NK细胞免疫疗法-肿瘤治疗新方向
NK细胞简介
NK细胞又称自然杀伤细胞(natural killer cell)，是机体内重要的免疫细胞，可非特异性直接杀伤肿瘤细胞，这种天然杀伤活性无MHC限制，不依赖抗体，也不需要抗原致敏。除了具有强大的杀伤功能外，还具有很强的免疫调节功能，与机体其他多种免疫细胞相互作用，调节机体的免疫状态和免疫功能[1]。
NK细胞作用机制
NK细胞的“动态平衡”主要受细胞表面多种受体蛋白的调控，分为2类：NK细胞活化受体(KAR)和抑制受体(KIR)。NK细胞的活化状态，执行细胞的脱粒、细胞因子释放和细胞杀伤功能是抑制信号和活化信号综合的结果[2]。
图1 NK细胞的活化受体和抑制受体[3]
NKG2D（也称为 CD314 和 KLRK1）、天然细胞毒性受体 (NCRs)、DNAM1（也称为 CD226）和 CD16 是参与抗癌免疫应答的最具特征的活化 NK 细胞受体。
正常情况下，KAR与自身细胞上多糖类抗原结合产生活化信号，同时KIR与MHC I类分子结合会激活NK的抑制性受体，产生抑制信号，阻止NK对自身健康细胞的杀伤（图2a）[4]。
当细胞表面MHC-I类分子发生改变或减少缺失，影响与KIR结合，不能产生抑制性信号，可引起NK细胞对肿瘤的杀伤（图2b）。
肿瘤细胞亦可通过过表达表面抗原与KAR结合，此时活化信号超过抑制信号，继而激活NK细胞（图2c）；异常细胞或肿瘤细胞通过表达激活NK细胞受体的配体，激活NK细胞的效应功能。成熟的NK细胞与靶细胞作用形成免疫突触，通过胞吐作用释放穿孔素（Perforin）和颗粒酶（Granzyme）直接杀伤靶细胞；活化NK细胞可表达死亡诱导配体-Fas配体（FASLG，又称 TNFSF6）和肿瘤坏死因子相关诱导凋亡配体（TNF related apoptosis inducing ligand，TRAIL）分子，诱导细胞凋亡；也可以通过分泌细胞因子和趋化因子扮演免疫系统的调节细胞角色，如细胞因子IFNγ、TNFα、IL1、IL10、GM-CSF，和趋化因子CCL3、CCL4等，可将其他免疫细胞募集到炎症部位，诱导其活化和增殖产生固有和适应性免疫应答。
NK细胞还表达IgG1和IgG3的低亲和力受体FcγRIII（CD16），可与肿瘤抗原特异性抗体Fc段结合，介导NK细胞识别并杀伤被抗体包被的肿瘤细胞，亦称为抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC）（图2d）。
图2. NK细胞功能示意图[2]
这些效应功能是NK细胞用于杀伤肿瘤细胞的关键作用方式，为癌症提供潜在的治疗手段。
基于NK细胞的免疫疗法
在肿瘤免疫治疗中，主要通过以下策略来促使NK细胞发挥最大的作用：
1、免疫检查点抑制剂，解除NK细胞的抑制信号
免疫检查点抑制剂在各种小鼠癌症模型中具有一定作用，实验发现即使小鼠体内没有抗癌T细胞，但免疫检查点抑制剂仍使其肿瘤缩小，说明其他免疫细胞在检查点抑制剂的作用下产生了响应。然而，当小鼠的NK细胞耗尽后，免疫检查点抑制剂的抗癌作用就大幅度降低。此外还发现，NK细胞具有与T细胞相同的免疫检查点受体分子，说明NK细胞能够直接响应免疫检查点抑制剂的作用，为肿瘤患者的免疫治疗提供了一个全新的选择[5]。
图3. NK细胞与免疫检查点抑制剂作用机制[5]
利用免疫检查点抑制剂来增强 NK 细胞的杀伤能力并应用于治疗也是目前研究的方向之一。某些激活的NK细胞表达PD-1，且 PD-1 信号介导抑制 NK 细胞发挥细胞毒作用。实验证实PD-1单抗（CT-011）增强 NK 细胞对多发性骨髓瘤患者自体骨髓瘤细胞的杀伤能力[6]；NK细胞与MHC-I类分子与作用抑制NK细胞介导的细胞毒性，抑制性KIR已成为NK细胞免疫检查点抑制剂的首选靶标。NK细胞表面KIR类的抑制性受体（KIR2DL1, KIR2DL2 和KIR2DL3）可与MHC-I类分子结合，抑制NK细胞活化，IPH2101 是一种人源化抗KIR单克隆抗体，体外实验结果证实，IPH2101 通过阻断人源 NK 细胞表面 KIR，可显著增强 NK 细胞抗肿瘤能力。
2、嵌合抗原受体（CAR）技术与NK细胞结合
嵌合抗原受体改造的NK细胞，能显著提高NK细胞疗效特异性，其原理亦是在我们先进的NK细胞扩增技术得到的大量NK细胞基础上，通过基因工程修饰，在NK细胞表面表达能够和肿瘤特定抗原结合的嵌合抗原受体(CAR)，回输后能够特异性识别带有特定抗原的肿瘤细胞，引发免疫反应从而达到清除肿瘤细胞的目的。有研究显示CAR-NK 展示出较ADCC更强的细胞毒作用[7]。
CAR-NK细胞治疗的优势[8-9]：
1）异体NK细胞不会引起移植物抗宿主反应（GVHD）；
2）NK细胞治疗不分泌炎症因子致使细胞因子释放综合症发生，如IL-1、IL-6；
3）NK细胞通过自身抗肿瘤的特性，识别并杀伤CAR靶标下调或缺失的肿瘤细胞，提高免疫治疗效果；
4）异体NK细胞的来源广泛：包括外周血，脐带血，NK 细胞株 (NK-92) 与诱导多能干细胞 (iPSC-NK) 等。
德克萨斯大学M.D.安德森癌症中心等研究人员在NEJM杂志公布了美国首个CAR-NK细胞临床试验的结果。研究者从捐赠的脐带血中分离出NK细胞，经过逆转录病毒载体转导相关基因使NK细胞表达理想的嵌合抗原受体(CAR)，用以识别癌症特异性抗原CD19。临床结果显示CAR-NK疗法治疗复发或难治性非霍奇金淋巴瘤(NHL)和慢性淋巴细胞白血病(CLL)患者，大多数产生了临床缓解，且未出现主要的毒性作用。
3、双特异性分子联结NK细胞活化受体和肿瘤细胞
NK细胞表面存在自然细胞毒性引发受体（NCRs）、C型凝集素（NKG2D）SLAM家族受体、FcγRIII（CD16）等一系列激活型受体，这些激活型受体结合配体后，能引发细胞因子比如IFN-γ、TNF-α的分泌。
CD16可与肿瘤抗原特异性抗体Fc段结合，介导NK细胞识别并杀伤被抗体包被的肿瘤细胞，即ADCC作用[10]，ADCC是NK细胞杀伤靶细胞的主要方式。以NK细胞表面活化受体CD16和NKG2D为靶点的双特异性分子，可以靶向NK细胞识别并杀伤肿瘤细胞。
Sanofi与法国Innate Pharma达成价值4亿欧元合作，共同开发靶向Nkp46的双特异性抗体，激活NK细胞杀伤肿瘤。Affimed开发双特异性抗体AFM13，CD30×CD16a组合募集和激活NK细胞，并与Genentech达成战略合作协议。
小结与展望
NK 细胞已不再仅仅局限于固有免疫范畴，而是在免疫调控网络中扮演着非常重要的角色，随着对NK细胞的分子特征和功能的进一步探索，开发以NK细胞为基础的靶向免疫治疗将成为肿瘤免疫治疗的新突破。
参考资料
[1]生时昀，冯辉. NK 细胞及其在靶向治疗中的应用[J],细胞与分子免疫学杂志（Chin J Cell Mol Immunol），2017，33（5）.
[2]Morvan, Maelig G., and Lewis L. Lanier. "NK cells and cancer: you can teach innate cells new tricks[J]." Nature Reviews Cancer 16.1 (2016): 7.
[3]Carlsten, M., & Järås, M. (2019). Natural Killer Cells in Myeloid Malignancies: Immune Surveillance, NK Cell Dysfunction, and Pharmacological Opportunities to Bolster the Endogenous NK Cells. Frontiers in Immunology, 10. [4]Weil, Sandra.Investigation of a NKG2D-dependent tumor immune escape mechanism of head and neck squamous cell carcinoma and proof of concept of a clinical intervention strategy，2017
[5]Joy Hsu,David H. Raulet, Michele Ardolino，et al．Contribution of NK Cells to Immunotherapy Mediated by PD-1/PD-L1 Blockade[J]. J Clin Invest. 2018 Oct 1;128(10):4654-4668. .
[6]Benson D M Jr，Bakan C E，Mishra A，et al． The PD-1 /PD-L1 axis modulates the natural killer cell versus multiple myeloma effect: a therapeutic target for CT-011，a novel monoclonal anti-PD-1 antibody[J].Blood，2010，116(13) : 2286-2294
[7]Hu, Yuan，Tian, Zhi-gang，Zhang, Cai. Chimeric antigen receptor (CAR)-transduced natural killer cells in tumor immunotherapy[J]. Acta Pharmacologica Sinica (2018) 39: 167–176[8]Wang w，Jiang J，Wu C.CAR-NK for tumor immunotherapy: Clinical transformation and future prospects[J].Cancer Letters，2020,472:175-180
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[10]Gao H，Liu L，Zhao Y，et al． Human IL-6，IL-17，IL-1β，and TNF-α differently regulate the expression of pro-inflammatory related genes，tissue factor，and swine leukocyte antigen class Ⅰ in porcine aortic endothelial cells[J]. Xenotransplantation，2017 Mar 17．
