NK细胞免疫疗法-肿瘤治疗新方向

来源: 北京百奥赛图基因生物技术有限公司   2020-5-22   访问量:386评论(0)

俗话说得好,没有所谓的“一针见效,药到病除”,人类疾病都是长期积累的,随着年龄的增长,人体免疫系统抵抗癌症病毒的能力显著衰退,NK细胞增殖能力也下降。然而,由于NK细胞作为人体抵抗癌细胞和病毒感染的第一道防线,用于治疗癌症的种类也愈发多样化,本文小编简单讲一讲基于NK细胞的肿瘤免疫疗法,一起来涨涨“芝士”。

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。


图4. 抗体封闭NK细胞抑制性受体,激活NK细胞

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。

图5. CAR-engineered NK cell

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。

图6 CAR-NK 治疗和缓解后治疗的临床应答

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。

图7. 双特异分子联结NK活化受体和肿瘤细胞



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

[9]李欣阳. CAR-NK细胞在肿瘤免疫治疗方面中的研究进展[J]. 生物化工,2019,5(3):134-136

[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.




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