NK细胞：从基础生物学到临床研究

撰文：小明月
来源：干细胞者说
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2021年6月22日，复星凯特CAR-T细胞治疗产品益基利仑赛注射液已正式获得批准。中国迎来首款获批上市的CAR-T细胞治疗产品。近日，据NMPA官网显示，药明巨诺CD19 CAR-T瑞基奥仑赛（JWCAR029）的上市申请已完成审评，进入待审批状态。适应症为：经过二线或以上全身性治疗后成人患者的复发或难治性大B细胞淋巴瘤。

作为另一种价值的免疫细胞，NK细胞也逐渐受到关注，在国际上有众多的临床研究进展。NK细胞具有广谱的抗肿瘤作用。目前，基于NK细胞的肿瘤免疫疗法逐渐被挖掘出来。今天我们就来聊一聊究竟NK细胞疗法和CAR-NK细胞疗法。

自然杀伤细胞（Natural killer cell，NK细胞 )，是除 T细胞、B细胞之外的第三大类淋巴细胞，不仅与抗肿瘤、抗病毒感染和免疫调节有关，甚至参与超敏反应和自身免疫性疾病的发生。

NK细胞来源于骨髓造血干细胞，属于先天免疫系统的核心细胞，约占血液中所有免疫细胞数量的15%；主要分布于外周血、肝脏和脾脏。在人体内NK细胞主要特征为CD3−CD56+淋巴细胞群。NK细胞存在于大多数器官（骨髓、肺、淋巴结、外周血、脾脏和肝脏）。研究显示，NK细胞也存在许多其他器官中，如肠、皮肤、膀胱、扁桃体、子宫、胸腺、肾脏、胰腺、脂肪组织，甚至在小鼠大脑中。
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NK细胞的发育和分类

NK细胞在机体内由CD34+造血祖细胞（HPC）发育而来，是一个连续的过程，共同淋巴细胞祖细胞（CLPs）逐渐下调CD34，上调CD56，促使NK细胞分化与成熟。

在小鼠中，共同淋巴样祖细胞产生共同ILC前体（Common ILC precursor, CILCP）。而CILCP可产生NK细胞、辅助样ILCs。从CILCP开始，机体内的NK细胞发育至少包括五个阶段才可产生NK细胞，即：NKP→rNKP→CD27+CD11b−NK→CD27+CD11b+NK→CD27−CD11b+NK

来源：Cell

在人类中，一个接近CLPs的多能祖细胞能够产生ILCs的所有亚群。从CLPs发展出 ILC 限制的CILCP，进而产生NK限制的NKP。NKs的特征是CD122的表达以及CD34和CD127的丢失。T-bet和Eomes的表达是进一步分化为功能性NK细胞所必需的。

CD56的表达可以分两个NK细胞亚群，CD56dim和CD56bright，其中CD56- NK细胞具有抗肿瘤细胞毒性，并且两个亚群都能够产生细胞因子。两种活化表面受体NKp46和NKp80在两种NK细胞亚群中均有表达。CD56bright NK细胞通过获得CD16、PEN5和CD57的表达而分化为CD56dim NK细胞。

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NK细胞生物学功能

NK细胞大多数具有抗肿瘤细胞毒性。它们可产生大量分子（如穿孔素、颗粒酶、人体颗粒溶素等）的溶解颗粒，这些分子可诱导应激细胞的细胞死亡。NK细胞也表达多种肿瘤坏死因子（TNF），如FASL和TRAIL，分别与相应的受体FAS或TRAILR结合诱导靶细胞凋亡。此外，NK细胞产生一系列细胞因子（如IFN-γ、TNFα、IL-10）、生长因子（如GM-CSF）和趋化因子（如CCL3、CCL4、CCL5、XCL1）。

NK细胞可以通过与DC细胞、巨噬细胞和T细胞相互作用来形成免疫反应。细胞表面抑制性和激活受体之间的动态平衡保证了NK细胞效应功能的调节。这些抑制性受体，可识别各种形式的MHC-I分子。因此，靶细胞上MHC-I分子的减少或缺失可降低源于NK细胞的抑制性信号的强度，因此促进NK细胞的激活。激活性受体和天然细胞毒性受体的参与也会导致NK细胞的激活。

NK细胞还可介导抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC），同时也是目前热门抗体药物发挥临床效果的重要作用机制。

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基于NK细胞的治疗策略

作为抗癌的第一道防线，NK细胞已经成为免疫治疗临床试验中重要的一环，2000年，科学家研究证实小鼠癌症的发生和NK细胞自身的缺陷有关。

随着NK细胞抗肿瘤方面的探索愈发深入，越来越多的临床研究者希望了解NK细胞是如何对抗肿瘤的。当然，由于NK细胞抗癌的普遍性，所以近年来NK细胞用于治疗癌症的种类也愈发多样化。这也使得NK细胞疗法很可能会像PD-1/PD-L1抑制剂一样，在未来成为广谱抗癌药的一种。

依据NK细胞的抗肿瘤特性，目前已经开发了几种治疗策略。

  • 细胞因子：IL-2和IL-15，可提高机体内NK细胞活性，但潜在的恶化免疫反应是一个安全问题。
  • 活化的NK细胞：将健康捐赠者的NK细胞在体外以IL-2和IL-15刺激后，再输住到癌症患者的血液中。
  • 基因工程化NK细胞：CAR-NK细胞转基因表达抗B细胞恶性肿瘤的抗CD19或抗CD20受体，IL-2和IL-15增强NK细胞存活，或NKG2D提高肿瘤识别和溶解等不同治疗策略均正在临床试验进行中。
  • 单克隆抗体：针对肿瘤相关抗原的治疗性抗体，如分别识别CD20和EGF受体的利妥昔单抗或西妥昔单抗，可通过NK细胞诱导ADCC。针对抑制分子的抗体，如识别NKG2A的单抗，可增强NK细胞的反应。调控NK细胞检查点的大分子药物亦正在开发中。
  • NK细胞衔接器：靶向肿瘤抗原（如CD19、CD20或EGFR）、NKp46和CD16的多功能抗体将肿瘤细胞和NK细胞结合在一起，从而触发毒杀肿瘤细胞机制和促进NK细胞分泌细胞因子。
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NK细胞临床试验一览
细胞免疫疗法中，目前只有CAR-T细胞疗法及其产品较为成熟，FDA已经批准了五款，而NK细胞免疫疗法等都还属于研究试验阶段。
尽管国内外都在积极的开展研究，但目前NK细胞免疫治疗不论是中国还是美国，仍然处于临床研究阶段，均未正式获批上市进入临床应用。按照规定，临床试验申办机构不应收取费用。
下表是正在进行的NK细胞临床试验：
正在进行的NK细胞临床试验
NK细胞疗法被广泛用于各种癌症的治疗，包括：血液系统肿瘤、神经母细胞瘤、卵巢肿瘤、横纹肌肉瘤、乳腺癌、胃癌等等，在这些研究中，都取得了不错的治疗效果，包括在19例的AML患者接受输注后有5名癌症患者获得缓解。

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CAR-NK细胞疗法

NK细胞成为了研究人员开发新型免疫疗法的理想选择之一。目前，正在开发的NK细胞治疗产品主要有两类：一类是自体或是异体NK细胞治疗产品，另一类是CAR-NK产品。

就像CAR-T细胞疗法，CAR-NK细胞同样是给NK细胞加装了对应的癌细胞靶向的嵌合抗原受体（CAR），帮助NK细胞更精准的找到肿瘤细胞。CAR-NK细胞是在CAR-T细胞疗法相对成熟之后，逐渐发展起来的。在临床前和临床试验中，CAR-NK细胞疗法当之无愧成为细胞疗法中的热门选手。

CAR-NK细胞的来源和产生过程

CAR-NK细胞治疗产品具有以下几个潜在优势：

  • 第一，CAR-NK细胞免疫治疗具有更好的安全性。

  • 第二，CAR-NK细胞仍具有天然的抗肿瘤细胞的毒性，除了以CAR-依赖的方式杀死肿瘤靶细胞外，CAR-NK细胞还可以通过非CAR-依赖的方式消灭癌细胞。

  • 第三，具有成为“通用型”产品的潜力。

根据ClinicalTrials.gov网站公示信息，目前已有许多CAR-NK产品的临床试验正在开展中，大部分处于1/2期临床试验阶段。靶点多数是常见的恶性血液癌症靶点，如CD19、CD22、BCMA、CD33等。还有一些CAR-NK产品靶向的是实体肿瘤相关抗原，如PSMA、间皮素、ROBO1、NKG2D等。CAR-NK细胞在肿瘤中的作用正在被广泛研究（如下图）。

血液瘤中的临床前研究

CAR-NK细胞在血液瘤中的临床前研究

实体瘤中的临床前研究

CAR-NK细胞在实体中的瘤临床前研究

CAR-NK的临床研究

根据clinical.gov网站上的临床数据，已有200多项关于CAR-T细胞的研究。然而，只有9项涉及CAR-NK细胞。

CAR-NK细胞在血液瘤和实体瘤中的临床研究

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文末小结

NK 细胞具有独特的抗肿瘤效应，不受MHC限制的细胞毒性、产生细胞因子和免疫记忆等功能，使其成为先天性和适应性免疫反应系统中的关键角色。

CAR-NK 细胞疗法是一个很有前途的临床研究领域，对某些癌症患者具有良好的安全性和初步疗效。相信，CAR-NK细胞疗法可能会导致肿瘤免疫治疗的革命性进展。

参考资料：

[1] Niklas K. Björkström et al. Emerging insights into natural killer cells in human peripheral tissues. Nature Reviews Immunology (2016).

[2] SnapShot: Natural Killer Cells（来源：Cell）

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