特异性,但NK细胞还受到IL-2IL-15IL-21等多种细胞因子的极大影响,因此也可以从细胞因子角度入手,来让NK细胞的抗肿瘤活性强力且持久。

 

不过有研究发现,持续外源性补充细胞因子,可能会导致NK细胞的细胞因子成瘾性,不利于维持抗肿瘤活性。目前关注度较高的方法,是通过对NK细胞的基因进行改造,使其具备自分泌特定细胞因子的能力,这样不仅能激活NK细胞自身,还可能影响肿瘤微环境中其它类型的免疫细胞,来个一石多鸟。

 

4)克服免疫抑制

 

人体内不利于免疫细胞的抑制性因素实在很多,对NK细胞而言,已被证实的抑制性因素包括免疫微环境乏氧(可通过抑制HIF-1α应对)、代谢性抑制(如乳酸脱氢酶/LDH)、抑制性信号通路(如TGF-β)等,都需要见招拆招来破解。

 

 

导致NK细胞免疫功能被抑制的因素和破解策略

 

5)免疫检查点功能异常

 

T细胞活性会被大名鼎鼎的免疫检查点PD-1CTLA-4限制,而NK细胞主要的抑制性免疫检查点也有两个,即杀伤细胞免疫球蛋白样受体(KIR)和NKG2A/CD94受体:靶向KIR的单抗并未能取得成功,这可能因为抑制KIR也会影响NK细胞的教育”[5-6],而靶向NKG2A的单抗已经挺进到了临床III期阶段。

 

6)强化NK细胞移动到肿瘤部位的能力

 

NK细胞向肿瘤部位的移动,同样主要受到趋化因子及其受体的调控,而且不同肿瘤的趋化因子调控及影响因素都存在差异,因此可能需要外源性补充趋化因子,或采用放疗诱导趋化因子释放等方式,增强NK细胞对肿瘤的浸润。

 

来自临床研究的经验教训

 

从目前已知的临床研究结果来看,基于NK细胞的CAR-NK等疗法,相比CAR-T疗法安全性更好,临床研究中并未观察到细胞因子释放综合征(CRS)等问题,且PBMCsHSPCs、脐带血等不同来源的异基因NK细胞治疗都比较精准安全,还有研究尝试使用记忆性NK细胞,以实现持久的疾病控制。

 

不过NK细胞疗法目前的探索也像CAR-T疗法一样,主要局限于血液系统肿瘤,为了进一步提高疗效、扩展应用范围,还要加紧进一步的基础科研和转化研究,分析影响NK细胞抗肿瘤活性的机制,尝试用联合治疗策略破解各种障碍。

 

结语

 

基于NK细胞的免疫细胞疗法有着固有的优势,例如NK细胞的来源不局限于患者,能够制备为现货型(Off-the-shelf)免疫细胞疗法,治疗安全性更好等等,但为了让NK细胞疗法真正成熟,走向更广阔的天地,科学家和医生们还需要破解许多难题,而随着免疫细胞疗法的飞速发展,许多新技术也有望嫁接到NK细胞疗法当中,但也要密切关注与治疗和基因改造NK细胞有关的安全性问题。

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