近年來,最火的癌症治療的方法,CAR-T免疫細胞療法絕對是關注焦點。免疫細胞治療的臨床研究在全球如火如荼的開展,隨著免疫療法被大眾所認識,免疫細胞的作用受到重視,那麼免疫細胞存儲有必要嗎?近日,美國食品藥品監督管理局(FDA)批准了一款針對廣泛期小細胞肺癌的CAR-T免疫細胞治療的新藥臨床試驗申請。據瞭解,肺癌是一種衰竭性疾病,其擴散速度迅速。小細胞肺癌患者五年的存活率僅為7%。此次治療肺癌實體瘤的CAR-T技術或能為小細胞肺癌的患者帶來全新的治療方案。這也反映出CAR-T免疫細胞治療實體瘤前景可期。

而我們所提到的CAR-T免疫細胞療法, ”T“是免疫T細胞,它在人體中是”員警“的角色,負責抵禦和消滅癌細胞。”CAR“全稱為嵌合抗原受體,它發揮著”GPS導航“的作用,專門用來識別癌細胞。當通過基因編輯技術,在免疫T細胞上啟動安裝“定位導航裝置”CAR,就相當於給了員警提供了精准的抓捕目標,並在身體內佈局了一張標明”敵人“所在位置的地圖,讓癌細胞無處遁形。

免疫療法遍地開花

CAR-T免疫療法在癌症治療上的奇效讓廣大腫瘤患者看到了希望,未來醫學,以CAR-T療法為代表的細胞治療會成為全球生物製藥行業最熱門的領域。據報導,經過近幾年的發展,中國CAR-T療法研究和臨床治療的效果均已經追上美國。據悉全球CAR-T臨床試驗已達718項,美國占284項,高居榜首;中國占228項,僅次於美國,目前已經處於世界領先行列。

免疫細胞存儲有必要嗎?

研究資料表明:人一生患重大疾病的概率為72.18%。未來醫學,細胞療法將成為治療癌症的重要舉措,及時存儲免疫細胞,就是給將來留下健康保障的生命種子。全球120萬個家庭選擇博雅提供的細胞科技。博雅在全國擁有北京、天津、無錫、深圳四大基地,集細胞的提取、運輸、製備、檢驗、儲存、研發於一體,提供私人定制的健康管理方案。隨著細胞治療和再生醫學技術的飛速發展,細胞應用必將有重大突破。免疫細胞存儲有必要嗎?免疫細胞存儲將成為免疫治療研發和應用的重要保障。人體細胞會隨著年齡增長逐步衰老甚至凋亡,免疫細胞數量和功能在20歲左右達到高峰期,之後會隨著年齡的增長細胞的功能逐步下降,所以及早存儲健康的免疫細胞,可以在未來留一份健康保障,儲存免疫細胞就是儲存生命的種子

前言

抗體依賴性細胞介導的細胞毒性(ADCC)是一種有效的細胞毒性機制,主要通過自然殺傷(NK)細胞介導。當特異性抗體結合到靶向細胞膜上以後,免疫細胞通過該反應誘導細胞死亡。這是抗體限制和控制感染的幾種主要機制之一。抗體和免疫細胞的相互作用通過一個受體家族發生:Fc受體(FcR)。在人類中,IgG的FcR家族(FcγR)由6個受體組成:FcγRI/CD64、FcγRIIa/CD32a、FcγRIIb/CD32b、FcγRIIc/CD32c、FcγRIIIa/CD16a和FcγRIIIb/CD16b,其中CD16a主要負責觸發NK細胞介導的ADCC。因此,對CD16a作用機制的瞭解,有助於我們通過改善單克隆抗體最大限度地發揮NK細胞的潛力,從而擴大癌症免疫治療的範圍。

ADCC的作用機制

NK細胞是一種天然的淋巴細胞,能夠非常有效地破壞應激細胞,如病毒感染或腫瘤轉化細胞。通常情況下,ADCC效應主要通過結合FCR的抗體啟動NK細胞,NK細胞膜上最具特徵的FcR就是FcγRIII(CD16),其中NK細胞主要表達CD16a,而CD16b僅限於中性粒細胞。人類NK細胞分為兩個主要亞群:CD56bright和CD56dim。CD56brightNK細胞是強有力的細胞因數產生者,但缺乏CD16a;而CD56dim具有高度的細胞毒性,表達CD16a。

當通過CD16a識別IgG調理的靶點時,NK細胞就會釋放不同的細胞毒性分子,從而引發靶細胞的死亡。這種機制依賴於免疫突觸的形成和含有穿孔素和顆粒酶的溶解顆粒的脫顆粒。除了脫顆粒外,NK細胞還可以通過將靶死亡受體(如DR4、DR5或Fas)與其死亡受體配體(如FasL和TRAIL)結合來清除靶細胞。

CD16a的生物學

CD16a是一種跨膜受體,具有短的C-ter胞質尾,並具有兩個細胞外Ig樣結構域。它的細胞內部分不具有任何信號成分,因此,為了傳遞信號,它需要兩條帶有免疫受體酪氨酸基啟動基序(ITAM)的信號鏈。

CD16a與IgG的CH2以1:1的方式相互作用,其中CH2上的N297位的 N-聚糖鏈在這種相互作用中也起著關鍵作用。因此,不僅氨基酸序列,其聚糖組成都可以極大地影響CD16a對Fc的親和力,從而影響ADCC的效力。

CD16a在其細胞質尾部不具有任何ITAM結構域,因此需要兩條含有ITAM結構域的細胞內鏈串聯的幫助,CD3ζ和Fc?RIγ。CD16a結合後,屬於Src家族的激酶Lck被啟動,並磷酸化CD3ζ和/或Fc?RIγ的ITAM結構域。磷酸化的ITAM允許來自Syk家族的激酶招募和磷酸化,例如Syk和ZAP-70,它們反過來負責後續的信號傳導。在它們的底物中,PI3K是高度相關的,因為它將PIP2轉化為PIP3,PIP3經PLC-γ處理後釋放IP3和DAG。DAG啟動PKC家族,這有助於觸發脫顆粒。IP3誘導鈣從內質網釋放,這種鈣內流是ADCC觸發的主要信號之一,也導致核內NFAT易位,誘導其靶基因的轉錄。CD16a參與啟動的其他途徑也有助於ADCC,例如ERK2 MAPK途徑。

CD16a依賴性NK細胞殺傷後,CD16a迅速下調。CD16a脫落的機制之一是由去整合素和金屬蛋白酶17(ADAM17)介導的,後者在NK細胞上表達。ADAM17對CD16a的切割發生在順式結構中,這意味著表達ADAM17的NK細胞不能在另一個NK細胞上誘導CD16a脫落。啟動後CD16a下調的另一個機制是內化,這不僅發生在CD16a上,也發生在其他細胞內信號成分上,如CD3ζ、ZAP-70和Syk。

提高ADCC作用的策略

細胞因數

提高ADCC活性的一個簡單方法是用促炎細胞因數刺激NK細胞。NK細胞移植已在多個臨床試驗中成功進行,例如通過輸注細胞因數誘導記憶樣(CIML)NK細胞,最常用的細胞因數組合包括IL-12、IL-15和IL-18。CIML NK細胞比傳統NK細胞表達更多的IFN-γ,對白血病細胞和原發性急性髓系白血病(AML)母細胞顯示出優越的細胞毒性。

IL-12會增加NK細胞產生IFN-γ和TNF-α,在一項I/II期臨床試驗中,西妥昔單抗與IL-12聯合應用於無法切除或復發的頭頸部鱗狀細胞癌患者。與無進展生存期(PFS)小於100天的患者相比, PFS大於100天的患者NK細胞在體外具有更高的ADCC活性。

IL-15是NK和CD8+T細胞生存和功能所必需的細胞因數。N-803是一種突變的N72D IL-15超激動劑,在臨床前模型和臨床試驗中顯示出增強的NK細胞體外和體內活性。此外,它還增加了NK和CD8+T細胞的數量。

抑制ADAM17

ADAM17是啟動後CD16a下調的主要驅動因素。改善NK細胞ADCC的一種策略是通過靶向ADAM17來防止CD16a脫落。研究發現,對NK細胞中使用CRISPR/Cas9技術敲除ADAM17,顯示出更好的IFN-γ生成和體內外ADCC活性。然而,也有研究顯示,阻斷ADAM17降低了NK細胞的存活率以及CD16a介導的連環殺傷,細胞無法與靶細胞分離,阻礙其運動到另一個靶細胞。

總之,ADAM17抑制的益處尚不清楚,結果也有爭議。這一策略是否能夠成功,有待于一項正在進行的臨床試驗(NCT04023071)結果,該試驗將評估攜帶不可切割CD16a的iPSC衍生NK細胞在AML和B細胞淋巴瘤中的應用。

工程化抗體

抗體的Fc部分進行工程化改造,可以增加Fc對CD16a的親和力,並隨後改善ADCC。一些突變非常流行,例如,所謂的GASDALIE,由Fc中的4個替換組成:G236A/S239D/A330L/I332E。該突變顯示對CD16a的親和力顯著增加,而CD32b親和力幾乎沒有增加。

另一個突變稱為突變體18(F243L/R292P/Y300L/V305I/P396L),ADCC顯著增加。這些突變現已作為抗HER2抗體margetuximab進入臨床,並在I期治療各種HER2陽性癌時顯示出良好的效果。

此外,抗體Fc N-聚糖的糖工程化有望增加對CD16a的親和力。研究最多的糖修飾是去糖基化,例如去岩藻糖修飾。這種修飾導致與CD16a的結合增加,ADCC改善。這項技術已被用於抗CD20抗體obinutuzumab。

NK細胞接合器

除了工程化抗體之外,還可以研究抗體的形式。基於雙特異性T細胞接合器(BiTE)策略的成功,為NK細胞開發了一種類似的形式,即所謂的雙特異性殺傷細胞接合器(BiKE)。BiKE由兩個scFv通過連接序列組成,一個單鏈抗體靶向CD16a,另一個靶向腫瘤抗原。

此外,還有三特異性殺傷細胞接合器(TRiKE),有2種腫瘤抗原與CD16a一起被靶向,或者添加IL-15代替第三種單鏈抗體。這種結構的使用允許NK細胞重新定位到腫瘤細胞,並導致針對靶細胞的強大ADCC作用。

AFM13是一種針對CD16a和CD30的雙特異性抗體,目前處於臨床Ⅱ期,用於治療外周T細胞淋巴瘤、轉化型蕈樣變性和霍奇金淋巴瘤。在一項治療復發或難治性霍奇金淋巴瘤的Ib臨床研究中,AFM13與pembrolizumab的聯合治療產生了88%的客觀反應率,總反應率為83%。GTB-3550是一種CD16/CD33/IL-15的TRiKE形式,目前正在進行多種類型白血病的I/II期試驗研究(NCT03214666)。

調節代謝途徑

代謝失調是腫瘤微環境中免疫抑制的關鍵驅動因素,許多研究已經表明,免疫細胞代謝對其功能至關重要。最近,一些代謝藥物在增強NK細胞活性方面顯示出有希望的結果。二甲雙胍,被證明可以增加免疫細胞配體的表達,尤其是ICAM-1的表達。ICAM-1是一種整合素,可以調節淋巴細胞細胞內信號,包括NK細胞。二甲雙胍與UCB聯合使用擴增NK細胞在體外和體內顯示出更高的腫瘤細胞清除率。

此外,另一種策略是直接調節NK細胞代謝。cMyc是調節小鼠NK細胞糖酵解和氧磷代謝機制的關鍵因數,缺乏cMyc會導致NK細胞反應受損。糖原合成酶激酶-3(GSK3)可介導小鼠NK細胞中cMyc的降解。與此一致,在AML患者的NK細胞中檢測到GSK3過度表達,並與針對AML細胞的細胞毒性受損有關,GSK3抑制劑可恢復這些NK細胞的活性。目前,一些臨床試驗正在評估GSK3抑制劑LY2090314對實體癌和血液癌的療效(NCT01632306、NCT01287520和NCT01214603)。

有待解決的問題

靶向CD16a可能有助於解決當前癌症免疫治療治療抗體的一些現有局限性,從而最大限度地提高ADCC促進更有利臨床結果的潛力。然而,依然有一些未解決的問題亟待回答:

靶向CD16a優於其他NK細胞啟動受體的優勢是什麼?

啟動NK細胞觸發ADCC的最有效方法是什麼?啟動NK細胞能在多大程度上觸發適應性免疫以增強總體抗腫瘤活性?

NK細胞接合器能促進NK細胞在腫瘤部位的歸巢和持續存在嗎?

腫瘤內CD16a+NK細胞和巨噬細胞的表達水準如何?由於CD16a在NK細胞和巨噬細胞上都有表達,因此我們有必要瞭解當特異性靶向CD16a時,不同免疫細胞類型相對於不同腫瘤實體的貢獻。

CD16a脫落對ADCC活性及其臨床療效的影響是什麼?用不可脫落的CD16改造細胞產品有好處還是壞處?

一線治療後NK細胞受體或靶向腫瘤抗原的下調是否會影響NK細胞接合器療法的療效?

NK細胞啟動劑的臨床療效如何受到患者年齡、治療開始時的健康狀況和預處理方案等參數的影響?

小結

自然殺傷細胞是一組獨特的抗腫瘤效應細胞,具有不受MHC限制的細胞毒性、產生細胞因數和免疫記憶等功能,使其成為先天性和適應性免疫反應系統中的關鍵角色。通過CD16a的ADCC作用是NK細胞發揮效應器功能的主要機制之一。因此,對CD16a的生物學的深入瞭解有助於我們找到增強ADCC作用的策略,從而提高NK細胞的抗腫瘤活性。

參考文獻:

1.From CD16a Biology toAntibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity Improvement. Front Immunol.2022;13: 913215.

2. Reimaginingantibody-dependent cellular cytotoxicity in cancer: the potential of naturalkiller cell engagers. Trends Immunol.2022 Nov;43(11):932-946

傳統免疫細胞療法(ICT)在實際應用上面臨的兩個關鍵挑戰在於成本高昂和製造複雜性。其它“通用型”可注射替代藥物(例如,雙抗治療血液惡性腫瘤)如果被證明具有同等效果,最終可能會取代ICT的使用。不過,免疫細胞通過工程改造能夠具有天然細胞中不存在的能力,例如改變和控制疾病微環境,這是傳統療法無法實現的。生產方面,已有自動化模組化的工藝能夠加快細胞治療的製備,以提高效率和降低成本。此外,使用工程化改造的“現貨”ICT或直接在體內工程化的ICT,已經熱度很高的研究領域,如果在未來獲得成功,可能會消除細胞療法當前的大部分問題。
近日,國際頂尖學術期刊 Science 發表了針對細胞工程的特刊。
針對CAR-T等工程化免疫細胞療法當前的局限性,題為:The future of engineered immune cell therapies 的特刊綜述,探討了細胞工程這一革命性技術未來將如何釋放更多的應用潛力來克服挑戰。

ICT正在基於T細胞、巨噬細胞、NK或DC等細胞進行開發,這些細胞來自患者自體,或來自“現貨”來源的細胞例如NK細胞系和iPSC。ICT領域當下發展迅猛,僅在clinicaltrials.gov上列出的“CAR-T細胞療法臨床試驗就有1000多項

挑戰與機遇

工程化T細胞療法在實體瘤中面臨著有效性的障礙,包括低效的腫瘤浸潤、抗原表達的異質性、功能持久性差、T細胞耗竭。多種免疫抑制機制已經確定,包括代謝抑制物質(腺苷)、檢查點分子(PD-L1)、抑制性轉化生長因數-β(TGF-β)、 IL-10等細胞因數,以及各種抑制性細胞類型(CAF、MDSC、Treg等)。

另外,ICT的毒性是一個特別令人擔憂的問題,尤其是在設計中努力放大免疫細胞的效應功能的情況下。 自體T細胞在安全性和長期移植潛力方面具有明顯的生物學優勢,但更“類藥”的通用型同種異體免疫細胞將更快地交付給患者,並降低製造成本。 如今基於不同細胞工程設計的新型細胞療法不斷出現,各路技術將有望逐漸解決當前的這些挑戰。 從細胞工程的角度來看,工程化改造技術在ICT的開發中發揮了三大關鍵作用 (圖1) :(i) 抗原受體工程,包括TCR、CAR;(ii) 宿主細胞基因組工程,針對細胞內信號通路的基因修飾,以調節細胞的代謝、生存和增殖等特性;(iii) 引入為免疫細胞提供新功能的輔助基因,包括加入治療性有效載荷,發揮協同作用。 這些設計可能會超過載體的DNA大小限制,需要基因遞送和製造方面的創新以確保其成功的臨床轉化。

抗原受體工程

CAR是免疫細胞治療中研究最多的受體之一。 邏輯電路CAR可以感知多種抗原並執行組合邏輯運算,有效地區分健康細胞和癌細胞,從而最大限度地減少“脫靶”效應。邏輯電路CAR還可以感受組織微環境中的因素,以説明控制工程細胞在組織中的位置。目前已有研究實現了多達三個輸入的CAR改造。這些複雜的設計很難通過用於其他治療方式 (例如小分子或工程蛋白) ,因此突出了細胞療法的獨特潛力。 邏輯門控CAR能夠説明減少免疫逃逸所帶來的癌症復發,並且已經在實體瘤和血液瘤顯示出潛力,包括“或閘”CAR (與兩種不同靶抗原之一結合而觸發) 、“及閘”CAR (僅當兩種不同的靶抗原同時參與時才被啟動) 等。 CAR與TCR相比,CAR擁有不依賴于患者MHC的優勢;而與TCR相比,CAR往往具有較低的抗原敏感性。一些新興技術結合了CAR和TCR的優勢: T細胞受體融合結構 (TRuCs) 由靶向腫瘤相關抗原的特異性抗體融合到5個TCR亞基的胞外N-末端組成,顯示出與CAR相似的抗原敏感性,同時降低炎性細胞因數的產生。 

圖片來源:Front Immunol

合成 T 細胞受體抗原受體 (STARs) 將兩個抗體scFv分別融合到TCR的α鏈和β鏈,已在研究中表現出顯著的體內活性和抗原敏感性。 

圖片來源:華夏英泰

治療性有效載荷

除了表達抗原特異性受體外,工程化免疫細胞以表達治療有效載荷,可以幫助調節細胞功能。分泌治療性藥物的“裝甲”CAR,可以採用細胞因數 (例如 IL-12、IL-15) 、治療性抗體 (例如抗 PD-L1) 、重塑腫瘤微環境或啟動前藥的酶作為有效載荷。 另一種策略是設計基因開關來調整有效載荷生產的強度和時間,提高安全性。例如,已批准的抗癌藥物來那度胺,可以被用於開啟或關閉免疫細胞的抗腫瘤活性,優化ICT的毒副作用和療效。 基因組工程 CRISPR技術為通用 CAR-T 細胞打開了大門利用CRISPR/Cas9系統同時破壞多個基因位元點產生TCR和HLA-I缺陷的CAR-T細胞,可以減少移植物抗宿主病 (GvHD) 和免疫排斥反應的發生。 除了基因敲除外,CRISPR–Cas9還可以通過HDR修復實現非病毒的CAR敲入 (例如Fate公司的FT819) 。相比於不可預測的NHEJ途徑,HDR介導的編輯可以在存在供體DNA範本的情況下,確保將基因精確插入特定基因座。該方法能夠幫助提高CAR-T細胞療法的穩健性,實現更均勻的CAR表達和增強的效力。

免疫細胞製造

ICT生產中最大的挑戰之一是使用病毒進行基因轉導,這是一個失敗率很高的複雜過程。為了克服這一挑戰,正在開發在原代人類免疫細胞中進行基因傳遞的非病毒方法,例如 mRNA 轉染或基於轉座子的基因組工程工具。 細胞來源的異質性是另一個挑戰,在使用患者來源的細胞時,患者的病史或疾病階段可導致T細胞功能障礙並改變免疫細胞組成,從而導致產生的免疫細胞產品品質不佳。 許多公司已經通過使用NK細胞或iPSC衍生的免疫細胞替代自體細胞,並結合基因組編輯工具,開發出了同種異體“現貨”細胞療法。然而,這些方法有其自身特定的挑戰。例如,NK細胞比T細胞更不容易被病毒轉導,而且基因組編輯也存在脫靶等問題。 工程免疫細胞療法已技術取得了長足進步,但尋找更安全、更有效的策略仍有巨大的探索空間。此外,業界正在不斷探索ICT在更多適應症中的應用,例如使用CAR-T來治療心力衰竭或其他纖維化疾病。 更重要的是,ICT不斷產生的人體試驗資料還為瞭解免疫系統在疾病中的功能提供了思路。譬如資料的不斷擴大可以説明發現介導疾病發生發展的新基因和新靶點,也可以説明電腦建模,以預測細胞療法和基於機器學習的資料分析中需要優化的關鍵參數。

參考資料 : https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq6990

NK 細胞具有獨特的抗腫瘤效應,不受MHC限制的細胞毒性、產生細胞因數和免疫記憶等功能,使其成為先天性和適應性免疫反應系統中的關鍵角色。CAR-NK 細胞療法是一個很有前途的臨床研究領域,對某些癌症患者具有良好的安全性和初步療效。

自然殺傷細胞 (Natural killer cell,NK細胞 ) ,是除 T細胞、B細胞之外的第三大類淋巴細胞,不僅與抗腫瘤、抗病毒感染和免疫調節有關,甚至參與超敏反應和自身免疫性疾病的發生。NK細胞來源於骨髓造血幹細胞,屬於先天免疫系統的核心細胞,約占血液中所有免疫細胞數量的15%;主要分佈于 外周血、肝臟和脾臟 。在人體內NK細胞主要特徵為 CD3CD56+ 淋巴細胞群。 國際頂級期刊 Nature Reviews Drug Discovery (IF=60.716) 雜誌上的一篇綜述,講述如何利用NK細胞開發腫瘤免疫細胞療法。

NK細胞生物學

NK細胞發現於20世紀70年代,主要與殺死感染的微生物和惡性轉化的同種異體和自體細胞有關。NK細胞來源於CD34+共淋巴祖細胞。據估計,NK細胞的半衰期大約為7~10天,占人類外周血淋巴細胞總數的10-15%,也存在於脾臟、肝臟、肺、骨髓和淋巴結中,它們通過與DC細胞的相互作用發揮關鍵的免疫調節功能。NK細胞是第一組固有淋巴樣細胞的典型成員, 具有分泌 IFN-γ 的能力  終末分化的 NK 細胞缺乏B淋巴細胞 (CD19+) 和 T 淋巴細胞 (CD3+) 的表型標記, CD56是NK細胞特徵的標誌 。人外周血NK細胞可分為CD56 bright 和CD56 dim 兩大類。

NK細胞屬於1型先天淋巴細胞,特徵之一是產生1型細胞因數 (如TNF和IFN-γ) 。NK細胞活性受其表面多種啟動性受體和抑制性受體 (KIR) 的調控。 啟動受體 包括:NCR、CD16、NKG2D、DNAM1和信號淋巴細胞啟動分子 (SLAM) 家族受體。 抑制性受體 包括:免疫球蛋白樣受體KIR、NKG2A和白細胞免疫球蛋白樣受體亞家族B成員。大多數正常細胞表達MHC-I,通過激發抑制信號來抑制NK細胞的活性。 而腫瘤細胞,則通過降低MHC-I的表達來試圖逃避CD8+CTL細胞的識別。如果MHC-I配體的丟失和/或啟動性受體的配體表達升高,則會改變NK細胞內的信號通路平衡,從而啟動NK細胞,攻擊與接觸的靶細胞。

圖1:KIR為人類NK細胞提供多樣性、耐受性和學習

如何增強NK細胞功能

 刺激NK細胞的細胞因數

啟動性或抑制性細胞因數的拮抗劑,或許是一種策略。比如,IL-2可促進T細胞和NK細胞的啟動和增殖。在體外,IL-2可啟動NK細胞,然而在體內卻受到Treg的抑制。很多公司正在開發選擇性啟動T細胞和NK細胞的IL-2類似物。比如賽諾菲公司的SAR444245,Alkermes公司開發的nemvaleukin alfa(ALKS 4230),Anaveon公司開發的IL-2R激動劑ANV419等等。

IL-15有望替代IL-2,可刺激NK細胞和CD8+T細胞,但不會啟動Treg細胞。目前,多款IL-15重組蛋白正在臨床試驗中接受測試。其中,ImmunityBio公司的IL-15超級激動劑Anktiva(N-803)已經在治療膀胱癌、惰性非霍奇金淋巴瘤等疾病的臨床試驗中獲得積極結果。

 激發ADCC反應的抗體

NK細胞可通過CD16受體介導的ADCC,殺死IgG1IgG3抗體靶向的細胞。NK細胞表面CD16的不同形態,會影響CD16與抗體Fc端的親和力。

具體來說,CD16蛋白第158位的氨基酸為苯丙氨酸(158F)時,與Fc的親和力低,而這一位置上的氨基酸為纈氨酸(158V)時,與Fc的親和力高。新一代單克隆抗體療法很多對Fc端進行了修飾,改善了它們與CD16的結合,促進了ADCC的產生。同時,很多抗體在合成時使用了預防抗體Fc端岩藻糖基化的哺乳動物培養系統,增強了它們與CD16的結合。

  雙特異性抗體

雙特異性抗體,可同時與啟動NK細胞的受體和腫瘤抗原相結合,促進更有效和持久的NK介導細胞毒性。 與單抗不同,這些融合蛋白可以被設計成與多種不同的腫瘤抗原和NK受體相結合,並且可以利用抗體可變區片段 (Fv) 與CD16結合,保證它們可以與158V C16和158F C16有效結合。類似的蛋白設計已經在雙特異性T細胞銜接器 (BiTE) 中得到應用。目前,Affimed公司開發的AFM13是臨床進展最快的CD16雙特異性抗體之一。這是一款靶向CD30的雙特異性抗體。在治療霍奇金和非霍奇金淋巴瘤患者的1期臨床試驗中,它與臍帶血來源的NK細胞聯用,在治療的12名患者中,達到100%的客觀緩解率。

 三特異性抗體

三特異性NK細胞銜接器不但可與腫瘤抗原和CD16受體結合,還可包含IL-15,從而與IL-15受體 (位於NK細胞表面) 相結合,增強NK細胞的活性 。三特異性抗體,由於具有同時與不同NK細胞受體結合的潛力,因此正在成為NK細胞免疫療法的一個令人興奮的前沿。不過,哪些啟動性受體組合能夠最大程度增強NK細胞的抗癌活性仍然需要更多研究。

過繼性NK細胞療法

NK細胞成為了研究人員開發新型免疫療法的理想選擇之一。目前,正在開發的NK細胞治療產品主要有兩類:一類是自體或是異體NK細胞治療產品,另一類是CAR-NK產品

NK細胞的種子細胞來源廣泛,包括外周血、臍帶血、多能幹細胞(ESC和 iPSC)和NK細胞系(如NK92細胞系等) 。iPSC的製備需要種子細胞少,可大量培養,成本較低,可實現自體供給,免疫原性較低。NK92細胞系可無限增殖,對凍融敏感性較低。

在增強NK細胞功能方面, 在體外培養過程中使用細胞因數進行刺激 ,常用的細胞因數是IL-2。近年來,IL-12,IL-15, IL-18,IL-21等刺激因數也被用於體外刺激NK細胞,並且能夠誘導成長期生存,具有記憶能力的NK細胞。

Affimed公司開發的靶向CD16/CD30雙特異性抗體AFM13也可以用於在體外預先與NK細胞結合,促進NK細胞對CD30+淋巴瘤的反應。

CAR-NK可賦予NK細胞靶向特定腫瘤的能力 。CAR-NK細胞與CAR-T細胞相比可以提供多種優勢,包括細胞因數釋放綜合征風險 (CRS) 更小,神經毒性更小。即使CAR-NK細胞失去了CAR,仍然可通過內在表達的啟動性受體識別和殺傷腫瘤細胞。除了CAR-NK,研發人員正在探索增強NK細胞功能的其他基因工程策略,包括通過 表達趨化因數受體 ,促進腫瘤浸潤。基於ADCC的療法可以在NK細胞上表達高親和力的138V CD16受體,與激發ADCC的抗體聯用構成組合療法。

最後, 使用CRISPR-Cas9基因編輯系統 可以 從NK細胞中敲除副調控因數。這些手段為構建更好的NK細胞療法提供了多種可能性。

小結

NK 細胞具有獨特的抗腫瘤效應不受MHC限制的細胞毒性產生細胞因數和免疫記憶等功能,使其成為先天性和適應性免疫反應系統中的關鍵角色。免疫細胞如何發揮作用仍有許多問題尚未解決。而對於實體瘤而言,目前也還並不清楚 NK 細胞是否會比T 細胞更容易地進入實體瘤。NK 細胞可以產生相關細胞因數來吸吸引其他免疫細胞,這可能會進一步增強抗腫瘤反應。CAR-NK 細胞療法是一個很有前途的臨床研究領域,對某些癌症患者具有良好的安全性和初步療效。相信,CAR-NK細胞療法可能會導致腫瘤免疫治療的革命性進展。

參考資料:

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[3] Le Saux and Schvartzman Advanced Materials and Devices for the Regulation and Study of NK Cells. Int. J. Mol. Sci.,  (2019).

[4] Zhang et al.,. CAR-NK cells for cancer immunotherapy: from bench to bedside. Biomarker Research,(2022)

[5]藥明康得:https://mp.weixin.qq.com/s/D-1sqaXMZMH6InR_ckxN0Q

在過去的十年裡,癌症免疫治療獲得了相當大的發展勢頭,特別是在免疫檢查點抑制[1]和過繼細胞治療(ACT)的形式,這包括在體外擴增時注入自體或同種異體淋巴細胞,以及(在某些情況下)基因工程。

在過去的十年裡,癌症免疫治療獲得了相當大的發展勢頭,特別是在免疫檢查點抑制[1]和過繼細胞治療(ACT)的形式,這包括在體外擴增時注入自體或同種異體淋巴細胞,以及(在某些情況下)基因工程。然而,儘管表達自體嵌合抗原受體(CAR)的T細胞已迅速成為治療各種血液系統惡性腫瘤的中流砥柱,但這種ACT變體尚未被批准用於實體腫瘤的治療,也沒有其他形式的ACT獲得監管部門批准用於癌症患者的常規臨床應用。此外,儘管接受表達CAR的T細胞的血液腫瘤患者中有80%以上經歷(通常是深刻的)客觀反應,但其中相當大一部分患者最終會復發,通常(但不總是)是由於抗原CAR靶點的喪失。因此,ACT領域有很大的改進空間。

圖片來源:https://doi.org/10.1186/s12943-022-01672-z

近日,來自瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡研究所腫瘤學-病理學系的研究者們在Molecular Cancer雜誌上發表了題為“NK cells and solid tumors: therapeutic potential and persisting obstacles”的綜述性文章,該研究回顧了在實體腫瘤中抑制NK細胞的代謝和細胞屏障,同時討論了避開這些障礙以達到更好的治療活性的潛在策略。自然殺傷細胞(NK細胞)是一種天生的淋巴細胞,具有很強的細胞毒活性,近年來作為潛在的抗癌治療藥物引起了人們的關注。雖然NK細胞介導了白血病患者的鼓勵性反應,但NK細胞輸注對實體瘤患者的治療效果有限。臨床前和臨床資料表明,NK細胞輸注治療實體腫瘤的療效受到多種因素的阻礙,包括腫瘤的侵襲不足和腫瘤微環境(TME)的持續/啟動。TME的一些代謝特徵,包括低氧以及腺苷、活性氧和前列腺素水準的升高,都會對NK細胞活性產生負面影響。此外,腫瘤相關的成纖維細胞、腫瘤相關的巨噬細胞、髓系來源的抑制細胞和調節性T細胞主動抑制NK細胞依賴的抗癌免疫。

實體瘤中免疫和基質屏障對最佳NK細胞活性的影響

圖片來源:https://doi.org/10.1186/s12943-022-01672-z

總之,雖然還需要進一步的工作,但研究者推測,旨在實現強大的腫瘤侵襲和保護NK細胞免受TME代謝和免疫條件影響的組合策略是釋放過繼轉移的NK細胞對人類實體瘤治療潛力的關鍵。(生物穀 Bioon.com)

參考文獻Le Tong et al. NK cells and solid tumors: therapeutic potential and persisting obstacles. Mol Cancer. 2022 Nov 1;21(1):206. doi: 10.1186/s12943-022-01672-z.

臍帶血中的寶藏細胞——NK細胞

有人把臍帶血稱做是一種“寶藏”,因為它內含豐富的造血幹細胞,我們一提到臍帶血,首先想到的就是幹細胞(包括造血幹細胞、間充質幹細胞、內皮祖細胞)。但科學家們發現,臍帶血的其他一些細胞成分,也具有治療疾病的作用。比如,臍帶血中的NK細胞和調節T細胞,可以預防骨髓移植的移植物抗宿主病,也可以用於改善糖尿病、風濕性關節炎和多發性硬化等自身免疫性疾病。什麼是NK細胞?

Natural Killer Cell:NK細胞又稱為自然殺傷細胞,它屬於淋巴細胞,也是人體免疫細胞的一種。NK細胞其作用表現在以下幾個方面:

1.NK細胞具有抗病毒的作用,在其機體受到病毒感染時,不需要抗原刺激,就可以產生細胞因數、白細胞介素和干擾素等,對抗腫瘤的發生和病毒感染;

2.在腫瘤中起到很好的監視作用,會監視人體免疫壽命和腫瘤細胞的損傷情況等;

3.NK細胞能夠調節人體免疫功能,防止產生自身免疫性疾病以及其他免疫功能的異常。

因此,在臨床中通過檢測NK細胞的功能,可以瞭解病人的免疫狀態,從而來判斷患者是否患有免疫功能低下、免疫功能亢進以及免疫增殖病等疾病,進行綜合性的分析。NK細胞,是在移植後第一批再生的免疫細胞,有助於防止疾病的復發。它們還顯示,對某些癌症類型具有靶向性,比如白血病、淋巴瘤、黑色素瘤(一種皮膚癌)、腎細胞癌(腎癌)以及乳腺癌和卵巢癌。所有的這些優點,使NK細胞成為治療慢性或耐藥癌症患者的最佳選擇。

NK細胞免疫療法具體有以下6大優勢:

1.免疫細胞治療是繼手術、化療和放療之後的第四種治療方法。NK細胞治療配合放化療,可以有效清除手術不能完全切除的腫瘤細胞;

2.NK細胞治療聯合放化療,可以提高放化療的療效,降低副作用;

3.對於不適合做手術或者放化療的晚期癌症患者,NK細胞治療是其較好的選擇;

4.術後定期採用NK細胞治療,可以預防癌症的復發和轉移;

5.減緩癌性疼痛,改善睡眠,提高患者生命品質,延長患者的生命週期;

6.亞健康人群,採用NK細胞治療可以降低患癌風險。

臍帶血NK細胞的妙用 Cord Blood NK Cells

相對血液和骨髓,NK細胞及其祖細胞在臍帶血中最為豐富。在研究中,研究人員發現一個單位的臍帶血可以產生足以治療5個病人的NK細胞。

NK細胞在臍帶血中的應用:

1.來源廣泛,易於採集,免疫原性低,組織相容性好;

2.細胞的形態比原來的要好;

3.在臍帶血中, NK細胞數量較多,約為外周血液的3倍;

4.從臍帶血獲得的 NK細胞具有更年輕、更強大的增殖和更有效的靶向性;

5.臍帶血 NK細胞的採集與低溫保存更為方便,而長期的低溫保存對其增殖潛力及抗癌作用無明顯影響。英國倫敦大學癌症研究所發現,相對于外周血和新鮮分離的臍帶血,凍存過的臍帶血在體外可分化出更多的功能性NK細胞。McMaster大學的研究人員發現,長期冷凍保存對臍帶血NK細胞的擴增潛能和抗腫瘤活性都沒有影響。同時,這些細胞在攻擊原發性乳腺癌細胞時特別有效。除此之外還有大量的臨床研究正在進行,臍帶血NK細胞的醫學價值得到了科研人員的高度認可。

參考資料

[1] It’s Not Just Stem Cells That Are Valuable in Cord Blood: Let’sLook at Cord Blood NK Cell

 

自然殺傷細胞(NK細胞)作為人體免疫系統抵禦外來病原體侵入的第一道防線,在抵抗病毒感染和腫瘤的先天免疫和獲得性免疫防禦中都發揮著重要的作用。惡性腫瘤已成為我國的主要死亡原因之一,發病人數呈逐年上升趨勢,目前尚無理想的治療方法。近年來,腫瘤免疫治療是近年來有望治癒腫瘤的最有效策略之一,免疫細胞治療臨床研究受到許多學者青睞[1],尤其是NK(自然殺傷)細胞以其獨特優勢逐漸成為腫瘤免疫治療中的新興主力軍,並在多種血液系統惡性腫瘤治療中展現出不俗的實力。

NK細胞:腫瘤免疫治療新興主力軍

NK細胞是先天免疫系統中具有直接殺傷效應的細胞毒性淋巴細胞,參與天然免疫和適應性免疫。它表現出的抗腫瘤效應不需要抗原致敏,且不受主要組織相容複合物(major histocompatibility complex, MHC)限制,被認為是目前除T細胞以外,最有潛力的腫瘤殺傷效應細胞,是抗腫瘤免疫的第一道防線[2]。

NK細胞具有消除癌細胞的能力,但不呈遞MHCI類分子,作為抗腫瘤的重要固有免疫細胞,NK細胞是通過產生溶酶顆粒和干擾素γ(IFNg)發揮抗腫瘤和抗病毒作用,其識別和殺傷惡性腫瘤細胞的功能主要受活化受體和抑制性受體的平衡來調節。因為NK細胞不攻擊健康的自身組織,也不誘導T細胞驅動的炎性細胞因數風暴,許多學者認為 NK 細胞免疫治療惡性腫瘤具有良好的前景[3]。

NK細胞為基礎的抗腫瘤免疫療法

基於NK細胞的免疫療法,已成為治療實體瘤和血液系統惡性腫瘤的有前途的治療方法[1]。

NK細胞回輸治療

NK細胞回輸療法是指將從外周血等來源中分離出來的NK細胞進行體外擴增,再轉輸到患者體內,可以誘導腫瘤患者受損NK細胞的啟動和增殖,增加NK細胞的數量,作為血液系統惡性腫瘤和實體癌的過繼免疫療法[1]。

NK細胞回輸

2020年5月,美國臨床腫瘤學會(American Society of Clinical Oncology,ASCO)年會公佈的一項 I/IIa 隨機研究[4]

評估了新型自體NK細胞療法SNK01聯合pembrolizumab(PD-1 抗體)在IV期非小細胞肺癌患者中的安全性和有效性。結果顯示與pembrolizumab單藥治療組相比,聯合治療組的總體緩解率(objective response rate, ORR)明顯更高,接受最高劑量NK細胞治療的患者的ORR甚至可以達到50% ;另外聯合治療組患者中位無進展生存期(progression-free survival, PFS)也更高,與治療相關風險很低,患者總體生活品質更高。目前,體外擴增和啟動的自體NK細胞與腫瘤靶向藥物單克隆抗體的聯合應用正受到越來越多的關注,這極大地豐富了NK細胞治療維度,成為治療血液系統惡性腫瘤的一種行之有效的方法。

CAR-NK細胞療法

首碼的「CAR」代表著「嵌合抗原受體(Chimeric Antigen Receptor)」,因為腫瘤細胞特殊的免疫逃逸機制,善於隱藏特徵資訊,從而規避免疫細胞進攻。關於CAR最早的研究主要集中於T細胞。通過向患者DNA中導入編碼CAR的基因對T細胞進行修飾,T細胞增殖後回輸患者體內表達CAR,就可以對靶細胞進行殺傷,經修飾的T細胞比普通T細胞具有更強的特異性攻擊腫瘤細胞的能力。

但研究發現它也存在著些許不足:對實體瘤(例如肺癌、肝癌等)的治療效果不如人意、發生移植物抗宿主病(GVHD)的風險很高等[1],這種情況下,CAR-NK細胞療法開始受到業內關注。

CAR-NK細胞療法也是通過基因工程的改造,將識別靶細胞(比如腫瘤細胞)表面抗原的抗體或受體與啟動免疫細胞所需要的信號分子相連接,從而啟動NK細胞,讓它對腫瘤細胞進行特異性的攻擊。

相比於CAR-T,CAR-NK細胞療法具有獨特的應用優勢:

① 與 T 細胞相比,NK細胞具有高度的細胞毒性效應,可以以非抗原特異性方式殺死其靶標,而不會引起移植物抗宿主病(GCHD);

② NK細胞缺乏克隆擴增以及在數天至數周內的免疫介導排斥反應,使得威脅患者生命的毒CRS的可能性降低;

③ NK細胞具備更多的腫瘤殺傷途徑,如執行細胞脫粒、啟動凋亡途徑和介導ADCC功能。

NK細胞在惡性腫瘤的治療方面治療潛力高得令人難以置信,最近的研究結果表明,CAR轉導的NK細胞毒性低,且與高應答率有關,這充分說明了NK細胞作為潛在免疫療法治療患者的重要性。[1]

CAR-NK細胞療法

在 2020 年,NEJM發佈了一項來自於MD安德森癌症中心的臨床試驗,利用CAR-NK治療復發或難治性非霍奇金淋巴瘤和慢性淋巴細胞白血病[6]。

這項研究一共招募了11名患者,其中5名為慢性淋巴細胞白血病患者;6名為非霍奇金淋巴瘤患者。研究結果令人振奮,中位隨訪13.8個月時,這些復發或難治性的患者有8位有效(73%),其中7位獲得了完全緩解,後續5位接受了緩解後治療。並且所有患者均未出現細胞因數風暴或者神經毒性反應。而且在接受CAR-NK治療1年之後,這些細胞仍持續存在于患者體內。

這幾年,CAR-T和CAR-NK在國內的研究也如火如荼,甚至臨床試驗數量還超過了美國。在臨床試驗網站 clinicaltrials.gov 檢索發現,目前全球有23項關於CAR-NK的臨床試驗,其中14項在中國,這些臨床試驗涵蓋了多種腫瘤(包括血液腫瘤和實體瘤)。

CAR-NK細胞領域取得的臨床前成就,使其有望作為未來的“現成”藥物用以惡性腫瘤的免疫治療[1]。

NK細胞在腫瘤治療中的展望

近年來,免疫細胞療法在治療癌症中取得了令人矚目的重大突破,燃起了眾多研究學者對治癒癌症的希望。NK細胞強大的殺傷力和獨特殺傷機制受到越來越多的關注,而NK細胞免疫療法已經成為免疫細胞療法領域蓬勃發展的前沿技術之一,有望在癌症治療中發揮作用。儘管現階段NK細胞免疫治療在實體瘤中的應用還處於研發和臨床試驗階段,還有很長的路要走,但我們也應該清晰地認識到,NK細胞免疫療法極富前景,相信未來這些問題均會逐一解決,將NK細胞免疫治療應用於腫瘤治療中,給患者帶來福音。

參考文獻:

[1]王立韜,白麗.NK細胞:腫瘤免疫治療新興主力軍[J/OL].中國免疫學雜誌:1-14[2022-07-08].

[2]胡紹雯,朱惠芳.NK細胞在腫瘤免疫治療中的研究進展[J/OL].中國免疫學雜誌:1-19[2022-07-08].

[3]吳發勝,李建福,謝家童,張暉,陳慧,魯世金.NK細胞免疫治療惡性腫瘤新進展[J/OL].遼寧中醫藥大學學報:1-12

[4] Tanaka J, Miller J S. Recent progress in and challenges in cellular therapy using NK cells for

hematological malignancies[J]. Blood Rev,2020,44:100678. DOI: 10.1016/j.blre.2020.100678.

[5] Liu E, Marin D, Banerjee P, et al. Use of CAR-Transduced Natural Killer Cells in CD19-Positive

Lymphoid Tumors[J]. N Engl J Med,2020,382(6):545-553. DOI: 10.1056/NEJMoa1910607.

[4]張月洋,王綺昀,何小花,金豔霞.NK細胞免疫治療在肺癌中的作用[J/OL].生命的化學:1-10[2022-07-08].DOI:10.13488/j.smhx.20210850.

[5]賈宇,陳彥,劉建生.肝癌的NK細胞免疫治療研究[J].胃腸病學和肝病學雜誌,2021,30(11):1219-1223.

[6]. Liu, E., Marin, D., Banerjee, P., Macapinlac, H. A., Thompson, P., Basar, R., … & Rezvani, K. (2020). Use of CAR-transduced natural killer cells in CD19-positive lymphoid tumors. New England Journal of Medicine, 382(6), 545-553.

在一項新的研究中,來自美國丹娜法伯癌症研究院和哈佛醫學院的研究人員報告了一種潛在的新方法來提高NK細胞療法的療效。相關研究結果近期發表在Cell期刊上。自然殺傷細胞(NK細胞)近來已成為開發新的免疫療法的一個研究熱點。人們對利用NK細胞進行癌症免疫治療的興趣正在迅速增長。然而,在大多數試驗中,基於NK細胞的免疫療法的療效仍然有限。因此非常需要增強NK細胞的殺傷力的策略。來自美國丹娜法伯癌症研究院和哈佛醫學院的研究人員報告了一種潛在的新方法來提高NK細胞療法的療效。相關研究結果近期發表在Cell期刊上,論文標題為“Augmenting NK cell-based immunotherapy by targeting mitochondrial apoptosis”。論文通訊作者為Anthony Letai和Rongqing Pan。

新策略建立在他們發現NK細胞誘導的癌細胞凋亡是通過一種涉及線粒體的信號通路發生的。他們發現線粒體凋亡(mitochondrial apoptosis, mtApoptosis)途徑對於有效的NK細胞殺傷是必不可少的,特別是處於生理上相關的效應細胞與目標細胞的比例下。這種線粒體凋亡機制取決於線粒體中促凋亡蛋白(pro-apoptotic protein)和抗凋亡蛋白(anti-apoptotic protein)的平衡。細胞是否自我毀滅取決於這種平衡的傾斜程度。他們表明,NK細胞的靶向作用使這種平衡傾向於促凋亡蛋白,因而為癌細胞經歷線粒體凋亡做好了準備。

圖片來自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.03.030。

將NK細胞與一類將這種平衡進一步推向促凋亡蛋白的藥物—BH3模擬物(BH3 mimetics)—相結合可協同殺死體外培養的癌細胞,並抑制癌症小鼠模型中的腫瘤生長。Letai實驗室開發的一種篩選藥物的方法—BH3圖譜分析(BH3 profiling),可以用來確定最有可能增強NK細胞對特定癌症的殺傷力的BH3模擬藥物。

參考資料:

  1. Rongqing Pan et al. Augmenting NK cell-based immunotherapy by targeting mitochondrial apoptosis. Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.03.030.
  2. A potentially novel approach to improving the efficacy of natural killer cell therapies https://medicalxpress.com/news/2022-09-potentially-approach-efficacy-natural-killer.htm

間充質幹細胞作為最廣受研究的幹細胞類型之一,沒有倫理和致瘤等安全方面的擔憂,使其有能力成為一種有前途的治療策略,在多種疾病治療中均展現出良好療效。

撰文:福建醫科大學 YANG

專家審核:江蘇大學附屬醫院 李晶 教授

根據Polaris Market research發佈的研究報告,2021年,全球間充質幹細胞市場估值為24.9億美元,預計在預測期內將以12.9%的複合年增長率增長,到2030年,全球間充質幹細胞市場規模預計將達到72.5億美元。

間充質幹細胞市場的增長歸因於疾病建模、藥物發現和開發、幹細胞庫、組織工程、毒理學等領域對多功能組織的需求不斷增加。在過去的幾十年裡,間充質幹細胞的優勢以及臨床研究應用領域不斷被發掘,使其得以蓬勃發展。本文根據近期發表的綜述[1],總結間充質幹細胞治療的優勢,臨床應用現狀以及目前面臨的挑戰等。

1間充質幹細胞的治療優勢

間充質幹細胞(MSCs)是成體幹細胞最常見的類型之一,其來源豐富,廣泛存在於骨髓、肝臟、臍帶、胎盤和脂肪組織等;其次,MSCs易於在體外培養基中增殖,自我更新及細胞倍增能力快,並使分化能力損失降至最低;再有,MSCs缺乏MHC-II類分子的表達,不具有啟動T細胞所需的CD80、CD86和CD40共刺激分子,MSCs表面表達的MHCs Class I可保護它們免受NK細胞的檢測,這些免疫耐受機制導致它們的免疫原性較低,適合同種異體使用最後,MSCs不存在胚胎幹細胞及誘導多能幹細胞所可能引發的致瘤及倫理問題,是一種理想的幹細胞來源[1]。

2間充質幹細胞的治療機制

間充質幹細胞(MSCs)通過多種不同的機制發揮其治療作用,包括MSCs歸巢、抗炎作用、抗纖維化、抗凋亡活性、調節免疫系統反應、促進血管生成、抗菌作用、啟動組織駐留的祖細胞或幹細胞、組織修復和再生等,這些機制已經被大量的基礎研究及臨床試驗所證實[1]。

3間充質幹細胞在多系統疾病中的應用

目前,已經有大量的臨床試驗使用MSCs治療各種疾病,涉及多個系統,多個器官,如神經系統、腎臟、肝臟、心血管、軟骨和骨骼、肺部等。從https://clinicaltrials.gov/臨床試驗註冊網站上,我們發現目前有1400余項與MSCs相關的臨床試驗登記在案。

NO.1骨與軟骨疾病

骨與軟骨作為身體的支架,維持其健康與穩定至關重要。骨關節炎(OA)、椎間盤退變(IDD)、成骨不全(OI)和骨折不癒合是發生在骨和軟骨中的一些常見疾病。目前,MSCs已經被證實能夠向骨和軟骨細胞定向分化,在上述骨和軟骨疾病的再生治療方面具有巨大潛力。以骨關節炎為例,這是一種關節軟骨退行性疾病,導致關節軟骨缺損,嚴重限制關節的活動度和功能。骨關節炎的常規治療包括物理措施、藥物治療、以及移植自體軟骨細胞等,然而卻都不能完全阻止關節軟骨的漸進性破壞。一項隨機對照研究比較了MSCs及自體軟骨細胞移植治療膝關節軟骨缺損的效果結果顯示在隨訪期間,MSCs組的功能改善明顯好於軟骨細胞組;此外,MSCs組患者疼痛、症狀、日常生活和運動娛樂能力及骨關節炎結局評分(KOOS)均明顯好於軟骨細胞組[2]。

圖片來自文獻[2]

NO.2呼吸系統/肺部疾病

呼吸系統疾病,如慢性阻塞性肺疾病(COPD)、急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)、間質性肺疾病(ILD)等,都表現出一些共同致病機制,如感染、炎症、異常免疫活性和纖維化。因此,MSCs的再生、免疫調節和分泌抗炎細胞因數等特性,可控制肺部的炎症和免疫功能障礙。MSCs治療被認為可以逆轉甚至阻止一些肺部疾病,從而改善患者的生活品質[1]。

以特發性肺纖維化(IPF)為例,這是一種慢性、進行性、纖維化性間質性肺疾病,嚴重影響患者的肺功能。發表在《幹細胞轉化醫學》上的一項研究首次揭示了對於肺功能迅速下降的特發性肺纖維化患者來說,高累積劑量的間充質幹細胞治療是安全和可耐受的,並且有效,與安慰劑組相比,MSCs組的6 分鐘步行距離、肺功能的變化及肺纖維化評分等均明顯改善[3]。

圖片來自文獻[3]

NO.3其他系統疾病

在神經系統疾病方面,MSCs作為多種神經系統疾病的治療策略,如多發性硬化症、帕金森氏病、脊髓損傷或創傷性腦損傷,可通過替換受損細胞來治療這些疾病。

圖片來自文獻[1]

一般認為,MSCs具有神經再生、損傷髓鞘再生、神經分化能力、抗炎活性和免疫調節等特點,可作為治療神經系統疾病的有效細胞來源。目前有100余項臨床研究正在探索MSCs在治療或減緩進行性神經系統疾病進展方面的作用[1]。在心血管系統疾病方面,MSCs治療也是一種理想的方案,其不僅可分化為心肌細胞替換原有受損細胞,還可通過分泌各種旁分泌因數,啟動參與血管生成、抗凋亡和抗纖維化的信號通路,在某種程度上促進新的心肌細胞的生長。儘管MSCs在治療心血管疾病方面具有優勢,但仍面臨著一些挑戰,如MSCs在缺血心肌中靶向遷移能力差、存活率低等,未來還需要進一步研究以提高其療效。

圖片來自文獻[1]

此外,MSCs在腎臟、肝臟、血液系統、免疫系統等諸多疾病的治療研究中均展現出巨大潛力,得到越來越廣泛的關注。

4間充質幹細胞臨床發展的思考

間充質幹細胞作為最廣受研究的幹細胞類型之一,沒有倫理和致瘤等安全方面的擔憂,使其有能力成為一種有前途的治療策略,在多種疾病治療中均展現出良好療效。然而,目前也存在一些挑戰需要進一步探討,如MSCs與所處炎症環境之間的相互作用,MSCs的最佳來源、最佳注射劑量及途徑等還有待研究;此外,在MSCs注射後缺乏有效的監測方法以便能夠全面跟蹤治療過程。儘管存在一些問題有待探討,但未來可期,在不久的將來,我們會看到越來越多的MSCs相關產品在臨床應用,造福患者!

參考文獻:

[1] Samadi P, Saki S, Manoochehri H, Sheykhhasan M. Therapeutic Applications of Mesenchymal Stem Cells: A Comprehensive Review. Curr Stem Cell Res Ther. 2021;16(3):323-353.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32928093/

[2] Akgun I, Unlu MC, Erdal OA, et al. Matrix-induced autologous mesenchymal stem cell implantation versus matrix-induced autologous chondrocyte implantation in the treatment of chondral defects of the knee: a 2-year randomized study. Arch Orthop Trauma Surg. 2015;135(2):251-263.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25548122/

[3] Averyanov A, Koroleva I, Konoplyannikov M, et al. First-in-human high-cumulative-dose stem cell therapy in idiopathic pulmonary fibrosis with rapid lung function decline. Stem Cells Transl Med. 2020;9(1):6-16.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31613055/

 

間質幹細胞在改善睡眠有良效

在2017年,有文獻報導了經靜脈注入人臍帶間質幹細胞治療慢性失眠的臨床療效,經一個月的治療後,其睡眠品質和生活品質均有明顯改善,持續時間為一年。同時,科學研究還發現,間充質幹細胞還能改善帕金森、肌萎縮側索硬化症(ALS)等患者的睡眠障礙

失眠與免疫性疾病密切相關

在人體中,神經-內分泌-免疫調節是一種相互聯繫和相互作用的機制,而夜間睡眠對機體的免疫調控起著穩定的作用。科學研究表明,睡眠不足可引起免疫細胞(NK細胞)、淋巴細胞等細胞的功能降低,並增加IL-6、TNF-a、 CRP等細胞因數,從而損害機體的免疫系統;免疫內環境的損害會使丘腦-垂體-腎上腺系統和交感神經系統分泌更多的兒茶酚胺類激素,從而導致更嚴重的睡眠紊亂。研究表明,很多自體免疫系統疾病患者都會出現睡眠障礙,免疫系統失調患者體內的炎症因數會對患者的睡眠造成不利的影響。

間充質幹細胞對睡眠紊亂的治療

首先,我們來看看長期失眠的患者。該研究於2017年發佈,研究者選取39名長期失眠患者,將19名患者隨機分為1次,另20名接受催眠鎮靜藥物阿普唑侖(催眠鎮靜劑)1個月。兩組間的對比顯示,在治療2周後,雖然藥物組的睡眠品質比移植組要好,但在2個月後,移植組的睡眠品質顯著提高,3個月後,移植組的生存品質分數顯著高於對照組,直至隨訪結束。研究結果顯示,使用阿普唑侖的病人中,80%的病人在停止使用藥物後會出現失眠的現象,而在接受了一次治療後,他們的睡眠品質和生活品質得到了提高,而且沒有顯著的副作用。除長期失眠者外,研究者還在研究腦癱、強直性脊柱炎、 ALS等患者的臨床實驗中,發現MSCs可以幫助改善患者的睡眠問題。

研究顯示,間充質幹細胞在治療腦癱和強直性脊柱炎時,病人在接受細胞移植後的半個月至一個月內,睡眠品質得到了改善。在2015年公佈的一項研究顯示,間充質幹細胞療法可以改善ALS病人的睡眠品質;在2018年,也有一些研究顯示, MSCs在帕金森病病人中是安全、有效的,並且能夠提高病人的運動能力和睡眠品質。

MSCs治療失眠的兩種方法

睡覺是身體的一種重要的身體機能。如果是失眠的話,可以通過服用一些藥物來緩解白天的疲勞、嗜睡等症狀。目前臨床上使用的最多的是間充質幹細胞,由於長期失眠病人體內的大量游離基會對大腦皮層神經元細胞造成傷害, MSCs是一種能分泌多種細胞因數的幹細胞,在靜脈注射後進入組織細胞受損部位,生成細胞因數進行修復。間充質幹細胞還有一種特殊的功能,它可以促進 T細胞的調節,消除由於睡眠不足引起的免疫細胞和炎性因數的增加,從而達到抗炎、調節免疫的效果。所以,有研究表明,間充質幹細胞可以有效地改善慢性失眠症的療效。

睡眠不足不但破壞了我們的腦細胞,還破壞了我們的免疫系統。目前已有的研究顯示,間充質幹細胞不僅可以克服藥物療法的副作用,而且可以延長睡眠時間,提高患者的睡眠品質。隨著科研的不斷深入,人們認為在今後的臨床實踐中, MSCs在治療自體免疫疾病的病人中的安全性和有效性將會得到越來越多的驗證,並最終可以幫助緩解心理上的疼痛。

 

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