一文解读NK细胞

2020-07-15 13:05 严国樑
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前言


随着CTLA-4与PD-1免疫检查点的发现,肿瘤免疫治疗的大门被缓缓打开了。先是围绕着T细胞免疫调节的研究如火如荼的展开,但随着T细胞上的靶点开始进入红海,越来越多人的注意力开始往先天免疫细胞上走,从最早的DC细胞,到现在火爆半边天的巨噬细胞,NK细胞,比如针对巨噬细胞的CD47/SIRPα信号通路的免疫疗法,而基于自然杀伤细胞(NK细胞)的嵌合抗原受体-自然杀伤细胞(CAR-NK)免疫疗法也崭露头角,并由于其更低的毒副作用而开辟了新大陆。同时,使用抗体介导的NK细胞免疫疗法也提供了一种有效和便捷的治疗方式。真的是无物不可盘。


NK细胞



NK(自然杀伤细胞)通过整合识别MHCI分子的激活和抑制类受体的信号对靶点进行识别,对靶细胞进行直接杀伤,同时不损伤自身健康细胞。人体NK细胞占血液和其他部位中淋巴细胞的5%-20%,含量丰富,在抗病毒和抗肿瘤免疫中发挥关键作用。NK是控制急性和慢性病毒感染所必需的,同时NK能够促进多种肿瘤直接裂解,在不同部位巡逻防止转移。NK细胞功能的多面性显示出其在免疫介导的保护和内环境稳态平衡中具有动态作用。


根据CD56和抗体结合Fc受体CD16的表达水平,人类NK可细分为成熟度和功能特性不同的两个主要亚群:CD56dimCD16+NK是强力的裂解效应细胞,激活后快速分泌促炎性细胞因子IFN-γ、TNF-α和细胞毒性介质颗粒酶和穿孔素,这类NK主要分布在血液、骨髓、脾脏和肺的淋巴细胞中;CD56brightCD16-NK的裂解能力减弱,在细胞因子IL-12、IL-18的刺激下才产生IFN-γ,类NK主要分布在淋巴结、扁桃体和肠道中。可想而知,现在大家比较关注的自然是第一种NK细胞。


NK细胞杀伤机制


NK细胞表面有众多受体,分为激活性KAR(A就是activatory的简称)和抑制性KIR(I自然就是inhibitory)两类,健康细胞的MHC I 分子结合的是抑制性受体,而激活性信号很低,使NK细胞处于非激活态,避免误伤健康细胞。


有两类肿瘤细胞会激活NK细胞的杀伤作用,一种是丢失了MHCI受体的,这类细胞可以逃脱T细胞的杀伤,但因为丢掉了NK细胞抑制信号而成为了NK细胞消灭的目标。


另一种是激活性配体表达上调的肿瘤细胞,会结合更多激活性受体而让激活信号大增,克服抑制信号,NK细胞开启对肿瘤细胞的杀伤。


NK细胞具有几方面杀伤机制,具体如下:


1)穿孔素和颗粒酶作用途径;


2)死亡相关受体途径:活化的NK细胞可表达FasL或TNF-α,通过与靶细胞表面的受体Fas或TNFR-A结合后接到靶细胞凋亡;


3)通过分泌细胞因子和趋化因子扮演免疫系统的调节细胞角色,激活T细胞等的杀伤作用;


基于NK细胞的抗肿瘤药物研发


上述的特点使NK细胞能在肿瘤免疫治疗中大有可为。目前用于肿瘤免疫治疗的NK细胞策略有:


  • 抗体药物:

    • 直接激活:阻断抑制性或刺激激活性受体;

    • 间接激活:ADCC;

  • 构建CAR-NK细胞免疫疗法。


1. 阻断抑制性或刺激激活性受体


[A] 激活NK细胞自身受体:用抗体阻断NK细胞膜上的抑制性受体,或者刺激激活性受体,都可以导致NK细胞的细胞裂解活性提高。与靶细胞MHC I结合的CD94,KIR这两个抑制性受体的已经成为临床药物靶点,针对PD-1,CTLA4的单抗也能用于促进提高NK细胞激活水平。刺激激活受体则需要借助IL-2,IL-15,IFNγ,TKD多肽等。


NK细胞表面表达多种抑制性受体,如KIR类(免疫球蛋白样受体),c型凝集素受体(NKG2A),常见的免疫检查点受体(PD-1、TIM-3、LAG-3、TIGIT),这些抑制性受体可与MHC I类分子结合,抑制NK细胞活化。目前针对NK细胞抑制性受体包括KIR、NKG2A、TIM3、TIGIT等已开发相应抑制剂,其中靶向NKG2A、TIGIT的抑制剂已进入临床研究阶段。


PD-1抑制剂虽然主要靶向T细胞,但也有报道发现,部分人群外周血也存在高表达PD-1的NK细胞亚群,并证实PD-1抗体可逆转其功能耗竭,提示PD-1抑制剂在免疫治疗中对NK细胞的作用也值得关注。



2. ADCC(可参看我司专门介绍的ADCC的文章)

[B] 抗体依赖性细胞介导的细胞毒性疗法-ADCC:(左侧)抗体的Fc段和NK细胞的FcγR结合使NK细胞激活,诱导效应分子的释放,其中包括穿孔素和颗粒酶。(右侧)应用双特异抗体一面靶向NK细胞侧的CD16,另一面靶向肿瘤特异性抗原,能辅助NK细胞和癌细胞之间结合。


目前临床上使用的几种抗肿瘤单克隆抗体(MAb),包括Transtuzumab(抗HER-2,曲妥珠单抗)、cetuximab(抗EGFR,西妥昔单抗)和rituximab(抗CD20,利妥昔单抗),被证明涉及NK细胞ADCC,因此mAb的Fab片段在肿瘤细胞表面结合受体并促进直接凋亡,而Fc部分则招募免疫效应细胞,包括触发NK细胞的ADCC。


它们是通过识别肿瘤细胞抗原的FV结构域与结合CD 16的FV结构域的融合而设计的,最终目的是将NK细胞与肿瘤细胞连接起来。


3. CAR-NK



[C] 嵌合抗原受体改造的NK细胞,能显著提高NK细胞疗效特异性。这个思路和CAR-T的构建类似:CAR包括胞外的识别结构域(如scFv)识别肿瘤特异性抗原;一个跨膜结构域,和一个胞内信号结构域(CD3ζ 链)可以诱导NK细胞的活化


CAR-NK相对于CAR-T有其特有的优点,具体如下:


1)因为NK细胞已经在寻找具有致突变性的特定细胞表达,所以它们不需要像CAR-T细胞那样为每种单独的癌性抗原提供相同类型的抗原呈递引发剂。这意味着这些NK细胞可用于多种不同的癌症和多种不同的患者,并且具有可能相似的结果。


2)这种治疗的毒性对于长期损害或后期效应的潜在影响较小,因为它们动员已经存在于体内的先天免疫系统。


3)NK细胞另一个非常有趣的特性是它们不会引起移植物抗宿主病(GvHD)。数百名甚至数千名患者,已经接受同种异体NK细胞或与患者不匹配的NK细胞治疗,并且很少被报道GvHD。仅有一项研究表明,在移植过程中,在不存在免疫抑制的情况下,将NK细胞注入患者体内,与GvHD相关。


和CAR-T类似,CAR-NK也分为自体和通用两种。但自体来源NK细胞的临床研究结果显示其抗肿瘤效果非常有限。主要原因可能包括:


肿瘤细胞有免疫逃逸机制,患者自体NK细胞常常因为被干扰而存在功能受损,难以通过体外诱导达到较好的杀伤能力;


常规的化疗可能造成健康NK细胞采集数量不足。而且免疫细胞也会跟人体一样,会随着年龄的增长而变得虚弱衰老,抵不过岁月这把杀猪刀的摧残。这时候NK细胞保护人体的能力也就相应变低了。研究发现当年龄过了40岁后,体内的免疫细胞就开始大幅度的老化。


蓝色线为健康人体免疫细胞多样性趋势,从40岁开始下降幅度增大。



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