Nature Immunology：敲除这个基因，增强人类NK细胞抗癌能力

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

造血干细胞移植后的同种异体 NK 细胞过继移植显示出良好的移植物抗白血病疗效和良好的安全性。尽管同种异体 NK 细胞疗法（包括 CAR-NK 细胞疗法）在某些血液系统恶性肿瘤中已显示出临床益处，但其在实体瘤中的临床疗效仍有限，这是由于它们在肿瘤微环境（TME）中的归巢和功能效率低下所致。

此外，转化生长因子β（TGFβ）和激活素 A（activin A）抑制 NK 细胞的功能和增殖，限制了 NK 细胞疗法的疗效。

2025 年 3 月 21 日，西班牙庞培法布拉大学的研究人员在 Nature 子刊Nature Immunology上发表了题为：Enhancing human NK cell antitumor function by knocking out

SMAD4

该研究表明，敲除SMAD4基因，能够通过对抗转化生长因子β（TGFβ）和激活素 A（activin A）对人类 NK 细胞的抑制作用，增强人类 NK 细胞的抗肿瘤功能。

大多数实体瘤对 NK 细胞的渗透性较差，部分原因是肿瘤微环境（TME）中的肿瘤细胞和其他调节细胞产生的抑制性细胞因子——转化生长因子β（TGFβ）的影响。

活化的 TGFβ 与 TGFβ Ⅱ型受体二聚体（TGFβRII）结合，随后募集并激活Ⅰ型受体（TGFβRI），形成四聚体受体复合物。经典的信号传导始于 SMAD2 和 SMAD3 受体的磷酸化，随后它们与 SMAD4 形成复合物并转移到细胞核，在那里它们调节细胞类型特异性转录因子、共激活因子和共抑制因子的活性。此外，SMAD2/SMAD3 还能与包括转录中介因子 1γ（TIF1γ 或 TRIM33）、IKKα 或 DROSHA 在内的其他伙伴相互作用，从而调节造血细胞或上皮细胞中 TGFβ 依赖性的细胞增殖和迁移。除了 SMAD2/SMAD3 之外，TGFβ 还能以一种依赖于环境的方式通过丝裂原活化蛋白激酶、PI3K/Akt 以及小 GTP 酶来传递信号。

在 NK 细胞中，TGFβ 通过依赖于 SMAD2/SMAD3/SMAD4 的信号传导途径限制干扰素γ（IFNγ）的产生和细胞毒性，同时诱导组织驻留标志物（例如 Hobit、CD103、CD49a 和 TRAIL）的表达，且这一过程独立于 SMAD4。TGFβ 还能抑制 NK 细胞的增殖以及活化受体（NKp30 和 NKG2D）的表达，尽管其中的信号传导中间体尚不清楚。

除了 TGFβ 外，SMAD4 还参与 TGFβ 超家族其他成员的信号传导，包括激活素（activin）和骨形态发生蛋白（BMP）。而激活素和骨形态发生蛋白对 NK 细胞抗肿瘤功能的影响研究甚少。

在临床前研究中已对多种 TGFβ 通路抑制剂进行了评估，其中几种已推进到临床开发阶段。然而，系统性使用 TGFβ 抑制剂表现出依赖于肿瘤微环境和肿瘤类型的效果，通常需要与细胞毒性治疗（例如化疗或免疫治疗）联合使用，这会增加不良事件的风险。规避 TGFβ 对 NK 细胞功能抑制作用的替代方法，包括临床前研究中测试通过基因工程敲除 TGFβRII 或表达具有显性负性的 TGFβRII 。

尽管在小鼠中，Smad4 缺失会损害 NK 细胞的成熟和稳态，且与 TGFβ 无关，但在遗传性出血性毛细血管扩张症患者中，杂合性 SMAD4 功能缺失突变对 NK 细胞库没有显著影响。

因此，在这项新研究中，研究团队探索了在人类 NK 细胞中利用 CRISPR-Cas9 基因编辑技术敲除 SMAD4 ，是否能够增强其对 TGFβ 的抗性，并通过利用 TGFβ 驱动的组织驻留特性来增强其抗肿瘤效力。

研究结果显示，SMAD4 基因敲除的 NK 细胞对 TGFβ 和激活素 A 的抑制具有抗性，保持了其细胞毒性、细胞因子分泌以及 IL-2/IL-15 驱动的增殖能力。无论是作为单一疗法还是与肿瘤靶向治疗性抗体联合使用，它们都表现出增强 NK 细胞的肿瘤浸润能力和肿瘤生长控制能力。

值得注意的是，SMAD4 基因敲除的 NK 细胞的表现优于用 TGFβ 抑制剂处理的对照组 NK 细胞，这突显了维持 SMAD4 独立的 TGFβ 信号传导的益处。

SMAD4 基因敲除使多种 NK 细胞平台对 TGFβ 具有抗性，包括 CD19-CAR NK 细胞、干细胞来源的 NK 细胞和 ADAPT-NK 细胞。

总的来说，这些发现表明，敲除 SMAD4 是增强 NK 细胞抗肿瘤活性的一种通用且极具吸引力的新策略，为改进基于 NK 细胞的癌症免疫疗法开辟了新途径。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41590-025-02103-z