前言

人類自然殺傷細(xì)胞(NK) 占所有循環(huán)淋巴細(xì)胞的15%。NK細(xì)胞發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)70年代,主要與殺死感染的微生物和惡性轉(zhuǎn)化的同種異體和自體細(xì)胞有關(guān)。NK細(xì)胞表現(xiàn)出抗腫瘤細(xì)胞毒性,無(wú)需事先致敏和產(chǎn)生細(xì)胞因子以及調(diào)節(jié)各種免疫反應(yīng)的趨化因子。人外周血NK細(xì)胞可分為CD56bright和CD56dim兩大類。CD56brightNK細(xì)胞通常被認(rèn)為是低細(xì)胞毒性的細(xì)胞因子產(chǎn)生細(xì)胞,而CD56dimNK細(xì)胞則具有潛在的細(xì)胞毒性。由于NK細(xì)胞能夠識(shí)別和分解腫瘤細(xì)胞,以NK細(xì)胞為基礎(chǔ)的腫瘤免疫治療領(lǐng)域已經(jīng)到了一個(gè)激動(dòng)人心的關(guān)頭。

嵌合抗原受體(CAR)是一種受體蛋白,它賦予免疫細(xì)胞新的能力,以靶向特定的抗原蛋白。它的細(xì)胞外抗原結(jié)合域通常為單鏈抗體(scFv),可以識(shí)別腫瘤細(xì)胞表面的特異性抗原。細(xì)胞內(nèi)激活的信號(hào)結(jié)構(gòu)域,如CD28、4-1BB(CD137)和OX40,通常起到觸發(fā)免疫細(xì)胞激活和殺傷的作用。表達(dá)CAR的T細(xì)胞能迅速識(shí)別腫瘤表面抗原,進(jìn)而裂解腫瘤細(xì)胞。CAR-T細(xì)胞免疫治療在治療急性淋巴細(xì)胞白血病(ALL)、慢性淋巴細(xì)胞白血病(CLL)和淋巴瘤等血液腫瘤方面取得了巨大的成就。然而盡管CAR-T細(xì)胞免疫治療技術(shù)發(fā)展迅速,但在臨床應(yīng)用中仍存在一些不足,例如在實(shí)體瘤的治療中顯示出很低的療效;此外,大多數(shù)的CAR-T細(xì)胞免疫療法需要自體過(guò)繼細(xì)胞移植,因?yàn)槌�非處理HLA屏障,否則異基因T細(xì)胞可能導(dǎo)致移植物抗宿主病(GVHD);另外,CAR-T細(xì)胞免疫治療可能會(huì)產(chǎn)生一些副作用,對(duì)患者的生命造成危害,如細(xì)胞因子釋放綜合征。最新的研究表明,表達(dá)CAR的NK細(xì)胞可能會(huì)克服CAR-T細(xì)胞的上述缺陷,并顯示出顯著的抗腫瘤作用。CAR-NK細(xì)胞在腫瘤的免疫治療中展現(xiàn)出廣闊的前景。

CAR-NK的研究概況

CAR-NK臨床前研究的數(shù)量逐年增加,這體現(xiàn)在每年都在增加的關(guān)于CAR-NK的研究論文。

此外,在研究的靶標(biāo)方面,Her2是實(shí)體瘤最常用的靶點(diǎn),而CD19抗原在血液腫瘤中最常見。使用原代NK細(xì)胞的研究中,65%的人在研究B細(xì)胞惡性腫瘤,CD19是最受歡迎的靶點(diǎn)。有趣的是,在使用NK細(xì)胞系的研究中,研究實(shí)體瘤是血液惡性腫瘤的2倍以上。

CAR結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

NK細(xì)胞上表達(dá)的功能性CAR分子由三部分組成:胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜區(qū)以及胞內(nèi)的信號(hào)結(jié)構(gòu)域。胞外結(jié)構(gòu)域由一個(gè)信號(hào)肽和識(shí)別抗原的單鏈抗體片段(scFv)組成,一段鉸鏈區(qū)將這個(gè)結(jié)構(gòu)連接到跨膜區(qū),它也在細(xì)胞內(nèi)連接到包含激活信號(hào)的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。成功的CAR設(shè)計(jì)是通過(guò)仔細(xì)的設(shè)計(jì)和功能測(cè)試相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

載體骨架和啟動(dòng)子

載體骨架包含表達(dá)CAR所需的所有元件,如啟動(dòng)子、polyA信號(hào)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控片段。

啟動(dòng)子的選擇直接影響到轉(zhuǎn)基因的表達(dá)水平。目前,對(duì)不同啟動(dòng)子在NK細(xì)胞系中的CAR表達(dá)和功能的比較只有一次報(bào)道,而對(duì)原代NK細(xì)胞沒(méi)有比較數(shù)據(jù)。就這一次單個(gè)報(bào)告來(lái)看,還不能確定CAR-NK細(xì)胞的最佳啟動(dòng)子。

目前關(guān)于CAR-NK細(xì)胞的報(bào)道顯示,多種啟動(dòng)子被用于驅(qū)動(dòng)CAR的表達(dá),無(wú)論是細(xì)胞系來(lái)源的還是原代NK細(xì)胞。在原代CAR-NK和CAR-NK細(xì)胞系中,病毒啟動(dòng)子(CMV、MPSV、MMLV、SFFV等)比組成性活性啟動(dòng)子(如EF1α、CMV和PGK)更常用。

信號(hào)肽

在信號(hào)肽中存在著巨大的異質(zhì)性,這直接轉(zhuǎn)化為不同水平的蛋白質(zhì)分泌效率。對(duì)于CAR-NK和CAR-T細(xì)胞,還沒(méi)有確定最佳信號(hào)肽的比較研究。目前,CD8a-SP是原代NK細(xì)胞最常用的信號(hào)肽序列(16%,71%的研究中未公布)和NK細(xì)胞系的免疫球蛋白重鏈或輕鏈信號(hào)肽(29%)。

單鏈抗體

單鏈抗體片段是CAR的腫瘤抗原結(jié)合域,該結(jié)構(gòu)域?qū)�決定CAR-NK細(xì)胞的特異性和功能。

由于單鏈抗體不是抗體的天然形式,因此重鏈和輕鏈的順序是人工確定的。到目前為止,對(duì)于CAR-NK設(shè)計(jì),大多數(shù)更喜歡VH-VL方向,而不是VL-VH方向。Fujiwara等人證明重鏈和輕鏈的順序不影響T細(xì)胞上抗KDR CAR的表達(dá)水平。

此外,細(xì)胞可以配備多個(gè)單鏈抗體,從而擴(kuò)大CAR效應(yīng)細(xì)胞的抗原識(shí)別能力。在這里,有多種選擇:CARs可以用雙元件的載體轉(zhuǎn)導(dǎo),誘導(dǎo)兩個(gè)CAR結(jié)構(gòu)的表達(dá);或者將兩個(gè)單鏈抗體融合在一個(gè)結(jié)構(gòu)中,產(chǎn)生串聯(lián)單鏈抗體的“單柄”CAR。雖然這些技術(shù)已用于生產(chǎn)CAR-T細(xì)胞,但CAR-NK細(xì)胞仍未知。

目前大多數(shù)臨床CAR-T細(xì)胞試驗(yàn)都使用了來(lái)自小鼠抗體的單鏈抗體,這增加了抗小鼠IgG細(xì)胞宿主抗移植物病的風(fēng)險(xiǎn),這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)人源化或篩選全人抗體避免。然而不幸的是,由于這些CAR受體的嵌合特性,即使是人源化的單鏈抗體也可能誘導(dǎo)宿主抗獨(dú)特型免疫反應(yīng)。幸運(yùn)的是,在迄今為止數(shù)量有限的CAR-NK臨床試驗(yàn)中,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與抗CAR免疫反應(yīng)相關(guān)的重大副作用。

連接區(qū)

重鏈和輕鏈之間的連接區(qū)有助于穩(wěn)定單鏈抗體的構(gòu)象,過(guò)短會(huì)導(dǎo)致多聚體的形成,過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致水解或降低VH和VL結(jié)構(gòu)域之間的關(guān)聯(lián)。對(duì)于CAR-NK細(xì)胞,五肽GGGGS的多聚體應(yīng)用最為廣泛,通常為3個(gè)重復(fù)。另一個(gè)旨在增強(qiáng)蛋白水解穩(wěn)定性的連接體是Whitlow“218”連接體:GSTGSGSKPGSGEGSTKG。

目前,雖然大多數(shù)CAR-NK研究沒(méi)有提供連接細(xì)節(jié),但已有的研究報(bào)道中,有22項(xiàng)使用了G4S連接,有2項(xiàng)應(yīng)用了218連接。

鉸鏈區(qū)

鉸鏈區(qū)是連接單鏈抗體單位和跨膜結(jié)構(gòu)域的CAR細(xì)胞外結(jié)構(gòu)區(qū),它通常維持效應(yīng)細(xì)胞中穩(wěn)健的CAR表達(dá)和活性所需的穩(wěn)定性。大多數(shù)CAR-NK構(gòu)建使用CD8α或CD28胞外結(jié)構(gòu)域的衍生物或基于IgG的鉸鏈區(qū)。

鉸鏈區(qū)的類型和長(zhǎng)度對(duì)CAR的功能活動(dòng)有重要影響。但是目前大多數(shù)信息全來(lái)自CAR-T領(lǐng)域,能否直接轉(zhuǎn)化為CAR-NK還有待證明。

在CD28和CD8α鉸鏈區(qū)之間的直接比較中,發(fā)現(xiàn)CD28更有可能促進(jìn)CAR分子的二聚化,因此,CD28鉸鏈區(qū)的CAR產(chǎn)生的激活刺激更強(qiáng)。雖然這可能是有益的,但也可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的副作用。

IgG為基礎(chǔ)的鉸鏈區(qū)也廣泛應(yīng)用于CAR結(jié)構(gòu)�；�于IgG鉸鏈區(qū)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)的靈活性,該結(jié)構(gòu)通常由IgG1或IgG4的FC部分或Fc部分的CH2/CH3結(jié)構(gòu)域組成。鉸鏈區(qū)的長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)以適應(yīng)抗原識(shí)別,但研究發(fā)現(xiàn),間隔區(qū)越短,細(xì)胞因子的產(chǎn)生越高,CAR-T細(xì)胞增殖越快,體內(nèi)持久性和抗腫瘤效果越好。

對(duì)于CAR-NK細(xì)胞,大多數(shù)研究在原代NK細(xì)胞(16/35)和CAR-NK細(xì)胞系(41/72)中均采用CD8α鉸鏈區(qū)。其它使用的鉸鏈區(qū)包括CD28、IgG Fc結(jié)構(gòu)域和DAP12。

跨膜結(jié)構(gòu)域

跨膜(TM)結(jié)構(gòu)域連接CAR的胞外結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)激活信號(hào)結(jié)構(gòu)域,CAR-NK最常用的TM部分來(lái)自CD3ζ、CD8和CD28,但其他如NKG2D、2B4、DNAM1也有被使用。

TM結(jié)構(gòu)域的選擇影響了CAR結(jié)構(gòu)在細(xì)胞功能上的活化程度。通常在NK細(xì)胞上表達(dá)的分子如DNAM-1、2B4和NKG2D的TM會(huì)導(dǎo)致更多的CD107a脫顆粒和更高的細(xì)胞毒性,因此,TM的具體來(lái)源將決定CAR-NK的活性。

TM結(jié)構(gòu)域的一個(gè)重要方面是,最佳TM區(qū)域應(yīng)遵循T細(xì)胞或NK細(xì)胞上跨膜蛋白的蛋白質(zhì)自然取向(N端到C端順序)。NKG2D雖然是一種強(qiáng)大的NK細(xì)胞激活劑,然而,天然NKG2D具有C端到N端的跨膜區(qū)。

目前,CD8α和CD28修飾的TM在原代CAR-NK細(xì)胞中最常見,而CD28是CAR-NK細(xì)胞系的首選TM區(qū)域。

CAR-NK激活信號(hào)

CAR的細(xì)胞內(nèi)激活信號(hào)的數(shù)量決定了其屬于哪一“代”CAR。

第一代CAR-NK細(xì)胞與CAR-T細(xì)胞一樣,只含有CD3ζ信號(hào)。第二代和第三代CAR-NK分別攜帶一個(gè)和兩個(gè)額外的共刺激信號(hào),共刺激分子通常來(lái)源于CD28家族(CD28和ICOS)、TNFR家族(4-1BB、OX40和CD27)或SLAM相關(guān)受體家族(2B4)。到目前為止,唯一公布的CAR-NK臨床試驗(yàn)采用了第二代CAR-NK構(gòu)建,該構(gòu)建通過(guò)加入IL-15表達(dá)和誘導(dǎo)Caspase9增強(qiáng)活性。

目前大多數(shù)CAR結(jié)構(gòu)依賴于CD3ζ鏈信號(hào)域,強(qiáng)烈的激活信號(hào)對(duì)于誘導(dǎo)有效的抗腫瘤反應(yīng)很重要,但也可能導(dǎo)致效應(yīng)細(xì)胞的快速衰竭。因此,共刺激域的組合可用于校準(zhǔn)所需的免疫細(xì)胞反應(yīng)。與基于4-1BB的 CARs相比,基于CD28的CARs表現(xiàn)出更快的效應(yīng)器特征,誘導(dǎo)更高水平的IFN-γ、顆粒酶B、TNF-α。然而,這種強(qiáng)烈的共刺激信號(hào)也會(huì)導(dǎo)致活化誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡(AICD)。

相比較,4-1BB-CD3ζ信號(hào)優(yōu)先誘導(dǎo)記憶相關(guān)基因和持續(xù)的抗腫瘤活性。原因可能是4-1BB結(jié)構(gòu)域改善了CD28結(jié)構(gòu)域引起的T細(xì)胞耗竭。

如上圖所示,在CAR-NK細(xì)胞系和原代CAR-NK細(xì)胞的研究中,CD3ζ幾乎被普遍用作主要的激活域,其中大約一半攜帶一個(gè)額外的激活域,通常添加4-1BB或CD28。至于第三代結(jié)構(gòu),CD28/4-1BB/CD3ζ的組合是最常用的。

CAR的轉(zhuǎn)染或轉(zhuǎn)導(dǎo)載體

隨著基因修飾技術(shù)的進(jìn)步,許多方法被用于產(chǎn)生CAR-NK。兩種主要方法是病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)(使用慢病毒或逆轉(zhuǎn)錄病毒),或轉(zhuǎn)染裸質(zhì)粒DNA、轉(zhuǎn)座酶DNA介導(dǎo)的整合以及mRNA電轉(zhuǎn)。

慢病毒

慢病毒能夠高效地轉(zhuǎn)導(dǎo)周期性和非周期性細(xì)胞,在基因治療領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。迄今為止,已有14篇關(guān)于原代CAR-NK細(xì)胞和44篇關(guān)于CAR-NK細(xì)胞系的研究成功使用慢病毒作為載體。

在臨床前研究中,21項(xiàng)研究使用了第二代病毒,6項(xiàng)研究使用了第三代慢病毒來(lái)產(chǎn)生表達(dá)CAR的NK細(xì)胞系(17個(gè)未知)。在原代CAR-NK細(xì)胞研究中,5項(xiàng)研究使用了第三代慢病毒,7項(xiàng)研究使用了第二代慢病毒載體(2個(gè)未知)。

逆轉(zhuǎn)錄病毒

幾十年來(lái),逆轉(zhuǎn)錄病毒一直被用作基因治療載體。迄今為止,有20項(xiàng)使用CAR-NK細(xì)胞系的研究和15使用原代NK細(xì)胞的研究應(yīng)用了逆轉(zhuǎn)錄病毒。最近的一項(xiàng)I期臨床試驗(yàn)中,由逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)的CD19 CAR-NK細(xì)胞治療CD19+非霍奇金淋巴瘤和慢性淋巴細(xì)胞白血病。在這項(xiàng)研究中,73%的患者有響應(yīng),8名患者中有7名獲得完全緩解。此外,在所有劑量水平下,CAR-NK輸注后30天內(nèi)反應(yīng)迅速。經(jīng)過(guò)一年的隨訪,仍然可以檢測(cè)到擴(kuò)增的CAR-NK細(xì)胞。輸注后,外周血中的CAR-NK DNA拷貝數(shù)保持穩(wěn)定達(dá)一年之久,這些結(jié)果首次表明逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)的CAR-NK細(xì)胞可以在體內(nèi)長(zhǎng)期存活。

不同種類的逆轉(zhuǎn)錄病毒被用來(lái)產(chǎn)生CAR-NK細(xì)胞。與γ逆轉(zhuǎn)錄病毒和慢病毒相比,RD114α逆轉(zhuǎn)錄病毒在原代NK細(xì)胞的轉(zhuǎn)導(dǎo)效率上更高。盡管使用不同的逆轉(zhuǎn)錄病毒可以在NK細(xì)胞中獲得長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的CAR表達(dá),但逆轉(zhuǎn)錄病毒系統(tǒng)的安全性仍然是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題,尤其是與更安全的慢病毒相比。

mRNA電穿孔

電穿孔CAR編碼mRNA是一種快速、有效但是作用短暫的一種方法。迄今為止,有9個(gè)關(guān)于CAR-NK細(xì)胞系和11個(gè)原代CAR-NK細(xì)胞研究使用了mRNA電穿孔。

一般來(lái)說(shuō),擴(kuò)增或活化的NK細(xì)胞的mRNA轉(zhuǎn)染效率遠(yuǎn)高于新鮮分離的NK細(xì)胞。由于mRNA的合成符合GMP的規(guī)定,并且電穿孔可以在潔凈室中進(jìn)行,因此通過(guò)mRNA電穿孔產(chǎn)生符合GMP的CAR-NK是可行的。然而,這種方法的主要缺點(diǎn)是CAR表達(dá)的窗口短暫:電穿孔后,CAR-NK細(xì)胞應(yīng)在7天內(nèi)輸回患者體內(nèi)。

睡美人轉(zhuǎn)座子

基于轉(zhuǎn)座子的系統(tǒng)可以在預(yù)定的位置高效地導(dǎo)入CAR轉(zhuǎn)基因,這是傳統(tǒng)方法所不具備的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。轉(zhuǎn)座子主要通過(guò)電穿孔導(dǎo)入NK細(xì)胞,然后通過(guò)轉(zhuǎn)座子酶整合到宿主基因組中。有兩項(xiàng)研究應(yīng)用轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生CAR-NK細(xì)胞:一項(xiàng)使用NK-92-MI細(xì)胞,另一項(xiàng)研究將轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)染到iPSC細(xì)胞,然后分化成NK細(xì)胞。富集后,抗間皮素CARs在iPSC衍生的NK細(xì)胞上穩(wěn)定表達(dá),并在卵巢癌小鼠模型中發(fā)揮出作用。

CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas9是一種強(qiáng)大的基因改造技術(shù),這項(xiàng)技術(shù)依賴于將Cas9蛋白與引導(dǎo)RNA一起導(dǎo)入NK細(xì)胞。最初,這種技術(shù)被用于原代NK細(xì)胞,以破壞CD38基因,旨在防止NK細(xì)胞與daratumumab (抗CD38)聯(lián)合使用時(shí)的自相殘殺,因?yàn)镃D38在NK細(xì)胞、多發(fā)性骨髓瘤和AML細(xì)胞上均有表達(dá)。

最近,CRISPR/Cas9被用于引入新基因。在一些采用HDR模板的研究中,使用K562-mIL-21擴(kuò)增的NK細(xì)胞獲得了超過(guò)75%的敲入效率。然而,在新鮮NK細(xì)胞中,敲入效率僅為3–16%。總的來(lái)說(shuō),CRISPR/Cas9策略是一種很有前景的技術(shù),它可以用來(lái)精確地刪除、修復(fù)或?qū)�入特定基�?有望產(chǎn)生強(qiáng)大的抗腫瘤NK細(xì)胞。

CAR-NK細(xì)胞免疫治療的優(yōu)勢(shì)

首先,在臨床應(yīng)用中,CAR-NK細(xì)胞免疫療法比CAR-T細(xì)胞免疫療法更安全,而且NK細(xì)胞的安全性已在一些臨床領(lǐng)域得到驗(yàn)證。例如,一些I/II期試驗(yàn)顯示,同種異體NK細(xì)胞輸注耐受性良好,不會(huì)引起GVHD和明顯的毒性。因此,NK細(xì)胞是一種適應(yīng)性更強(qiáng)的CAR載體,而不僅僅局限于自體細(xì)胞。

CAR-T細(xì)胞免疫治療的主要副作用之一是由于CAR-T細(xì)胞的持續(xù)存在而產(chǎn)生的靶向效應(yīng)。相反,CAR-NK細(xì)胞的壽命很短,幾乎不會(huì)產(chǎn)生靶向效應(yīng)。另外,NK細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子種類與T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子種類有很大不同�；钴S的NK細(xì)胞通常產(chǎn)生IFN-γ和粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF),而CAR-T細(xì)胞通常通過(guò)分泌促炎性細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1和IL-6誘導(dǎo)細(xì)胞因子風(fēng)暴。

第二,除了通過(guò)單鏈抗體識(shí)別腫瘤表面抗原來(lái)抑制癌細(xì)胞外,NK細(xì)胞還可以通過(guò)多種受體識(shí)別各種配體來(lái)抑制癌細(xì)胞,例如自然細(xì)胞毒性受體(NKp46、NKp44和NKp30)、NKG2D和DNAM-1(CD226)。這些NK細(xì)胞受體通常識(shí)別在免疫細(xì)胞或長(zhǎng)期治療壓力下腫瘤細(xì)胞上表達(dá)的應(yīng)激誘導(dǎo)配體。此外,NK細(xì)胞通過(guò)FcγRIII(CD16)誘導(dǎo)抗體依賴性細(xì)胞毒性。因此,CAR-NK細(xì)胞可通過(guò)CAR依賴和NK細(xì)胞受體依賴性途徑抑制癌細(xì)胞,從而消除腫瘤抗原陽(yáng)性癌細(xì)胞或表達(dá)NK細(xì)胞受體配體的癌細(xì)胞。臨床試驗(yàn)表明,CAR-T細(xì)胞不能消除高度異質(zhì)性的癌細(xì)胞,但是CAR-NK細(xì)胞能夠有效地殺死長(zhǎng)期治療后可能改變其表型的殘留腫瘤細(xì)胞。

最后,NK細(xì)胞在臨床樣本中非常豐富,可以從外周血(PB)、臍帶血(UCB)、人類胚胎干細(xì)胞(HESC)、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(IPSC)甚至NK-92細(xì)胞系中產(chǎn)生。NK-92細(xì)胞提供了一個(gè)均勻的細(xì)胞群,并且可以在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件下很容易地?cái)U(kuò)大,以進(jìn)行廣泛的臨床應(yīng)用。但是,由于其腫瘤細(xì)胞系來(lái)源,必須在輸注前進(jìn)行輻照。相反,活躍的PB-NK細(xì)胞表達(dá)廣泛的受體,無(wú)需輻射即可利用,這使得它們能夠在體內(nèi)生成。來(lái)源于iPSCs或hESCs的NK細(xì)胞結(jié)合了PB-NK和NK-92細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出與PB-NK細(xì)胞相似的表型,是一個(gè)同質(zhì)的群體。更重要的是,通過(guò)采用非病毒轉(zhuǎn)基因方法,CAR可以很容易地在人胚胎干細(xì)胞和/或iPSC來(lái)源的NK細(xì)胞中表達(dá)。

CAR-NK細(xì)胞免疫治療的臨床研究

血液瘤

臨床前研究表明,CD19-CAR-NK細(xì)胞對(duì)血液系統(tǒng)腫瘤有很高的應(yīng)答率,并且易于制造,與目前的CAR-T細(xì)胞免疫療法相比,這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。CD19-CAR修飾的NK細(xì)胞具有比CAR-T更明顯的優(yōu)勢(shì),有望顯示出更好的抗腫瘤作用。除了CD19外,淋巴瘤和白血病的CAR-NK細(xì)胞臨床研究也針對(duì)CD7(NCT02742727)和CD33(NCT02944162)。目前,有幾種針對(duì)血液惡性腫瘤的CAR-NK細(xì)胞臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中。

實(shí)體瘤

CAR治療的一個(gè)主要障礙是缺乏對(duì)實(shí)體瘤的療效。這是由于腫瘤灌注不良、TAA異質(zhì)性和實(shí)體瘤伴發(fā)的免疫抑制腫瘤微環(huán)境(TME)所致。

CAR-NK療法試圖解決這些問(wèn)題,一些臨床試驗(yàn)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)體惡性腫瘤的治療。在實(shí)體瘤中進(jìn)展最為廣泛的CAR-NK療法包括檢查點(diǎn)分子程序性細(xì)胞死亡蛋白-1配體(PD-L1)以及常見的腫瘤相關(guān)抗原HER2和MUC1為靶點(diǎn)。

PD-L1在TME和免疫抑制細(xì)胞的幾種癌癥類型中上調(diào)。一種新的NK-92細(xì)胞系被設(shè)計(jì)成靶向PD-L1、ER保留的IL-2和高親和力CD16的CAR,稱為PD-L1靶向haNK(t-haNK)。令人興奮的臨床前數(shù)據(jù)表明,這些細(xì)胞在體外對(duì)15種腫瘤細(xì)胞株具有特異的抗腫瘤作用,在體內(nèi)對(duì)三陰性乳腺癌、膀胱腫瘤和肺癌具有很強(qiáng)的抗腫瘤作用。QUITL3．064 I期臨床試驗(yàn)(NCT04050709)目前正在進(jìn)行,PD-L1 t-haNK聯(lián)合其他藥物評(píng)估局部晚期或轉(zhuǎn)移性胰腺癌患者的安全性和有效性也在進(jìn)行中(NCT0439099)。

HER2在幾種癌癥中過(guò)度表達(dá),如乳腺癌、胃癌、食管癌、卵巢癌和子宮內(nèi)膜癌。HER2也在80%的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中表達(dá),并且與低生存率相關(guān)。因此,HER2是CAR治療的一個(gè)非常有吸引力的靶點(diǎn)。HER2-CAR-T治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤已經(jīng)顯示出這些細(xì)胞被轉(zhuǎn)移到腫瘤中,但是在TME中高效應(yīng)功能的T細(xì)胞導(dǎo)致抗原丟失變體的快速選擇。ErbB2-NK-92/5．28z CAR-NK將在潛在抗原丟失的情況下保持效應(yīng)器功能,從而使過(guò)繼轉(zhuǎn)移細(xì)胞的細(xì)胞毒功能恢復(fù)到基線NK細(xì)胞的細(xì)胞毒功能。這項(xiàng)HER2-CAR-NK治療正在一項(xiàng)3+3劑量遞增I期臨床試驗(yàn)(CAR2BRAIN;NCT0338978)中。

MUC1是一種在導(dǎo)管上皮細(xì)胞上表達(dá)的高度糖基化跨膜糖蛋白,其在人類B細(xì)胞和T細(xì)胞上的表達(dá)存在爭(zhēng)議。MUC1在多種癌癥類型中過(guò)度表達(dá),使其成為CAR-T治療的合適靶點(diǎn)。然而,CAR-T療法已被證明是不成功的,因?yàn)槊庖咭种频腡ME。為了規(guī)避TME介導(dǎo)的免疫抑制,CAR-NK細(xì)胞被設(shè)計(jì)表達(dá)帶有CD28和CD137信號(hào)結(jié)構(gòu)域的MUC1-CAR和截短的PD-1肽(MUC1-CAR-NK-92)。這些細(xì)胞在體外和體內(nèi)均能殺傷MUC1靶細(xì)胞。最近完成了一項(xiàng)I期臨床試驗(yàn)(NCT02839954),評(píng)估了Muc1-CAR-NK-92在Muc1陽(yáng)性復(fù)發(fā)或難治性實(shí)體瘤患者中的安全性和有效性。13例PD-L1和MUC1陽(yáng)性腫瘤患者中,3名退出,9名病情穩(wěn)定,1名患者病情進(jìn)展。主要的觀察指標(biāo)是確定Muc1-CAR-NK-92細(xì)胞的毒性,值得注意的是,試驗(yàn)中沒(méi)有任何患者出現(xiàn)細(xì)胞因子風(fēng)暴或骨髓抑制的跡象。

CAR-NK細(xì)胞面臨的臨床應(yīng)用障礙

體外擴(kuò)增NK細(xì)胞是CAR-NK細(xì)胞免疫治療的第一道障礙。單個(gè)供體的NK細(xì)胞數(shù)量不足以進(jìn)行治療,這使得NK細(xì)胞的擴(kuò)張和激活變得非常關(guān)鍵。這一生產(chǎn)過(guò)程通常需要兩到三周的時(shí)間來(lái)培養(yǎng)NK細(xì)胞和某些細(xì)胞因子(IL-2或與IL-15或抗CD3單克隆抗體聯(lián)合使用)。盡管輻照過(guò)的K562-mb15-4-1BBL細(xì)胞作為飼料可以改善NK細(xì)胞增殖過(guò)程中細(xì)胞的生長(zhǎng),但供體細(xì)胞數(shù)量的可用性仍然是一個(gè)障礙。此外,必須完全清除T細(xì)胞,以防止GVHD。因此,如何獲得足夠的NK細(xì)胞仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

選擇合適的方法將CAR轉(zhuǎn)化為NK細(xì)胞是CAR-NK細(xì)胞免疫治療的關(guān)鍵。到目前為止,病毒載體和非病毒載體都被用來(lái)轉(zhuǎn)化CAR。雖然逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的轉(zhuǎn)染效率很高,但它可能會(huì)引起插入突變、致癌和其他不良反應(yīng)。而慢病毒載體盡管顯示出較低的插入突變發(fā)生率,但其對(duì)外周血NK細(xì)胞的轉(zhuǎn)染效率低至20%。

mRNA轉(zhuǎn)染CAR-NK細(xì)胞也被認(rèn)為是一種安全、實(shí)用的轉(zhuǎn)染方法。研究表明,在異種移植腫瘤模型中,用mRNA方法電穿孔24小時(shí)后受體表達(dá)水平超過(guò)80%,轉(zhuǎn)染mRNA的NK細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的細(xì)胞毒性。最近有研究表明,轉(zhuǎn)染mRNA可以有效地避免CAR修飾免疫療法臨床應(yīng)用的一個(gè)重要限制因素“靶向非腫瘤”毒性。然而,通過(guò)電穿孔方法轉(zhuǎn)染mRNA的CAR-NK細(xì)胞的抗腫瘤作用將是暫時(shí)的,因?yàn)镃ARs的表達(dá)水平不會(huì)超過(guò)3天。

新一代的CAR-NK

一些研究小組正在探索不同的機(jī)制來(lái)有效地對(duì)抗抗原丟失和免疫抑制TME,從而將提高CAR-NK治療策略的治療壽命和療效,并可能成為下一代CAR-NK治療的支柱。

為了避免抗原逃逸,Mitwasi和他的同事開發(fā)了一種通用型CAR(UniCAR),帶有開關(guān),以提高安全性和可控性。這項(xiàng)技術(shù)首先在針對(duì)E5B9的CAR-T細(xì)胞上得到驗(yàn)證,E5B9是核抗原La-SS/B的肽表位。由于在細(xì)胞表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種蛋白,CAR-T必須通過(guò)一種稱為靶模塊(TM)的雙特異性分子定向到腫瘤。TMs通常以E5B9肽表位融合到抗TAA的單鏈抗體上。不同的TM可以聯(lián)合應(yīng)用,以同時(shí)針對(duì)多個(gè)TAA,誘導(dǎo)CARs反應(yīng)肽的異質(zhì)性,而不存在靶向效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

Mitwasi等人開發(fā)了一個(gè)表達(dá)UniCAR的NK-92細(xì)胞系和一個(gè)TM,其中E5B9表位連接到IgG4主干上的抗GD2單抗。GD2在多種人類腫瘤中高表達(dá),是神經(jīng)母細(xì)胞瘤的免疫治療靶點(diǎn)之一。以表達(dá)GD2的神經(jīng)母細(xì)胞瘤和黑色素瘤細(xì)胞為靶點(diǎn)的UniCAR NK-92在體外表現(xiàn)出抗腫瘤細(xì)胞毒性,已準(zhǔn)備進(jìn)一步的臨床開發(fā)。

CAR治療面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是TME。為避免免疫抑制性TME,Wang等構(gòu)建了NK-92細(xì)胞,表達(dá)由細(xì)胞外TGFβRII融合到激活受體NKG2D的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)域組成的修飾CAR(TGFβRII-NKG2D,稱為NK-92-TN)。本質(zhì)上,這種融合將免疫抑制劑TME產(chǎn)生的TGF-β傳遞的信號(hào)轉(zhuǎn)換為激活信號(hào)。體外培養(yǎng)的NK-92-TN細(xì)胞對(duì)TGF-β抑制有抵抗力,無(wú)NKG2D下調(diào),TGF-β共培養(yǎng)后殺傷能力和IFN-γ產(chǎn)生增加。雖然體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看起來(lái)很有希望,但在體內(nèi),NK-92-TN的抗腫瘤活性并不顯著,終點(diǎn)腫瘤重量的減少很小。在這方面還需要更深入的研究。

展望

自然殺傷細(xì)胞是一組獨(dú)特的抗腫瘤效應(yīng)細(xì)胞,具有不受MHC限制的細(xì)胞毒性、產(chǎn)生細(xì)胞因子和免疫記憶等功能,使其成為先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵角色。CAR-NK細(xì)胞療法是一個(gè)很有前途的臨床研究領(lǐng)域,對(duì)某些癌癥患者具有良好的安全性和初步療效。與CAR-T細(xì)胞相比,CAR-NK細(xì)胞具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),但仍面臨著一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括細(xì)胞增殖的改善,使細(xì)胞毒性的激活更有效,以及最終找到NK細(xì)胞的最佳重建方法。相信解決好這些問(wèn)題,基于NK細(xì)胞優(yōu)秀的抗腫瘤血統(tǒng),極有可能在CAR修飾的武裝下為腫瘤治療帶來(lái)新的突破。

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