NK细胞：抗肿瘤第一道防线
图 | NK 细胞（黄色部分）攻击肿瘤细胞（红色部分）图示（来源：Science）
撰文：南宫明月
来源：干细胞者说
● ● ●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。
图1 NK细胞与其他免疫细胞
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。国际顶级期刊Nature Reviews Drug Discovery (IF=60.716)杂志上的一篇综述，讲述如何利用NK细胞开发肿瘤免疫细胞疗法。
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NK细胞生物学
NK细胞发现于20世纪70年代，主要与杀死感染的微生物和恶性转化的同种异体和自体细胞有关。NK细胞来源于CD34+共淋巴祖细胞。据估计，NK细胞的半衰期大约为7~10天，占人类外周血淋巴细胞总数的10-15%，也存在于脾脏、肝脏、肺、骨髓和淋巴结中，它们通过与DC细胞的相互作用发挥关键的免疫调节功能。
NK细胞是第一组固有淋巴样细胞的典型成员，具有分泌 IFN-γ 的能力。终末分化的 NK 细胞缺乏B淋巴细胞（CD19+）和 T 淋巴细胞（CD3+）的表型标记，CD56是NK细胞特征的标志。人外周血NK细胞可分为CD56bright和CD56dim两大类。
NK细胞属于1型先天淋巴细胞，特征之一是产生1型细胞因子（如TNF和IFN-γ）。NK细胞活性受其表面多种激活性受体和抑制性受体（KIR）的调控。激活受体包括：NCR、CD16、NKG2D、DNAM1和信号淋巴细胞激活分子（SLAM）家族受体。抑制性受体包括：免疫球蛋白样受体KIR、NKG2A和白细胞免疫球蛋白样受体亚家族B成员。
图1：KIR为人类NK细胞提供多样性、耐受性和学习大多数正常细胞表达MHC-I，通过激发抑制信号来抑制NK细胞的活性。而肿瘤细胞，则通过降低MHC-I的表达来试图逃避CD8+CTL细胞的识别。如果MHC-I配体的丢失和/或激活性受体的配体表达升高，则会改变NK细胞内的信号通路平衡，从而激活NK细胞，攻击与接触的靶细胞。
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如何增强NK细胞功能
图2：NK细胞免疫疗法中的抗体
▉ 刺激NK细胞的细胞因子
激活性或抑制性细胞因子的拮抗剂，或许是一种策略。比如，IL-2可促进T细胞和NK细胞的激活和增殖。在体外，IL-2可激活NK细胞，然而在体内却受到Treg的抑制。很多公司正在开发选择性激活T细胞和NK细胞的IL-2类似物。比如赛诺菲公司的SAR444245，Alkermes公司开发的nemvaleukin alfa（ALKS 4230），Anaveon公司开发的IL-2R激动剂ANV419等等。
IL-15有望替代IL-2，可刺激NK细胞和CD8+T细胞，但不会激活Treg细胞。目前，多款IL-15重组蛋白正在临床试验中接受测试。其中，ImmunityBio公司的IL-15超级激动剂Anktiva（N-803）已经在治疗膀胱癌、惰性非霍奇金淋巴瘤等疾病的临床试验中获得积极结果。
▉ 激发ADCC反应的抗体
NK细胞可通过CD16受体介导的ADCC，杀死IgG1或IgG3抗体靶向的细胞。NK细胞表面CD16的不同形态，会影响CD16与抗体Fc端的亲和力。
具体来说，CD16蛋白第158位的氨基酸为苯丙氨酸（158F）时，与Fc的亲和力低，而这一位置上的氨基酸为缬氨酸（158V）时，与Fc的亲和力高。新一代单克隆抗体疗法很多对Fc端进行了修饰，改善了它们与CD16的结合，促进了ADCC的产生。同时，很多抗体在合成时使用了预防抗体Fc端岩藻糖基化的哺乳动物培养系统，增强了它们与CD16的结合。
▉ 双特异性抗体双特异性抗体，可同时与激活NK细胞的受体和肿瘤抗原相结合，促进更有效和持久的NK介导细胞毒性。与单抗不同，这些融合蛋白可以被设计成与多种不同的肿瘤抗原和NK受体相结合，并且可以利用抗体可变区片段（Fv）与CD16结合，保证它们可以与158V C16和158F C16有效结合。类似的蛋白设计已经在双特异性T细胞衔接器（BiTE）中得到应用。
目前，Affimed公司开发的AFM13是临床进展最快的CD16双特异性抗体之一。这是一款靶向CD30的双特异性抗体。在治疗霍奇金和非霍奇金淋巴瘤患者的1期临床试验中，它与脐带血来源的NK细胞联用，在治疗的12名患者中，达到100%的客观缓解率。▉ 三特异性抗体三特异性NK细胞衔接器不但可与肿瘤抗原和CD16受体结合，还可包含IL-15，从而与IL-15受体（位于NK细胞表面）相结合，增强NK细胞的活性。三特异性抗体，由于具有同时与不同NK细胞受体结合的潜力，因此正在成为NK细胞免疫疗法的一个令人兴奋的前沿。不过，哪些激活性受体组合能够最大程度增强NK细胞的抗癌活性仍然需要更多研究。
图3.增强NK细胞功能的双特异性和三特异性抗体
-03-过继性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。
NK细胞的种子细胞来源广泛，包括外周血、脐带血、多能干细胞（ESC和 iPSC）和NK细胞系（如NK92细胞系等） 。iPSC的制备需要种子细胞少，可大量培养，成本较低，可实现自体供给，免疫原性较低。NK92细胞系可无限增殖，对冻融敏感性较低。
不同来源的NK细胞
在增强NK细胞功能方面，在体外培养过程中使用细胞因子进行刺激，常用的细胞因子是IL-2。近年来，IL-12，IL-15， IL-18，IL-21等刺激因子也被用于体外刺激NK细胞，并且能够诱导成长期生存，具有记忆能力的NK细胞。
Affimed公司开发的靶向CD16/CD30双特异性抗体AFM13也可以用于在体外预先与NK细胞结合，促进NK细胞对CD30+淋巴瘤的反应。
CAR-NK可赋予NK细胞靶向特定肿瘤的能力。CAR-NK细胞与CAR-T细胞相比可以提供多种优势，包括细胞因子释放综合征风险（CRS）更小，神经毒性更小。即使CAR-NK细胞失去了CAR，仍然可通过内在表达的激活性受体识别和杀伤肿瘤细胞。
除了CAR-NK，研发人员正在探索增强NK细胞功能的其他基因工程策略，包括通过表达趋化因子受体，促进肿瘤浸润。基于ADCC的疗法可以在NK细胞上表达高亲和力的138V CD16受体，与激发ADCC的抗体联用构成组合疗法。
最后，使用CRISPR-Cas9基因编辑系统可以从NK细胞中敲除副调控因子。这些手段为构建更好的NK细胞疗法提供了多种可能性。
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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。
免疫细胞如何发挥作用仍有许多问题尚未解决。而对于实体瘤而言，目前也还并不清楚 NK 细胞是否会比T 细胞更容易地进入实体瘤。NK 细胞可以产生相关细胞因子来吸吸引其他免疫细胞，这可能会进一步增强抗肿瘤反应。
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。
Kerry S. Campbell
Kerry S. Campbell，福克斯大通癌症中心教授，细胞培养中心主任，免疫监测机构联合主任。FCCC设施家长监督委员会主席，美国血液学会会员，国际细胞检测技术发展学会（ISAC）会员，担任Frontiers in NK and Innate Cell Biology和Cancer Immunity and Immunotherapy评论编辑。
Campbell 实验室长期以来一直对NK细胞表面的各种种系编码受体控制其对肿瘤细胞的细胞毒性反应的机制感兴趣，并确定如何利用这些信息在治疗上造福癌症患者。研究团队广泛专注于临床和转化研究，他们研究了NK细胞在各种癌症患者中的表型和功能，以及几种利用癌症患者 NK 细胞功能的免疫治疗剂的作用机制。
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 Maskalenko et al., Harnessing natural killer cells for cancer immunotherapy: dispatching the first responders. Nature Reviews Drug Discovery, (2022).
[3] Le Saux and Schvartzman Advanced Materials and Devices for the Regulation and Study of NK Cells. Int. J. Mol. Sci., (2019).
[4] Zhang et al.,. CAR-NK cells for cancer immunotherapy: from bench to bedside. Biomarker Research,(2022)
[5]药明康德：https://mp.weixin.qq.com/s/D-1sqaXMZMH6InR_ckxN0Q
来源：干细胞者说 2023-02-02