NK免疫細胞開發新型免疫療法的理想選擇《自然》子刊

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:

[1].Niklas K. Björkström et al. Emerging insights into natural killer cells in human peripheral tissues. Nature Reviews Immunology (2016).

[2] Maskalenko et al., Harnessing natural killer cells for cancer immunotherapy: dispatching the first responders. Nature Reviews Drug Discovery,  (2022).

[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