自然杀伤细胞疗法

撰文 | 染色体

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自然杀伤（Natural killer，NK）细胞是先天免疫系统的淋巴细胞，属于固有淋巴细胞（innate lymphoid cells，ILCs）【1】。ILC不表达T细胞和B细胞抗原受体，包括5个亚群，其中ILC1、ILC2和ILC3是组织驻留细胞，分别对应CD4+ T辅助细胞1（TH1）、TH2和TH17。NK细胞主要存在于血液和组织中，与CD8+ 细胞毒性T细胞类似【2】。过去的五十年里，人们广泛探究了NK细胞的重要性和潜力，特别是在抗癌方面。

近日，来自法国Innate Pharma实验室的Eric Vivier在Nature期刊发表题为Natural killer cell therapies（自然杀伤细胞疗法）的综述文章。作者详细探讨了人类NK细胞生物学的复杂性，并强调了这些细胞在癌症免疫中的作用。文章还分析了通过免疫检查点抑制剂、NK细胞接合器、预激活或转基因、自体或异体NK细胞产品的利用来提高NK细胞免疫力。

NK细胞具有识别肿瘤细胞和感染病毒细胞的能力，能直接攻击这些细胞，并参与多种细胞免疫应答的调节【3】。随着对NK细胞的研究深入，科研人员已经开发出针对NK细胞的治疗策略，目前正处于临床前研究和临床试验的不同阶段。

1.NK细胞及其功能

1.1 NK细胞的生物学特性

NK细胞是由骨髓祖细胞产生的效应性淋巴细胞，能直接或间接清除应激细胞。人体内约有2 × 10^10个NK细胞，主要分布在肝脏、骨髓和血液中。NK细胞功能受多种抑制和激活受体调节，表现出细胞溶解和产生细胞因子的特点。根据CD56和CD16a的表达，NK细胞分为CD56brightCD16−和CD56dimCD16+两类。单细胞RNA测序揭示了NK细胞的多样性，包括血液中的NK1细胞（CD56dimCD16+）、NK2细胞（CD56brightCD16−）和NK3细胞（CD16dim适应性NKG2Chigh）（图1A）。NK细胞与ILC1细胞相似，为有效利用NK细胞的抗肿瘤特性，需了解ILCs的不同类型。

1.2 NK细胞的功能

NK细胞通过表达NKG2D和NKp46等多种细胞表面受体，识别并清除受困细胞。此外，NK细胞还通过抗体依赖性细胞毒性（ADCC）机制识别靶细胞，通过直接细胞毒性和细胞因子来消除这些细胞，发挥抗肿瘤和免疫监视的作用。免疫疗法在肿瘤学领域带来了革命性改变，特别是NK细胞作为独特的抗肿瘤工具备受关注。NK细胞无需特定抗原即可识别靶细胞，控制肿瘤转移发展，参与适应性免疫反应，识别并清除失去 MHC-I 表达的肿瘤细胞。这些生物学特性使得NK细胞成为免疫疗法中的重要组成部分，为肿瘤治疗开辟了新的可能性（图1B）。

图1. NK细胞亚群和细胞疗法：（A）人类循环NK细胞的主要亚群；（B）NK细胞疗法。

2. 基于单克隆抗体的NK细胞疗法

2.1 免疫检查点抑制剂

NK细胞和T细胞的活性受到多种表面抑制性受体的调控，包括NKG2A、LAG3、TIM-3和TIGIT。目前，多种单克隆抗体正在进行临床评估，用于阻断这些免疫检查点。研究数据表明，这些抗体的阻断可能会释放NK细胞，对治疗效果产生积极影响，进一步研究将有助于了解这些免疫检查点抑制剂对NK细胞功能的影响及其在治疗中的作用（表2）。

（1）NKG2A

CD94-NKG2A异二聚体受体广泛表达于NK细胞和部分CD8+ T细胞，阻断其可释放T细胞和NK细胞介导的抗肿瘤免疫反应。莫纳利珠单抗能特异性阻断NKG2A与HLA-E的相互作用，在评估中展现了肺癌治疗潜力。

（2）LAG3

LAG3蛋白广泛表达于多种免疫细胞中，具有调节免疫反应的能力，与MHC-II分子和其他蛋白结合，在免疫治疗中具备潜在价值。多种针对LAG3的药物已进入临床试验，其中relatlimab与nivolumab联合治疗黑色素瘤已获批准。研究表明，阻断LAG3能够增强NK细胞对肿瘤的免疫作用。

（3）TIM-3

TIM-3是一种免疫抑制受体，在多种免疫细胞中表达，阻断TIM-3可以恢复肿瘤患者NK细胞功能并抑制肿瘤生长。

（4）TIGIT

TIGIT是一种抑制性受体，表达于T细胞和NK细胞上，与多种配体结合并触发抑制性信号传导。它通过竞争性与DNAM-1结合，减弱NK细胞功能。阻断TIGIT能够恢复NK细胞功能并促进免疫反应。

2.2 NK细胞接合器

免疫细胞接合器是一类生物工程设计分子，用于引导免疫细胞攻击肿瘤。它们通过多臂抗体作为连接器，促使肿瘤细胞和效应细胞形成免疫突触，从而激活免疫细胞对肿瘤的免疫活性。其中NK细胞接合器（NK cell engagers，NKCEs）被认为是具有潜力的免疫疗法。

（1）基于CD16的NKCEs

NK细胞通过CD16a识别和消灭被IgG1和IgG3抗体激活的细胞，展现出ADCC的效应活性。针对CD16的多态性，采用多种策略以增强NK细胞介导的抗肿瘤活性，包括糖基工程和开发与CD16结合的Fv片段等方法。新型药物如AFM13和GTB-3550在肿瘤治疗中具有潜力，但可能会受到肿瘤微环境中CD16表达下调的影响。

（2）基于NKG2D的NKCEs

NKG2D是一种细胞表面激活受体，广泛表达于人类和小鼠的所有NK细胞以及人类所有CD8+ T细胞表面。研究显示，针对NKG2D和多发性骨髓瘤相关抗原的NKCEs显示出治疗潜力。同时，双特异性NKCEs和针对不同肿瘤抗原的三特异性NKCEs也在临床前研究中展现出抗肿瘤活性。此外，将NKG2D配体与靶向肿瘤抗原片段融合的分子也表现出抗肿瘤效应。

（3）基于天然毒性细胞受体的NKCEs

这类NKCEs主要通过靶向NK细胞上优先表达的天然细胞毒性激活受体，如NKp46和NKp30，来发挥作用。CD16a和NKG2D在癌症患者中常常下调，而NKp46和NKp30在癌症中表达稳定。研究显示，针对NKp46的NKp46-ANKET能有效控制肿瘤生长，并在AML等疾病中展现出潜力。针对NKp30的靶向治疗也显示出临床前疗效。

3. 基于细胞的NK细胞疗法

NK细胞作为药物产品在肿瘤生物治疗中的发展也非常迅速，其治疗模式涉及使用不同来源的细胞，如胎盘组织、脐带血和外周血，以及通过体外预激活和基因编辑等方法进行治疗。

3.1 NK细胞

同种异体NK细胞输注被认为是一种有效方法，具有强大的抗肿瘤效力。目前临床试验主要关注同种异体NK细胞治疗各种恶性肿瘤的效果。同种异体NK细胞输注的安全性促进了即用型治疗产品的发展。自体NK细胞疗法虽无需调理治疗，但通常需要严苛的条件。过继NK细胞治疗的关键在于给予强刺激以激活NK细胞。体外使用IL-15和IL-21等细胞因子刺激可使NK细胞扩增，这些技术使NK细胞适于冷冻保存并作为治疗产品使用。新方法如mbIL-15的饲养细胞和使用mbIL-21质膜颗粒无细胞的治疗方法进一步拓展了NK细胞的治疗潜力。

3.2 CAR NK细胞

NK细胞治疗面临肿瘤微环境中免疫抑制因子的挑战，但通过分子工程和基因编辑，针对TGF-β、TME缺氧和代谢优化的策略可以提高NK细胞的抗肿瘤功能。设计携带CAR的NK细胞可以克服这些挑战，增强NK细胞靶向肿瘤的能力。

4. 组合策略驱动NK细胞响应

尽管NK细胞疗法在处理实体肿瘤治疗上存在挑战，但联合策略的推进为增强NK细胞功能提供了新的机遇。通过NK细胞疗法与细胞毒性抗体、检查点抑制剂、NK细胞激活剂等方法的组合，可以提升NK细胞对肿瘤的杀伤力。此外，将NK细胞治疗与溶瘤病毒、靶向疗法等相结合，也有望提高治疗效果。这些多样化的联合治疗策略可能开启加强肿瘤控制的新时代，为肿瘤治疗带来新的希望。

5. 未来展望

目前，NK细胞疗法正处于临床试验阶段，包括一些先进的2期临床试验和40多项1期临床试验，显示出人们对利用NK细胞治疗癌症的兴趣不断增加。然而，要实现NK细胞治疗的愿景，需要在NK细胞生物学的理解、技术强化、制造方法和监管指南等方面不断进展。对于NK细胞治疗的最佳选择和组合策略仍然面临挑战，需要开发具有扩展性和成本效益的解决方案。同时，如何提高NK细胞在宿主体内的持久性、优化药代动力学和找到最佳治疗方案也是当前的重点。通过基因编辑、药物预处理等技术，深入研究NK细胞的表观遗传调控，有望提高NK细胞治疗的效果。总的来说，NK细胞治疗在癌症治疗领域展示出巨大潜力，其应用进展也凸显了NK细胞的多功能性和对现代医学进步的重要性。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06945