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細(xì)數(shù)CAR-NK:從生物學(xué)到未來展望

前言

以嵌合抗原受體(CARs)為基礎(chǔ)的T細(xì)胞治療已顯示出對血癌的巨大成功;然而,潛在的致命毒性(如細(xì)胞因子釋放綜合征)和高成本是限制CAR-T細(xì)胞臨床應(yīng)用的一些缺點,有待克服。

自然殺傷(NK)細(xì)胞是當(dāng)前免疫學(xué)研究的焦點,迄今為止,利用NK細(xì)胞治療惡性腫瘤已經(jīng)取得了一定的成功。NK細(xì)胞受體生物學(xué)的最新進展極大地改變了我們對NK細(xì)胞如何識別和殺死腫瘤細(xì)胞的理解。CAR-NK細(xì)胞由于其獨特的識別機制、強大的細(xì)胞毒性作用以及臨床安全性,成為癌癥再靶向治療的強力候選。此外,NK細(xì)胞降低了同種異體反應(yīng)的風(fēng)險,可以作為“現(xiàn)成產(chǎn)品”。

雖然目前如火如荼的CAR-NK療法依然面臨著許多挑戰(zhàn)和障礙,但其巨大的潛力已經(jīng)在腫瘤免疫治療領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。

NK細(xì)胞生物學(xué)

NK細(xì)胞是第一個被鑒定的先天性淋巴細(xì)胞(ILC)亞型,能對病毒感染和/或轉(zhuǎn)化的細(xì)胞產(chǎn)生多種效應(yīng)器功能,主要是細(xì)胞殺傷和產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子。NK細(xì)胞和其他ILC家族成員(ILC1s、ILC2s和ILC3s)與B細(xì)胞和T細(xì)胞來源于相同的淋巴祖細(xì)胞。NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性活性使它們在功能上與CD8+T細(xì)胞最為相似,而ILC1、ILC2和ILC3群體的細(xì)胞因子生成模式將這些細(xì)胞分別對應(yīng)CD4+T細(xì)胞的TH1、TH2和TH17亞群。

NK細(xì)胞的兩個最典型的亞群是CD56brightCD16-和CD56dimCD16+群體。CD56bright細(xì)胞在外周血中的數(shù)量較少(循環(huán)中90%的NK細(xì)胞是CD56dim),而組織中的NK細(xì)胞主要是CD56bright。CD56bright NK細(xì)胞是強有力的細(xì)胞因子產(chǎn)生者,除非受到促炎性細(xì)胞因子如IL-15的刺激,否則細(xì)胞毒性較弱。相比之下,CD56dim NK細(xì)胞群可介導(dǎo)感染細(xì)胞和惡性細(xì)胞的連續(xù)殺傷,主要通過包含顆粒酶B和穿孔素的預(yù)先組裝的溶細(xì)胞顆粒在免疫突觸中的胞吐,最終誘導(dǎo)靶細(xì)胞凋亡。

NK細(xì)胞的激活和抑制性受體

與B細(xì)胞和T細(xì)胞不同,NK細(xì)胞不表達體細(xì)胞重排的抗原受體,而是激活受體和抑制受體的隨機組合。通過這些不同受體的刺激信號與抑制信號的平衡產(chǎn)生對靶細(xì)胞的反應(yīng)或耐受。MHC-I(主要組織相容性復(fù)合物Ⅰ類)抗原特異性的抑制性受體可密切調(diào)節(jié)NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性和淋巴因子的產(chǎn)生。MHC-I特異性受體的抑制信號對于造血細(xì)胞避免NK細(xì)胞的破壞至關(guān)重要。這個概念被稱為“丟失自我”,最初是由 Ljunggren和Karre 提出的。這種MHC-I識別抑制性受體形成了NK細(xì)胞表面受體的三個家族,即KIRs(殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體)、LIRs(白細(xì)胞免疫球蛋白樣受體)和NKG2A(自然殺傷細(xì)胞2族A)。

KIRs是免疫球蛋白超家族的成員,是識別經(jīng)典人類白細(xì)胞抗原A、B和C(HLA-Ia類)的I型跨膜分子。LIRs又稱ILTs(免疫球蛋白樣轉(zhuǎn)錄物),形成第二組受體,除了HLA Ia類外,主要識別非經(jīng)典HLA-G(Ib類)分子。LIRs與KIRs屬于同一個Ig超家族。NKG2A是NKG2族的一個成員,包括A、B、C、D、E、F和H,與CD94二聚形成NKG2A/CD94受體。它屬于受體的C型凝集素家族,識別非經(jīng)典HLA-EⅠ類分子作為其配體。

NK細(xì)胞的殺傷作用不僅需要通過抑制性受體檢測轉(zhuǎn)化細(xì)胞上的MHC-I分子,還需要通過激活性受體激活NK細(xì)胞。自然細(xì)胞毒性受體(NCR)是一組自然殺傷細(xì)胞表面激活性受體,包括NKp46、NKp30和NKp44。這些受體以及NKG2D和DNAM-1(DNAX輔助分子-1)識別病毒感染或惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞表面表達的配體。一些共受體(2B4、NKp80、NTB-A和CD59)也被表達,它們只有與其他激活性受體結(jié)合才能發(fā)揮作用。CD16(或FcγRIII)也是一種激活性受體,主要由CD56dim NK細(xì)胞亞群表達,對IgG包被靶細(xì)胞的抗體依賴性細(xì)胞毒性(ADCC)至關(guān)重要。

CAR-T和CAR-NK

CAR-NK細(xì)胞和CAR-T細(xì)胞一樣存在胞外、跨膜和胞內(nèi)信號傳導(dǎo)域。NK細(xì)胞通過另外兩個共刺激分子,即NKG2D和CD244(2B4)增加其細(xì)胞毒性能力和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。因此,比CAR-T細(xì)胞具有更強的腫瘤特異性靶向性和細(xì)胞毒性。CAR-NK細(xì)胞療法可能在未來成為CAR-T療法的替代方案,因為CAR-NK細(xì)胞具有以下超越CAR-T的幾個獨特特征。

首先,異基因NK細(xì)胞對于過繼性細(xì)胞治療(ACT)是相當(dāng)安全的,因為它們通常不介導(dǎo)發(fā)生GVHD。此外,NK細(xì)胞僅分泌少量IFN-γ和GM-CSF,不產(chǎn)生啟動CRS的IL-1和IL-6。其次,除了通過單鏈抗體識別腫瘤表面抗原來抑制癌細(xì)胞外,NK細(xì)胞還可以通過多種受體識別各種配體來抑制癌細(xì)胞,例如自然細(xì)胞毒性受體(NKp46、NKp44和NKp30)、NKG2D和DNAM-1(CD226)。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。

CAR-NK細(xì)胞療法的臨床研究

CAR-NK療法的研究目前處于起步階段,臨床研究的數(shù)量逐年增加。此外,在研究的靶標(biāo)方面,CD19抗原在血液腫瘤中最常見。在實體瘤中進展最為廣泛的CAR-NK療法包括腫瘤相關(guān)抗原HER2、MUC1和PMSA等靶點。

目前,一些正在進行的臨床試驗正在調(diào)查CAR-NK細(xì)胞治療血液學(xué)腫瘤和實體瘤的安全性和有效性,這些試驗在下表列出。

CAR-NK細(xì)胞治療的挑戰(zhàn)

低持久性

在缺乏細(xì)胞因子支持的情況下,輸注細(xì)胞缺乏體內(nèi)持久性是過繼NK細(xì)胞治療的主要缺點之一。雖然它可能更安全的,但它也會限制NK細(xì)胞免疫治療的效果。外源性細(xì)胞因子已被證明能增加過繼性NK細(xì)胞的增殖和耐久性;然而,它們也可能導(dǎo)致不希望的副作用,包括抑制性免疫亞群的生長,如Tregs。

轉(zhuǎn)移到所需的腫瘤部位

快速歸巢到腫瘤床對于過繼性細(xì)胞治療效果至關(guān)重要,并且受NK細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞釋放的趨化因子之間復(fù)雜相互作用的控制。然而,NK細(xì)胞歸巢到腫瘤部位的效率一直存在爭議,因此促使人們不斷努力去進行改進。

一些研究人員已經(jīng)研究了各種工程方法來改善NK細(xì)胞歸巢。例如,用編碼趨化因子受體CCR7的mRNA電穿孔NK細(xì)胞,以增加向表達趨化因子CCL19的淋巴結(jié)的移動。用編碼CXCR2的病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)的NK細(xì)胞對表達同源配體如CXCL1、CXCL2、CXCL5、CXCL6和CXCL8的腎細(xì)胞癌腫瘤表現(xiàn)出更好的運動性。為了提高實體瘤患者NK細(xì)胞免疫治療的成功率,在小鼠模型中研究了幾種促進NK細(xì)胞向腫瘤部位轉(zhuǎn)運的新技術(shù);然而,這些方法的有效性還需要在臨床試驗中進行驗證。

免疫抑制腫瘤微環(huán)境

TME包括免疫抑制分子、免疫抑制細(xì)胞和妨礙免疫細(xì)胞功能的不利環(huán)境,是CAR-NK細(xì)胞治療的主要障礙。TGF-β;腺苷;吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)和前列腺素E2(PGE2)是TME中發(fā)現(xiàn)的可損害NK細(xì)胞活性的免疫抑制細(xì)胞因子和代謝物。Treg細(xì)胞;調(diào)節(jié)性B細(xì)胞;髓源性抑制細(xì)胞;腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM);血小板;成纖維細(xì)胞和一些不利的代謝因素,如缺氧、酸度和營養(yǎng)缺乏,在惡性環(huán)境中會導(dǎo)致免疫抑制。

因此,研究人員正致力于開發(fā)能夠防止某些免疫抑制作用的CAR-NK細(xì)胞。例如,通過使用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除TGF-βR2基因或者阻斷NK細(xì)胞上的高親和力A2A腺苷受體。TME導(dǎo)致NK細(xì)胞耗竭的另一個重要方法是免疫檢查點分子。為了克服這個問題,基因組編輯被用來消除NK細(xì)胞的檢查點成分,以改善其功能。

慢病毒低轉(zhuǎn)導(dǎo)效率

基于慢病毒的轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是細(xì)胞內(nèi)基因修飾和傳遞的最常用的方法之一。然而,由于自然特性,NK細(xì)胞對慢病毒具有抗性,這使得基于慢病毒的轉(zhuǎn)導(dǎo)成為一個挑戰(zhàn)。為了改進病毒轉(zhuǎn)導(dǎo),人們使用了各種化學(xué)物質(zhì),例如,可以使用魚精蛋白硫酸鹽或葡聚糖去除細(xì)胞膜上的電荷。

CAR-NK細(xì)胞療法的未來展望

識別靶抗原

CARs設(shè)計中最關(guān)鍵的一步是識別高度一致表達的靶腫瘤抗原。大多數(shù)腫瘤相關(guān)抗原(TAAs)也由一些健康細(xì)胞表達,因此,不可避免帶來“靶向非腫瘤”的效應(yīng)。此外,同一腫瘤的單細(xì)胞克隆中這些TAA的表達可能存在巨大差異。為了克服這個問題,人們設(shè)計了雙特異性CAR,可以同時靶向多個抗原。

這可以通過多種方式實現(xiàn),例如,可以同時注射針對不同抗原的不同CAR-NK細(xì)胞;或者設(shè)計一種能夠識別多種抗原的CAR,這一目標(biāo)可以通過“串聯(lián)CAR”實現(xiàn),其中兩個結(jié)合點連接到單個分子上,以提高免疫突觸的效率。此外,通過使用一個稱為“雙順反子CAR”的載體可以在同一免疫細(xì)胞上產(chǎn)生多個CAR。

提高NK細(xì)胞活性

幾個免疫檢查點調(diào)節(jié)和抑制NK細(xì)胞活性。這些免疫檢查點起到了“天然剎車”的作用,以防止自身免疫疾病或過度激活引起的免疫病理狀況。這些檢查點的基因缺失或阻斷可以幫助CAR-NK細(xì)胞保持過度活躍,更快地擺脫癌癥和轉(zhuǎn)移。

例如,一種新的NK-92細(xì)胞系被設(shè)計成靶向PD-L1、ER保留的IL-2和高親和力CD16的CAR,稱為PD-L1靶向haNK(t-h(huán)aNK)。令人興奮的臨床前數(shù)據(jù)表明,這些細(xì)胞在體外對15種腫瘤細(xì)胞株具有特異的抗腫瘤作用,在體內(nèi)對三陰性乳腺癌、膀胱腫瘤和肺癌具有很強的抗腫瘤作用。

另一個提高CAR-NK細(xì)胞活性的重要策略是腫瘤代謝的調(diào)節(jié),但這一策略尚未得到應(yīng)有的重視。在缺氧條件下,腺苷是通過CD39和CD73代謝ATP產(chǎn)生的,它們參與免疫逃避,阻止NK細(xì)胞運輸?shù)侥[瘤部位,并阻止NK細(xì)胞成熟。NKG2D工程化的CAR-NK細(xì)胞在抗CD73抗體抑制后顯示出治療肺癌的良好效果。

克服免疫抑制微環(huán)境

腫瘤具有多種免疫抑制因子,如TGF-β、IL-10、PD-1或精氨酸酶。有幾種方法可以降低TGF-β的抑制作用。例如,TGF-β激酶抑制劑和NK細(xì)胞的組合被發(fā)現(xiàn)可以恢復(fù)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性,并且保留NKG2D和CD16的表達。此外,使用帶有細(xì)胞外TGF-β受體結(jié)構(gòu)域的混合型CARs已被發(fā)現(xiàn)在提高NK-92細(xì)胞的抗腫瘤潛能方面相當(dāng)成功。通過敲除實體瘤中的SMAD3,NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性活性已得到增強。

提高安全性

提高基于CAR-NK細(xì)胞治療安全性的重要方法可能包括通過加入自殺基因或開發(fā)雙特異性CAR分子來修飾CAR結(jié)構(gòu),以更好地靶向腫瘤特異性抗原。

CAR-NK細(xì)胞可以以CAR依賴和CAR非依賴的方式同樣靶向腫瘤;因此,NK細(xì)胞的這一特性可以被用來發(fā)揮增強的腫瘤殺傷作用和開發(fā)非信號CAR。這些非信號CAR缺乏直接殺傷信號,但通過促進NK細(xì)胞在靶細(xì)胞上的駐留和粘附,可以增強NK細(xì)胞的特異性殺傷。另一個有趣的策略是設(shè)計能夠調(diào)節(jié)TME的CAR-NK,這種CAR-NK被命名為“裝甲”CAR-NK細(xì)胞。這些非常特殊的CAR-NK細(xì)胞表達幾種外源基因,可以調(diào)節(jié)局部TME以防止任何有害影響。

提高可及性

為了克服實體瘤中CAR-NK細(xì)胞的可及性,可以使用幾種方法,包括局部給藥、腹腔給藥和聚焦超聲引導(dǎo)給藥。例如,在模擬人類胸膜惡性腫瘤的原位模型中發(fā)現(xiàn)胸膜注射非常有效,其功能持續(xù)時間甚至比靜脈注射獲得的時間更長。局部給予CAR免疫細(xì)胞也可能有助于減少治療劑量。

小結(jié)

總的來說,NK細(xì)胞免疫生物學(xué)領(lǐng)域的進展和進步為更好和更新穎的免疫療法奠定了基礎(chǔ),NK細(xì)胞優(yōu)秀的抗腫瘤作用使其成為細(xì)胞免疫治療的焦點。CAR-NK細(xì)胞療法是一個很有前途的臨床研究領(lǐng)域,與CAR-T細(xì)胞相比,CAR-NK細(xì)胞具有自己獨特的優(yōu)點,但仍面臨著一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括細(xì)胞的持久性,克服免疫抑制微環(huán)境,以及轉(zhuǎn)導(dǎo)效率等。相信解決好這些問題,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新的突破。

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       原文標(biāo)題 : 細(xì)數(shù)CAR-NK:從生物學(xué)到未來展望

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報。

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