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重磅！全球CAR-NK细胞疗法全景图

免疫基础

2022-02-21 来源 : 药渡

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肿瘤治疗方式

手术、放疗和化疗是癌症治疗的三大基石，免疫疗法掀起了癌症治疗的一场革命，这种疗法能持久清除残留在体内的少量的、播散的肿瘤细胞且能提高机体因放、化疗而受损的免疫功能，与常规三大疗法联合应用显示出互补的优势。

经过大量临床实践，免疫治疗在多种肿瘤治疗中展示了其良好的应用前景，可以提高治疗效果，延长生存时间，改善肿瘤患者的生活状态，提高生活质量，有望达到长期带瘤生存或彻底治愈肿瘤的目标。

肿瘤的免疫治疗分类

免疫检查点抑制剂（PD-1/L1)

肿瘤疫苗（provenge，cimavax）

过继性免疫细胞治疗（CAR-T）：通过采集人体自身免疫细胞，经过体外培养，使其数量扩增成千倍增多，或增加靶向性杀伤功能，然后再回输到患者体内，从而来杀灭血液及组织中的病原体、癌细胞、突变的细胞。不直接用外力攻击癌细胞，但它通过培养和处理患者体内的免疫细胞来攻击和处理癌细胞，与传统疗法有很大的不同。使用自己的细胞没有明显副作用，它们也可以与三种主要治疗方法相结合、协同治疗，提高癌症患者的生存率。

非特异性免疫调节剂

过继细胞免疫治疗的分类

正常情况下，我们的免疫系统能够识别和消除已被感染或受损的细胞以及已癌变的细胞。这是因为我们体内被称为杀伤性T细胞的免疫细胞能够识别癌细胞表面成为抗原的标记物。过继性细胞免疫疗法主要利用了这种天然能力，可以通过不同的方式进行治疗。

1）非特异性疗法：没有明确的免疫细胞靶点，是从整体上提高人体免疫力而达到缓解肿瘤症状的非特异性疗法，如NK细胞疗法；
2）特异性疗法：具有明确的靶点和机制，能通过激活或者抑制明确靶点来实现免疫系统对肿瘤的免疫激活，如TCR、CAR疗法。

目前国际上取得重大研究进展的四类过继性细胞疗法：

肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）治疗
工程T细胞受体（TCR）治疗
嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法
自然杀手（NK）细胞疗法

1、肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）治疗

( 该疗法在药渡近期文章中有详细介绍，点击查看：抗实体瘤“黑科技”——TIL疗法全球研发全景图 )

当癌细胞入侵时，我们自身的免疫系统会试图打败体内蔓延的肿瘤。癌症患者体内也存在大量T细胞，这些T细胞是人体中最强大的免疫细胞，分为以下几种类型：细胞毒T细胞（杀手T细胞）、辅助T细胞、调节/抑制T细胞、记忆T细胞。其中特别是“杀手” T细胞，能够以非常精确的方式识别和消除癌细胞。但遗憾的是，这些T细胞必须先被激活才能有效杀死癌细胞，而且必须能够将该活性维持足够长的时间，以持续有效的抗肿瘤反应；与此同时，肿瘤患者体内往往没有足够的T细胞。

在癌症的早期阶段，免疫系统试图通过动员淋巴细胞的特殊免疫细胞来攻击肿瘤。淋巴细胞具有识别和攻击肿瘤流量的能力，并深入肿瘤。这些细胞被称为肿瘤浸润淋巴细胞（TIL），是由免疫界泰斗Rosenberg及其团队发现的。

Rosenberg博士认为它们才是深入到敌军内部打击能力最强的免疫细胞，但是由于一些原因（比如肿瘤微环境和PD-1），他们的功能受到了抑制，不能在肿瘤组织中有效地杀伤肿瘤细胞。但是，科学家通过一些体外培养方法把这些肿瘤组织中的某类型的淋巴细胞富集起来，再回输给患者，就能够发挥抗肿瘤作用，而且联合PD-1效果会更好。——这就是肿瘤浸润淋巴细胞TILs疗法。

2、工程T细胞受体（TCR）治疗

不幸的是，并非所有患者都有能够识别出肿瘤的T细胞。对于这些患者，医生可以采用一种称为工程T细胞受体（TCR）治疗的方法。

这种方法通过从患者身上获取T细胞，激活和扩增这部分抗肿瘤T细胞的同时，还可以为T细胞配备新的T细胞受体，使其能够识别特定的癌症抗原。医生可以通过这种方法为每个患者的肿瘤和不同类型的T细胞选择最合适的靶点进行工程改造，可以使治疗个体化，并为患者提供更大的缓解希望。

3、CAR-T：嵌合抗原受体T细胞

CAR-T细胞疗法中，在体外经过基因改造的T细胞对一些血源性癌症非常有效，但不能有效区分癌细胞和非癌细胞，因此尽管它们提供了重要的好处，但它们并不适用于所有形式的癌症。在实体瘤患者中，这些T细胞可能导致破坏性的，甚至是致命的副作用。

4、自然杀伤细胞(natural killer cell，NK)

NK细胞不同于T、B细胞，是一类无需预先致敏就能非特异性杀伤肿瘤细胞和病毒感染细胞的淋巴细胞。NK细胞是人体抗击癌细胞和病毒的第一道防线，主要分布在人体的血液、肝、脾、骨髓等部位，它具有细胞毒性效应，能自发杀伤肿瘤细胞和病原体，并参与机体的抗肿瘤免疫监视和免疫应答。

1975年，美国科学家Ronald Herberman教授首次发现NK细胞，直到近15年以来，人们才逐渐了解NK细胞在抗肿瘤以及治疗其他疾病的潜力。使用NK细胞进行治疗一般可以分为两大路径，一种是利用未修饰的NK细胞作为癌症疗法；另一种是利用基因工程修饰，加上特异性的CAR结构的CAR-NK细胞疗法，这种方式可以降低NK细胞在靶向和杀死癌细胞时对正常细胞的伤害。

图1. NK 细胞疗法主要流程

NK细胞主要有4种来源，各有优缺点。

第一种是外周血，其优点是安全性强，杀伤活性强，缺点是细胞纯度低，难以规模化生产；
第二种是NK细胞系(NK-92)，NK-92细胞是从一位患有急进性非霍奇金淋巴瘤的50岁白人男性外周血单核细胞衍生来的一株IL-2依赖型 NK细胞株，临床安全要求回输前进行辐射，降低了其体内PK和疗效；
第三种是诱导多能干细胞，这是目前国内外公司主要使用的NK细胞来源之一，不过由于逆生物钟转化，有致突变的风险；
第四种是间充质干细胞，如脐带血，这也是目前国内外公司主要使用的NK细胞来源，然而由于脐带血NK细胞并未完全分化,杀伤力有限，有致瘤性风险。

NK细胞优势

医学上，NK细胞在对抗癌症的第一道防线中扮演关键角色。NK细胞有两方面抗癌作用：

一是上述的对肿瘤细胞的直接杀伤，通过释放后穿孔素和颗粒酶或通过死亡受体杀死肿瘤细胞；

二是它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。

其在对抗癌症中的优势如下：

1、非特异性强。NK 细胞是介导ADCC（免疫细胞消灭已结合特异性抗体的病原靶细胞的作用方式）功能最强的细胞，在联合靶向药进行综合治疗方面具有巨大的潜力；

2、NK 细胞除了可直接杀死普通癌细胞，还具有杀伤肿瘤干细胞的特性，从而抑制肿瘤的生长及扩散，有效防止肿瘤的复发转移；

3、NK 细胞会抑制肿瘤附近新血管的增生，因此可限制肿瘤取得所需要的养分进而限制肿瘤生长；

4、NK细胞对病毒感染的细胞也有特别的杀伤能力，目前已知 HPV与咽喉癌、阴道癌、外阴癌、肛门癌和宫颈癌；EBV与鼻咽癌、淋巴癌；HCV与肝癌；HTLV-1与白血病；HIV与卡波西肉瘤有关；

5、 NK 细胞可直接改善并调节患者的免疫力及神经系统，间接提高患者之生活品质；

6、NK 细胞会分泌b -endorphin 的脑内啡，可减少患者疼痛，提升生活品质；

NK细胞劣势

1、NK细胞体外培养扩增是第一道障碍。单个供体的NK细胞数量不足以进行治疗，这使得NK细胞的扩增和激活变得非常关键。通常需要两到三周来培养NK细胞。供体细胞数量的可用性仍然是一个障碍。

2、选择合适CAR很关键。目前的CARs是为构建CAR-T细胞而设计的。因此，对于NK细胞来说，是次优的选择。CAR结合表位的位置及其与CAR-NK细胞表面的距离影响其结合抗原和激活CAR-NK细胞的能力。

3、选择合适的方法将CAR转化到NK细胞是CAR-NK细胞免疫治疗的关键。到目前为止，病毒载体和非病毒载体都被用来转化CAR。虽然逆转录病毒载体的转染效率很高，但它可能会引起插入突变、致癌和其他不良反应。而慢病毒载体尽管显示出较低的插入突变发生率，但其对外周血NK细胞的转染效率低至20%。睡美人系统（睡美人系统：“睡美人”转座子系统由转座酶和转座子组成，可将特定的DNA序列插入动物的基因组中）已成功应用于CAR-T。然而，它对CAR-NK结构的适用性尚不清楚。mRNA转染CAR-NK细胞也被认为是一种安全、实用的转染方法。

4、NK细胞对冻融过程敏感。解冻后NK细胞的存活率和细胞毒性显著降低

CAR-T和CAR-NK的对比

CAR-NK 疗法既运用了 CAR-T 疗法的研发思路，又可以发挥 NK 细胞的生物学特性，这引起了科学界和产业界的兴趣。CAR-T细胞疗法的创始人之一 Carl June 博士曾公开表示看好 CAR-NK 细胞疗法在肿瘤免疫治疗中的发展。

与 T 细胞相比，NK 细胞（natural killer cell，自然杀伤细胞）是机体重要的先天免疫细胞，无需预敏即可杀伤肿瘤细胞。随着 NK 细胞疗法研究进展加速，有业内人士认为，未来 NK 细胞疗法有可能超越 CAR-T 细胞疗法，对血液瘤和实体瘤呈现出更有前景的疗效。CAR-NK 有望成为继 CAR-T 之后最令人期待的工程细胞疗法之一。

1、与CAR-T细胞不同，CAR-NK细胞保留了通过其天然受体识别和靶向肿瘤细胞的内在能力，从而通过CAR-NK靶向治疗时，肿瘤细胞能够逃脱杀伤的可能性降低。

2、CAR-NK细胞在数天至数周内不会发生免疫排斥反应。因此，它们在许多CAR-T临床试验中均未表现出相同的安全问题，例如没有细胞因子释放综合征的困扰。

3、NK细胞不需要严格的HLA（人白细胞抗原）匹配，并且没有引起移植物抗宿主病的潜力，这却是CAR-T细胞免疫疗法一种重要的风险。

4、实体肿瘤对抗原依赖型 NK 细胞更敏感，CAR-NK 可能在实体瘤治疗领域更具有优势。而目前全球获批的 6 款 CAR-T 产品的适应症均为血液瘤，实体瘤尚待攻克，CAR-NK 在实体瘤治疗领域更能大展拳脚

全球研发进展

1、领域融资及上市情况

表1. CAR-NK领域企业融资详情

2021年2月16日，生物技术公司Cellectis与Cytovia Therapeutics达成的一项价值6.4亿欧元的战略研发合作协议；
2021年7月，临床阶段生物技术公司Wugen宣布完成1.72亿美元B轮超额认购融资，由Abingworth 和Tybourne Capital Management共同领投，大量新老投资者跟投。融资收益将用于支持Wugen的best-in-class记忆NK细胞平台的进一步临床开发，并推进正在进行的针对严重急性髓细胞白血病（AML）和包括实体瘤的其他肿瘤适应症患者的试验。Wugen还计划将这些收益用于推进更广泛的下一代产品管线进入临床，包括用于治疗T细胞白血病和淋巴瘤的同种异体CD7靶向CAR-T细胞疗法；
2021年3月，临床阶段生物科技公司 Wugen Inc宣布已经与晨泰医药公司进入独家许可和合作协议，以在亚洲（中国大陆、香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾地区，新加坡）生产、开发、和商业化其同种异体细胞产品。协议中的产品包含了基于Wugen的专利技术，生产通用型记忆NK细胞和CAR-T细胞，用于治疗实体瘤、T细胞恶性肿瘤、急性髓细胞白血病和多发性骨髓瘤。

2、国外企业介绍

表2. NK细胞疗法海外研发公司及在研产品汇总（根据公开资料整理）

尚未披露；GBM: 多形性胶质母细胞瘤；AML: 急性髓系白血病；MM:多发性骨髓瘤；HCC: 肝细胞癌；MDS: 骨髓增生异常综合症；CTCL：皮肤T细胞淋巴瘤。

NantKwest

CAR-NK 头部玩家当属美国 NantKwest，成立于2002年，总部位于美国加州，前身是Conkwest，2015年7月更名为NanKwest，是一家临床阶段的免疫治疗产品开发公司，致力于使用NK细胞治疗癌症、传染性疾病和炎症性疾病，拥有haNK、taNK和t-haNK三个技术平台。

2019年3月，NantKwest与ProMab Biotechnologies签署协议，开发针对多发性骨髓瘤的CAR-NK疗法。

2019年6月26日，继CD19 t-haNK获FDA批准进入临床试验后，该公司PD-L1 t-haNK新药临床试验申请(IND)已获得FDA批准，这是该项目在局部晚期或转移性实体瘤中的首次人体临床试验。PD-L1 t-haNK是首次设计的、GMP级的、冷冻保存的、现成的双特异性NK细胞疗法。

2020年12月21日，NantKwest与ImmunityBio宣布达成全股票合并协议，旨在结合NantKwest的NK细胞平台与ImmunityBio的免疫疗法融合蛋白、免疫调节剂和腺病毒平台，开发针对癌症和传染性疾病的新一代免疫疗法。

2015 年这家只有11名员工的公司成功登陆纳斯达克，上市首日大涨39%，市值高达27亿美元，这一 IPO再度引爆细胞治疗市场投资热潮。目前，其拥有9条NK细胞疗法管线，其实体瘤管线最快，4条实体瘤管线已经进入临床II期。

2021年1月，该公司宣布了 PD-L1和t-haNK 与免疫疗法公司 ImmunityBio的IL-15联合治疗转移性胰腺癌的数据，在 11位接受治疗的受试者中，前10位得到了部分缓解，最后一位患者得到了完全缓解。消息一出，NantKwest 的股价随之上涨 91%。

图2. NantKwest在研管线，来源：NantKwest 官网

Nkarta Therapeutics

成立于2015年，是一家临床阶段的生物技术公司，致力于研发“通用型” CAR-NK细胞疗法。2020年7月，Nkarta登陆纳斯达克，目前市值超10亿美元。2020年11月12日，Nkarta宣布其主要候选产品NKX101用于治疗复发/难治性急性髓系白血病（r/r AML）或高风险骨髓增生异常综合症（MDS）的首次人体试验已完成首例患者给药。

NKX101是一种靶向NKG2D的CAR-NK疗法。除了NKX101，该公司还有一条 CAR-NK 细胞疗法研管线NKX019，NKX019 是一款靶向 CD19 的CAR-NK 细胞疗法，用于治疗B细胞淋巴瘤。与NKX101 相似，NKX019也可与IL15结合。

图3. Nkarta Therapeutics 各系列产品管线临床进展，来源：Nkarta Therapeutics，CB Insights China

目前，全球CAR－NK细胞疗法多处于临床试验早期，且以血液瘤为主。从资本动态来看，大多CAR－NK企业的融资处于种子轮到B轮之间。不管是产品临床研究还是资本支持，CAR－NK都有很大的上升空间。

据弗若斯特沙利文（Frost ＆ Sullivan）预测，我国细胞免疫治疗产品市场规模从2021年到2023年将由13亿元上涨到102亿元，年复合增长率达到181．5％。预计到2030，我国细胞免疫治疗产品市场达到584亿元。可以说，CAR－NK细胞疗法是一个面向百亿蓝海市场的朝阳产业。

3、国内企业介绍

现阶段，国内进军和布局CAR－NK领域的有数十家生物技术公司。比较知名的有苏州阿思科力、苏州博生吉、深圳默赛尔、杭州英百睿、上海恒润达生等。其中，苏州阿思科力是CAR－NK较为早期的入局者。

1.阿思科力

李华顺博士于2013年在苏州创立，是一家致力于研发CAR－NK疗法的生物科技公司。据公开资料显示，早在 1999 年，李华顺博士便发现了CAR－NK细胞药物的靶点ROBO1，并在全球第一个阐明了ROBO1在迁移细胞中的导向分子机制，其 ROBO1 CAR-NK 细胞疗法安全有效，没有发现一例重大不良事件，疾病控制率达到 76.5%。目前该公司尚无公开的融资记录。

2.国健呈诺生物

成立于2019年，位于北京，是由呈诺医学与国亦生命科技共同成立的合资公司，专注于包括实体肿瘤在内的多种肿瘤细胞疗法的开发，以CAR-NK技术为基础，为患者提供规模化现货型抗肿瘤药物。

2021年2月7日，国健呈诺生物的1类新药“靶向间皮素嵌合抗原受体NK细胞注射液”临床试验申请获得受理，这是中国首个申报临床的用于实体瘤治疗的“现货型”异体来源的CAR-NK疗法，这是免疫细胞治疗实体瘤的重要里程碑。

根据国健呈诺的母公司呈诺医学官网显示，该公司在ClinicalTrails.gov上注册的临床项目还有其他五项，分别是PMSA、CD19、CD22、CD19/22嵌合抗原受体NK细胞药物。

图4. 呈诺医学注册的有关NK细胞药物临床项目，来源其官网

3.三博生吉医药（苏州）

2014年博生吉开始布局CAR-NK疗法，当时采用的技术路线与Nantkwest公司类似，是以NK92细胞为效应细胞进行CAR-NK的制备，由于NK92细胞存在诸多限制，比如辐照处理、体内存活时间极短、需重复多次给药、在体内没有扩增能力等，NK92的CAR-NK产品其疗效无法与CAR-T竞争，博生吉于2017年暂停了基于NK92细胞的CAR-NK研发。

目前，该公司以异体现货型细胞产品为追求目标，正在研制iPSC诱导的CAR-NK/T细胞制备平台。该公司在ClinicalTrails.gov上注册的临床项目主要有四项，分别靶向CD7、MUC1、CD33、CD19的CAR-NK细胞药物。

图5. 博生吉注册的有关NK细胞药物临床项目，来源：ClinicalTrails.gov

4.恒润达生

成立于2015年7月，位于上海张江，是一家基于CAR-T细胞肿瘤免疫治疗的生物高科技公司，该公司于2019年9月宣布完成2亿元人民币B+轮融资，将用于支持恒润达生三个CAR-T批件的注册临床试验顺利开展，助力国内自主研发CAR-T产品的产业化，以及针对实体瘤的新靶点CAR-T、TCR-T、CAR-NK和溶瘤病毒等创新管线产品的研发。目前尚未公开披露CAR-NK细胞药物。

图6. CAR-NK细胞治疗技术的流程示意图，来源其官网

5.英百瑞

成立于2014年，英百睿生物主要从事CAR-NK免疫细胞产品开发, 以及双特异抗体和AIC药物的研发。英百瑞已经建立起包括CAR-NK细胞疗法在内的13条产品管线，其中4个正在准备新药临床试验申请。

2020年，英百瑞获得龙磐投资8000万元人民币的天使轮注资。

国内形势研判

审批规定中，我国主要采用“双轨制”，一是以细胞药物的形式，按照药品监管模式完成临床试验，经由国家药品监督管理局及其下属部门（NMPA）审批通过注册上市。

另一种则是作为细胞治疗技术，遵循卫生健康委员会及其下属部门（NHC）的相关限制性规定，在医疗机构实现临床技术应用。

两种方式中，细胞药物归属于药监局管辖，主要针对申请临床试验的企业方，是以“药物上市”为目的导向；而细胞治疗技术属于研究者个人，隶属于卫生部管辖。

双轨制有一定的顺序关系，类似像NK免疫疗法这类仍处于前期研究阶段的新型疗法及药物，一般不会直接由企业作为新药去发起申请注册，而是先从研究者发起的临床试验（investigator initiated trail，IIT）做起。

*声明：因笔者水平有限，内容及统计中如有不足之处，欢迎补充及指正。

参考资料：

1.CAR-NK for tumor immunotherapy: Clinicaltransformation and future prospects[J].Cancer Letters Volume 472, 1 March 2020, Pages 175-180.

2.CAR-expressing NK cells for cancer therapy: a new hope. BiosciTrends. 2020 Sep 6.

3. Natural Born Killers: NK Cells in Cancer Therapy. Cancers (Basel). 2020 Jul 31;12(8):2131

4. Hu, Y., Tian, Zg. & Zhang, C. Chimeric antigen receptor (CAR)-transduced natural killer cells in tumor immunotherapy. Acta Pharmacol Sin 39, 167–176 (2018).

5. Wang, W., Jiang, J. & Wu, C. CAR-NK for tumor immunotherapy: Clinical transformation and future prospects. Cancer Letters. 472, 175-180 (2020).

6. Gong, Y., Klein Wolterink, R.G.J., Wang, J. et al. Chimeric antigen receptor natural killer (CAR-NK) cell design and engineering for cancer therapy. J Hematol Oncol 14, 73 (2021)

7.公开资料及各公司官网