NK细胞被称为“抗癌第一道防线”。 

NK细胞具有多种细胞毒性机制并且可以通过细胞因子调节免疫反应，早在20多年前，人们就发现了NK细胞在癌症免疫中发挥着重要的作用，并且通过NK细胞提取分离、体外扩增培养后再次回输进人体进行治疗的方式，取得了一定的抗癌成果。 近年来，伴随着CAR-T细胞疗法在癌症治疗中的进展，人们对同样为抗癌先锋的NK细胞有了更浓厚的兴趣，CAR-NK细胞应运而生。和CAR-T细胞疗法相比，CAR-NK细胞疗法有着以下两个优势：

1. 免疫排斥反应更低：T细胞上特异性的TCR受体使得T细胞可以针对性的杀死癌细胞，但是也会导致免疫排斥反应，因此如果是别人身上的T细胞制备好使用的话，就需要考虑去除TCR以降低免疫排斥反应可能带来的移植物抗宿主病（Graft-versus-host disease,GvHD），NK细胞疗法则没有这种烦恼；

2. 制备更容易快速：如果是患者自体的T细胞，需要考虑到T细胞的活性以及CAR-T细胞疗法的制备时间；NK细胞则可以提前培养并在需要的时候使用，从而降低CAR-NK细胞的制备时间，并且由于是规模化应用，患者接受治疗的费用也将进一步降低。

那么，接下来我们就从   NK细胞的生物学特性、NK细胞来源及目前临床进展、如何提高NK细胞的抗肿瘤效果以及未来的挑战   来解读NK细胞在临床治疗中的应用。 

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NK细胞的角色

在先天性免疫系统中，NK细胞扮演着重要的角色：当癌细胞一开始降低自身表达以逃避其他免疫细胞追杀时，NK细胞可以发挥作用，表明NK细胞在肿瘤免疫监视中发挥着关键的作用。 在多项临床前研究中证实：NK细胞如果活力较低则会增加癌症发生和转移的风险。

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NK细胞的来源

NK细胞由骨髓中的CD34+ 祖细胞发育而来，不过目前的研究尚未确定NK细胞的来源： NK细胞是和T、B细胞一样由骨髓多能祖细胞发育而来？ 还是由另外的前体细胞发育而来？ 这仍旧需要进一步的研究。

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NK细胞的分类

和T细胞以及NKT细胞不同，NK细胞缺乏克隆型TCR以及CD3复合物的信号表达，根据NK细胞表面蛋白的CD56和CD16的表达高低而分为两种类型：

1. CD56高/CD16低：主要负责产生细胞因子和趋化因子进行免疫调节，可以帮助激活B细胞和T细胞，同时影响树突状细胞、巨噬细胞以及中性粒细胞的作用；

2. CD56低/CD16高：主要负责发挥细胞毒性，NK细胞具有非常强的细胞毒性，在和靶标细胞结合后可以释放溶细胞颗粒以及细胞毒性因子促使细胞裂解。

随着多参数流式细胞术技术以及单细胞蛋白质基因组学技术的不断进展，人们意识到NK细胞可能有着更多的分类，不仅仅局限于上面两个亚群，这也使得NK细胞有了实现更多细胞功能的可能性。

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NK细胞的记忆功能

免疫细胞的记忆功能是保证免疫细胞和免疫疗法可以长期发挥作用的重要功能，是免疫疗法区别于常规疗法的特征之一，即免疫疗法发挥出效果后患者往往可以获得长期的缓解。早期的研究报告发现了在巨细胞病毒的感染的小鼠模型中NK细胞也会产生类似的免疫记忆反应。 在研究中发现， 当使用白介素-12（IL-12）和白介素-18（IL-18）的组合进行刺激时，NK细胞可以产生以干扰素（IFN）增加为特征的功能表型；当NK细胞静止后，再次使用细胞因子或者受体进行刺激，NK细胞可以被再次激活并表达出类似于T记忆细胞和B记忆细胞的功能反应。 这些研究都证实了NK细胞具有记忆功能。 通过对NK细胞的基础生物信息了解，我们知道NK细胞可以发挥出强力的免疫杀伤效果，同时也可以分化出记忆型的NK细胞避免癌症复发，这使得NK细胞具有成为免疫细胞主力疗法的潜力。

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不同来源NK细胞的优势和局限性

NK细胞的来源主要包括脐带血、外周血细胞、诱导多能干细胞（iPSC）   等分化衍生而来。 不同来源的NK细胞有各自的优势和局限，如下图所示：自然杀伤细胞（NK细胞）的不同来源以及自身的优势和潜在的挑战 图片来源：Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy 对应的中文版翻译如下：  注：ADCC，抗体依赖性细胞毒性

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CAR-NK细胞疗法的临床研究

NK-92细胞系，最初是在1992年由加拿大温哥华不列颠哥伦比亚癌症机构的Hans Klingemann实验室从一名罕见的NK细胞淋巴瘤患者身上分离而来，随后在培养中转化为持续生长的NK细胞系并首次进行表征，因此得名NK-92。 目前的研究显示NK-92细胞系是一种永生细胞系，并且具有NK细胞的免疫细胞特征。 NK-92细胞系是一种均质的、永生的NK淋巴瘤细胞系可以通过离体扩增从而扩大细胞群数量。   因此，基于NK-92细胞系的产品最先获得FDA批准用于临床试验。   不过NK-92细胞系来源于肿瘤组织，考虑到其安全性，在进入到患者体内往往需要先进行辐射，这降低了NK细胞的活力和整体的治疗效果。 CAR-NK细胞治疗产品的临床研究管线图片来源：Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy 结合到不同细胞系来源的NK细胞具有不同的优势和缺点，不同来源的NK细胞也在临床上有着不同的临床试验成果：

iPSC来源NK细胞：在一项I/II 期试验中，不论是作为单一疗法使用还是和CD20联合使用，iPSC来源的CAR-NK细胞在复发性或难治性 (R/R) 弥漫性大 B 细胞淋巴瘤患者中治疗中展现出了令人鼓舞的结果；

外周血来源NK细胞：在一项I/II 期试验中，外周血来源的CD19-CAR-NK细胞疗法在复发性或难治性 (R/R)CD19阳性表达的淋巴瘤患者的治疗中取得了不错的治疗成果。

值得注意的是：   由于不同供体提供的NK细胞可能存在差异从而导致NK细胞的表达谱存在差别，这可能会导致临床治疗结果的差异。   因此，在治疗过程中需要考虑到这一因素，并根据这一因素进行调整，从而降低潜在的不利因素并提高治疗效果。

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NK细胞疗法如何提高自身的抗肿瘤效果呢？

方式一：CAR-NK细胞疗法

CAR-NK细胞疗法无疑是目前最热门的NK细胞疗法之一。在CAR-T细胞疗法取得巨大成功之后，CAR-NK细胞疗法也提上了治疗的日程（在后台回复“CAR进化史”可查看一代、二代、三代CAR的设计及进化历程）。

“CAR”的全称为嵌合抗原受体，是一种合成的融合蛋白，主要包括细胞外的抗原识别结构域和触发细胞内信号部分。一方面CAR可以结合靶标细胞，另一方面CAR可以启动细胞的杀伤作用，可以更加有效地对靶标细胞进行杀伤。目前，成熟的CAR结构已经应用于NK细胞，用于癌症的免疫治疗。

可以通过不同的策略来提高NK细胞对于肿瘤细胞的特异性杀伤作用 图片来源：Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy 方式二：NK细胞结合剂 可以通过结合剂将NK细胞定向到肿瘤部位，并通过结合剂刺激NK细胞上的激活受体，使得NK细胞可以和肿瘤细胞上的靶标抗原结合从而引发强烈的NK细胞免疫反应。 临床前研究证实：   NK细胞结合剂可以有效地控制转移性恶性实体肿瘤的生长。 方式三：细胞因子 可以通过白细胞介素-2（IL-2）、白细胞介素-15（IL-15）和白细胞介素-21（IL-21）等细胞因子的组合来提高NK细胞的毒性作用，同时可以促进NK细胞的增殖，使其维持足够的杀伤作用。 研究已经证实：   在IL-12/15/18等的作用下，外周血NK细胞可以转化为记忆NK细胞从而发挥出良好的、持久的肿瘤杀伤作用。 方式四：基因改造克服免疫抑制 肿瘤免疫微环境（TME）是肿瘤为了自身发展而构建的一种微环境，其主要特征包括免疫抑制代谢物、葡萄糖/氨基酸的缺乏、缺氧等，这些特质可以有效地遏制免疫细胞包括NK细胞的杀伤作用。 研究证实：TME中的缺氧环境可以导致NK细胞的功能受损，而通过抑制NK细胞中的缺氧反应信号（HIF1a信号）可以促进NK细胞的杀伤作用。 下图则是通过基因工程技术改造NK细胞使其可以克服抑制因素的几种不同的策略：

通过基因工程克服NK细胞功能受到抑制的几种策略

图片来源：Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy

方式五：阻断免疫检查点

在癌症组织发展的过程中，癌细胞已经进化出复杂的机制来逃避免疫监视。在之前的关于T细胞的研究发现癌细胞可以通过PD-1/PD-L1通路来躲避T细胞的免疫监视和追杀，而在NK细胞中也发现了类似的免疫检查点通路。 研究发现抑制性的KIR是NK细胞功能的有效负性调节剂，   当它与NK细胞上的信号结合的时候，可以有效地抑制NK细胞的激活；   除了KIR之外，NK细胞上的CD94/NK第二组成员A受体（NKG2A）同样也是一种负性的NK细胞调节剂。   在之前的一项复发、难治的头颈部鳞状细胞癌患者的研究中，针对NKG2A的药物和西妥昔单抗联合使用时，可以达到31%客观缓解率。 方式六：增加肿瘤组织中的NK细胞 不论是何种免疫细胞，进入到肿瘤部位是其发挥出良好的抗肿瘤效果的关键先决条件。多项研究发现通过NK细胞的趋化因子及肿瘤微环境中分泌同源配体的动态性相互作用可以将NK细胞引导到肿瘤部位。相关的研究已经证实这样可以帮助NK细胞在多发性骨髓瘤、胶质母细胞瘤、肾细胞癌、胰腺导管腺癌以及卵巢癌等癌症中发挥出良好的抗癌作用。 从多项研究来看，通   过加强NK细胞在肿瘤部位的浸润、提升NK细胞的活性以及对NK细胞进行基因改造等都可以有效地提升NK细胞对于肿瘤的杀伤作用，并提高其长期治疗的效果。

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过往十年基于NK细胞疗法的经验

1. 安全性

在过去的10年中，NK细胞疗法已经成为继T细胞疗法之后另一个后起之秀。值得注意的是NK细胞疗法的安全性，其中最主要的是NK细胞用于异体治疗的安全性。

迄今为止在进行中的临床研究中均未发现重大的不良事件，并且也未观察到NK细胞会引发细胞因子释放综合征和移植物抗宿主病等，这都展示了NK细胞良好的安全性。后续则需要进一步的研究阐明同种异体NK细胞能否长期持续逃避自身T细胞的免疫排斥。

2. 易于基因改造

和T细胞相同，NK细胞也非常适合基因改造，不仅可以通过CAR基因改造增加其杀伤效果和持久性，还可以通过基因改造促进NK细胞向肿瘤组织浸润。

由于NK细胞的安全性，使得其有可能在更为广泛的人群中使用，而通过基因改造等方式，则可以进一步提升NK细胞的有效性，因此通过不同的方式，则由可能进一步提升NK细胞的治疗效果。

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NK细胞疗法面临的挑战

近些年来，工程免疫细胞疗法仍旧在飞速增长，各种新的治疗方式不断地进入临床，继CAR-T细胞疗法之外，CAR-NK细胞疗法也迎来了更多的临床试验。

尽管基于NK细胞的免疫细胞疗法被定位成一种安全的现成的抗癌疗法，但是仍旧有几个重要的挑战需要解决：

• 哪些特征决定了NK细胞的杀伤作用和持久性；

• 哪些疗法组合可以最大限度的延长NK细胞的活性；

• 哪些方法可以更好地实现NK细胞的扩增以及NK细胞的冷冻保存。

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提升NK细胞疗法的方式

1. CRISPR技术为下一代NK细胞疗法提供基因筛选

CRISPR技术被誉为“上帝魔剪”，通过CRISPR技术的功能性遗传筛选可以大规模的对癌症相关的基因进行筛选。在过去的10年间，通过CRISPR技术已经破译了多种癌症易感基因，而通过CRISPR技术有望寻找原始的原代免疫细胞。2018年，通过CRISPR技术成功地筛选出了原代的CD4+ T细胞，如果可以通过各种方式找到初代的免疫细胞，就有望降低免疫细胞在治疗中的衰竭，这将有望为下一代细胞疗法的设计提供相应的信息。

另外，NK细胞免疫细胞学的发展十分迅速且广泛，因此建立筛选和表征NK细胞产品的平台同样十分重要。

2. CAR-NK细胞疗法的强效组合

除了提升CAR-NK细胞自身之外，通过组合的方式也是有效地提升疗法效果的方式。

尤其是对于免疫疗法来说：不同疗法之间的组合往往可以发挥出1+1＞2的治疗效果。

增强CAR-NK细胞疗法治疗效果的强效组合

图片来源：Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy

免疫细胞疗法发展至今已经经历了百年的发展，并从无药可治的末线治疗一步步走到今天的一线治疗，这都展现了免疫细胞疗法的强大的治疗效果。

相信NK细胞疗法的进展将为免疫细胞疗法注入新的活力，帮助更多患者获得更长的生存期。

文章来源：细胞加 / 作者：CellPlus

本文由医世象 佐罗整编，转载请联系授权。