自然杀伤细胞（Natural killer cell，NK细胞 )，是一类先天淋巴细胞，具有识别和消除病毒感染细胞及肿瘤细胞的能力。随着CAR-T细胞疗法取得了颠覆性成功，大家对对NK细胞在抗肿瘤免疫疗法中的潜力也兴趣倍增。

图1 NK细胞与其他免疫细胞

在临床上，第一代NK细胞疗法取得了可喜的效果，显示出令人鼓舞的疗效和良好的安全性。国际顶级期刊Nature Reviews Cancer (IF=69.800)杂志上的一篇综述，作者介绍如何增加NK细胞毒性和寿命的各种方法，迎接挑战和抓住机遇，并从临床开发经验教训中指导下一代NK细胞产品的设计。

1、NK细胞来源和供体选择

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。在人体内，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，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细胞的来源广泛，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） 。所有来源都可以提供具有临床意义的细胞剂量，适合制备CAR-NK，并已过渡到人体研究。每个来源都有优点和潜在的挑战。CAR-NK细胞已成功从包括脐带血在内的不同平台进行工程设计。

图2  NK细胞的来源和供体选择

▉ 外周血或脐带血来源

原代NK细胞可以从外周血（PB-NK细胞）中收获或来自脐带血（CB-NK细胞）。PB-NK细胞，是2005年由Dario Campana领导的首次成功将CAR构建体递送到NK细胞中的平台。PB-NK细胞为目前正在临床试验的各种产品提供了基础材料。

▉ 诱导多能干细胞来源

iPSC是NK细胞的一个的来源，iPSCs可高效扩增，还能体外分化。通过iPSC可以制造大量遗传背景一致的NK细胞产品。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。

iPSC来源的NK细胞有两个缺点，第一，表达低水平的CD16。第二，iPSC可能含有“表观遗传记忆”，而这可能会影响与供体细胞不同的特定细胞谱系的发育。

▉ NK细胞系来源

NK-92是第一个获得美国FDA批准进行临床试验的NK细胞，是一种均匀的、永生的NK淋巴瘤细胞系，可以离体扩增。NK-92细胞缺乏大多数KIRs的表达，因此不太可能被抑制。

然而，在患者给药之前需要照射NK-92衍生的细胞产物，这影响体内的长期持久性和整体性治疗潜力。另一个缺点是，由于缺乏CD16表达，NK-92细胞缺乏通过ADCC介导细胞杀伤的能力。

图3 不同来源的NK细胞的优点和局限

2、如何增强NK细胞功能

图3 增强NK细胞特异性的策略

▉ 嵌合抗原受体

CARs是合成的融合蛋白，包括细胞外抗原识别域和触发细胞活化的细胞内信号传导部分。CARs可以在免疫效应细胞上表达，以重新编程其对特定靶点的特异性。CAR-T细胞疗法是第一个出现的。此后，传统上为T细胞设计的CAR已被用于CAR-NK细胞的产生，研究表明这些细胞可以靶向特异性肿瘤，同时保持理想的安全性。细胞内抗原以肽-HLA复合物的形式存在，通过TCR检测。工程NK细胞表达TCR可以检测这种肽。TCR-NK细胞，被证明可以引发抗肿瘤反应。

▉ NK细胞衔接器

NK细胞衔接器，可以将NK细引导到肿瘤部位，通过触发NK细胞上的激活受体来引发强烈的抗肿瘤反应，同时结合肿瘤细胞上的目标抗原。开发策略包括三个特异性或四个特异性设计，靶向肿瘤上的多种抗原，或通过交联细胞因子部分，促进NK扩增和存活，旨在增强抗肿瘤作用。细胞衔接器的使用，因此代表了一种更简单，成本更低的制造工艺，来提供能够诱导CAR样活性的产品。

图4 CAR设计的原则和策略

▉ 细胞因子

细胞因子，可以增强NK细胞毒性，并促进NK细胞增殖。连续的离体刺激，会使NK细胞“细胞因子上瘾”，并在没有体内细胞因子支持的情况下输注这些细胞时会降低持久性。通过基因工程，NK细胞被修饰以产生细胞因子，维持细胞效力，增殖和持久性。这种自分泌维持引起了人们的极大兴趣，CAR-NK细胞正在出现。

▉ 克服免疫抑制

肿瘤通常表现出异常的代谢行为，导致肿瘤生存环境中乳酸水平升高以及有毒分解代谢物，腺苷和活性氧的浓度增加。此外，肿瘤微环境（TME）内，存在不断增殖且功能失调的脉管系统和免疫抑制细胞亚群，导致进入TME的各种免疫效应细胞发挥不出作用。

为了克服免疫抑制，目前的策略集中在两个方面：

• 改变肿瘤的代谢构成或修改免疫细胞中的基因表达程序，以保护它们免受TME中抑制性代谢物的侵害；

• 通过小分子抑制剂或拮抗抗体阻断肿瘤细胞上的CD73克服腺苷介导的免疫抑制。

在临床前研究中，通过基因编辑删除CAR-T细胞和CAR-NK细胞中的腺苷A2A受体，显示出抗肿瘤的功效。

▉ 阻断免疫检查点

肿瘤可逃避免疫监视（比如免疫检查点的参与），使用相应单抗可逆转NK功能障碍。然而，通过单抗来调节患者的免疫细胞，但需要多次输注。随着基因编辑技术的进步，NK细胞可以被稳定修饰，从而增强NK细胞功能。此外，在确定CISH（细胞因子诱导的含SH2蛋白）作为NK细胞功能的关键负调节蛋白后，设计了缺乏这种细胞内细胞因子检查点的CAR-NK细胞，其代谢适应性和抗肿瘤活性明显提升。

▉ 加强NK细胞向肿瘤的运输

NK细胞进入和穿透肿瘤的能力，是有效抗肿瘤免疫的关键。NK细胞与其他免疫细胞类似，通过趋化因子受体及其在TME中分泌的同源配体的动态相互作用被引导到肿瘤部位。由于内化和降解导致趋化因子表达的迅速丧失，因此，采用基因工程来为NK细胞配备稳定的异位趋化因子受体，是未来CAR-NK发展的一个方向。

3、临床经验教训

CAR-T细胞治疗，让一些患者实现了长达十年的有效治疗。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。早期临床数据表明：NK细胞非常适合用于异体治疗环境。虽然安全性结果令人鼓舞，但还需要进一步研究以阐明同种异体NK细胞是否能够逃避T细胞的排斥反应以获得长期持久性。

临床研究表明，NK细胞在治疗血液系统恶性肿瘤方面具有安全性和有效性。重要的是，无论采用哪种方法，NK细胞疗法都一直显示出良好的安全性。迄今为止，没有观察到CRS或GVHD。然而，大多数报道的成功仅限于血液系统恶性肿瘤，并非所有患者都对NK细胞治疗有反应，有些患者最终会复发。

无论如何，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。

Rezvani

Rezvani，德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心癌症医学部教授。其实验室广泛关注于自然杀伤细胞（NK）在血液恶性肿瘤和实体瘤的保护作用，以及针对各种癌症杀伤功能的增强策略。研究领域包括免疫治疗、免疫学、遗传学、CAR T细胞、CAR-NK细胞。

目前Rezvani实验室的发现和研究主题包括：利用质谱仪（CyTOF）和转录组分析，全面分析造血干细胞移植后癌症中的NK细胞及其受体；设计NK细胞以表达嵌合抗原受体（CAR）和细胞因子基因，以增强其效应功能和持久性；了解NK免疫规避的机制，并使用基因编辑工具瞄准检查点，以增强NK效应功能；利用CARs和基因编辑工具（如CRISPR）增强T细胞对抗病毒和癌症抗原的功能。

参考资料：

[1] Laskowski, T.J., Biederstädt, A. & Rezvani, K. Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy.Nat Rev Cancer (2022). 

[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)

 

 

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