NK細胞：從基礎生物學到臨床研究

MITOMMY 2021-10-20

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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(jié)有關,，甚至參與超敏反應和自身免疫性疾病的發(fā)生,。

NK細胞來源于骨髓造血干細胞，屬于先天免疫系統(tǒng)的核心細胞,，約占血液中所有免疫細胞數量的15%,；主要分布于外周血、肝臟和脾臟,。在人體內NK細胞主要特征為CD3?CD56+淋巴細胞群,。NK細胞存在于大多數器官（骨髓、肺、淋巴結,、外周血,、脾臟和肝臟）。研究顯示,，NK細胞也存在許多其他器官中,，如腸、皮膚,、膀胱,、扁桃體、子宮,、胸腺,、腎臟、胰腺,、脂肪組織,，甚至在小鼠大腦中。

NK細胞的發(fā)育和分類

NK細胞在機體內由CD34+造血祖細胞（HPC）發(fā)育而來,，是一個連續(xù)的過程,，共同淋巴細胞祖細胞（CLPs）逐漸下調CD34，上調CD56,，促使NK細胞分化與成熟,。

在小鼠中，共同淋巴樣祖細胞產生共同ILC前體（Common ILC precursor, CILCP）,。而CILCP可產生NK細胞,、輔助樣ILCs。從CILCP開始,，機體內的NK細胞發(fā)育至少包括五個階段才可產生NK細胞,，即：NKP→rNKP→CD27+CD11b?NK→CD27+CD11b+NK→CD27?CD11b+NK

來源：Cell

在人類中，一個接近CLPs的多能祖細胞能夠產生ILCs的所有亞群,。從CLPs發(fā)展出 ILC 限制的CILCP,，進而產生NK限制的NKP。NKs的特征是CD122的表達以及CD34和CD127的丟失,。T-bet和Eomes的表達是進一步分化為功能性NK細胞所必需的,。

CD56的表達可以分兩個NK細胞亞群，CD56dim和CD56bright,，其中CD56- NK細胞具有抗腫瘤細胞毒性,，并且兩個亞群都能夠產生細胞因子。兩種活化表面受體NKp46和NKp80在兩種NK細胞亞群中均有表達,。CD56bright NK細胞通過獲得CD16,、PEN5和CD57的表達而分化為CD56dim NK細胞,。

NK細胞生物學功能

NK細胞大多數具有抗腫瘤細胞毒性。它們可產生大量分子（如穿孔素,、顆粒酶,、人體顆粒溶素等）的溶解顆粒，這些分子可誘導應激細胞的細胞死亡,。NK細胞也表達多種腫瘤壞死因子（TNF）,，如FASL和TRAIL，分別與相應的受體FAS或TRAILR結合誘導靶細胞凋亡,。此外,，NK細胞產生一系列細胞因子（如IFN-γ、TNFα,、IL-10）,、生長因子（如GM-CSF）和趨化因子（如CCL3、CCL4,、CCL5,、XCL1）。

NK細胞可以通過與DC細胞,、巨噬細胞和T細胞相互作用來形成免疫反應,。細胞表面抑制性和激活受體之間的動態(tài)平衡保證了NK細胞效應功能的調節(jié)。這些抑制性受體,，可識別各種形式的MHC-I分子,。因此，靶細胞上MHC-I分子的減少或缺失可降低源于NK細胞的抑制性信號的強度,，因此促進NK細胞的激活。激活性受體和天然細胞毒性受體的參與也會導致NK細胞的激活,。

NK細胞還可介導抗體依賴細胞介導的細胞毒作用（ADCC）,，同時也是目前熱門抗體藥物發(fā)揮臨床效果的重要作用機制。

基于NK細胞的治療策略

作為抗癌的第一道防線,，NK細胞已經成為免疫治療臨床試驗中重要的一環(huán),，2000年，科學家研究證實小鼠癌癥的發(fā)生和NK細胞自身的缺陷有關,。

隨著NK細胞抗腫瘤方面的探索愈發(fā)深入,，越來越多的臨床研究者希望了解NK細胞是如何對抗腫瘤的。當然,，由于NK細胞抗癌的普遍性,，所以近年來NK細胞用于治療癌癥的種類也愈發(fā)多樣化。這也使得NK細胞療法很可能會像PD-1/PD-L1抑制劑一樣,，在未來成為廣譜抗癌藥的一種,。

依據NK細胞的抗腫瘤特性,，目前已經開發(fā)了幾種治療策略。

細胞因子：IL-2和IL-15,，可提高機體內NK細胞活性,，但潛在的惡化免疫反應是一個安全問題。
活化的NK細胞：將健康捐贈者的NK細胞在體外以IL-2和IL-15刺激后,，再輸到癌癥患者的血液中,。
基因工程化NK細胞：CAR-NK細胞轉基因表達抗B細胞惡性腫瘤的抗CD19或抗CD20受體，IL-2和IL-15增強NK細胞存活,，或NKG2D提高腫瘤識別和溶解等不同治療策略均正在臨床試驗進行中,。
單克隆抗體：針對腫瘤相關抗原的治療性抗體，如分別識別CD20和EGF受體的利妥昔單抗或西妥昔單抗,，可通過NK細胞誘導ADCC,。針對抑制分子的抗體，如識別NKG2A的單抗,，可增強NK細胞的反應,。調控NK細胞檢查點的大分子藥物亦正在開發(fā)中。
NK細胞銜接器：靶向腫瘤抗原（如CD19,、CD20或EGFR）,、NKp46和CD16的多功能抗體將腫瘤細胞和NK細胞結合在一起，從而觸發(fā)毒殺腫瘤細胞機制和促進NK細胞分泌細胞因子,。

NK細胞臨床試驗一覽

細胞免疫療法中,，目前只有CAR-T細胞療法及其產品較為成熟，F(xiàn)DA已經批準了五款,，而NK細胞免疫療法等都還屬于研究試驗階段,。

盡管國內外都在積極的開展研究，但目前NK細胞免疫治療不論是中國還是美國,，仍然處于臨床研究階段,，均未正式獲批上市進入臨床應用。按照規(guī)定,，臨床試驗申辦機構不應收取費用,。

下表是正在進行的NK細胞臨床試驗：

正在進行的NK細胞臨床試驗

NK細胞療法被廣泛用于各種癌癥的治療，包括：血液系統(tǒng)腫瘤,、神經母細胞瘤,、卵巢腫瘤、橫紋肌肉瘤,、乳腺癌,、胃癌等等，在這些研究中,，都取得了不錯的治療效果,，包括在19例的AML患者接受輸注后有5名癌癥患者獲得緩解,。

CAR-NK細胞療法

NK細胞成為了研究人員開發(fā)新型免疫療法的理想選擇之一。目前,，正在開發(fā)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。

就像CAR-T細胞療法,，CAR-NK細胞同樣是給NK細胞加裝了對應的癌細胞靶向的嵌合抗原受體（CAR）,，幫助NK細胞更精準的找到腫瘤細胞。CAR-NK細胞是在CAR-T細胞療法相對成熟之后,，逐漸發(fā)展起來的,。在臨床前和臨床試驗中，CAR-NK細胞療法當之無愧成為細胞療法中的熱門選手,。

CAR-NK細胞的來源和產生過程

CAR-NK細胞治療產品具有以下幾個潛在優(yōu)勢：

第一,，CAR-NK細胞免疫治療具有更好的安全性。
第二,，CAR-NK細胞仍具有天然的抗腫瘤細胞的毒性,，除了以CAR-依賴的方式殺死腫瘤靶細胞外，CAR-NK細胞還可以通過非CAR-依賴的方式消滅癌細胞,。
第三,，具有成為“通用型”產品的潛力。

根據ClinicalTrials.gov網站公示信息,，目前已有許多CAR-NK產品的臨床試驗正在開展中,，大部分處于1/2期臨床試驗階段。靶點多數是常見的惡性血液癌癥靶點,，如CD19,、CD22、BCMA,、CD33等,。還有一些CAR-NK產品靶向的是實體腫瘤相關抗原，如PSMA,、間皮素、ROBO1,、NKG2D等,。CAR-NK細胞在腫瘤中的作用正在被廣泛研究（如下圖）。

血液瘤中的臨床前研究