腫瘤浸潤性自然殺傷細(xì)胞在免疫治療中的研究進(jìn)展

許 薇, 王 亮, 莫安薇, 黃琰菁

腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)指腫瘤細(xì)胞生存的局部環(huán)境,是一種復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境,與腫瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和免疫逃逸等緊密相關(guān)。TME是實體瘤發(fā)生、發(fā)展的條件,也是機(jī)體抵御腫瘤的關(guān)鍵地方。TME中的腫瘤浸潤性自然殺傷(natural killer,NK)細(xì)胞比其他淋巴免疫細(xì)胞具有更強(qiáng)大的細(xì)胞毒性作用和免疫調(diào)節(jié)能力,能夠在沒有抗原呈遞的情況下快速發(fā)揮抗腫瘤活性,在抗腫瘤免疫中起著重要作用。除此之外,NK細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子及顆粒蛋白能夠殺傷靶細(xì)胞,尤其是腫瘤細(xì)胞。深入了解TME將會為癌癥治療找到新的途徑和方法,基于功能更加強(qiáng)大的腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的研究有可能發(fā)掘出更高效的抗腫瘤治療方案[1]。本文就腫瘤浸潤性NK細(xì)胞在免疫治療中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的起源與表型

NK細(xì)胞是一種大粒狀免疫淋巴細(xì)胞,可分為CD56dim和CD56bright2個亞群。它是人體免疫的第一道防線,約占血液中免疫細(xì)胞的15%[2]。當(dāng)腫瘤發(fā)生時,部分外周NK細(xì)胞浸潤至TME,被稱為腫瘤浸潤性NK細(xì)胞。腫瘤浸潤性NK細(xì)胞在TME中約占總淋巴細(xì)胞的5%[3]。不同免疫器官中的NK細(xì)胞來源不同,其表型也不同,這使得轉(zhuǎn)移至不同腫瘤的腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的表型也不同。在骨髓中,NK細(xì)胞主要來源于CD34+造血干細(xì)胞[4],主要為成熟的CD56dimNK細(xì)胞[5]。CD34dimCD45RA+β7bright造血前體細(xì)胞從骨髓中轉(zhuǎn)移至淋巴結(jié),在白介素-15、白介素-2和活化T細(xì)胞的作用下分化為特異的CD56brightNK細(xì)胞[6-7]。NK細(xì)胞成熟過程主要可分為4期：在Ⅰ期中,CD34dimCD45RA+β7bright造血前體細(xì)胞分化為CD10+β7+CD34+CD117-CD94-HLA-DR+CD56+NK細(xì)胞;在Ⅱ期中,進(jìn)一步分化成CD10+β7+CD34+CD117+CD94-HLA-DR+CD56+NK細(xì)胞;在Ⅲ期中,再進(jìn)一步分化成CD10-β7-CD34-CD117+CD94-HLA-DR-CD56+NK細(xì)胞;在Ⅳ期中,繼續(xù)分化成CD10-β7-CD34-CD117+CD94+HLA-DR-CD56+NK細(xì)胞[8]。但其在淋巴結(jié)的分化過程中的具體細(xì)節(jié)仍未被研究透徹。不同亞群的NK細(xì)胞的分化成熟程度差異較大。CD56dimNK細(xì)胞主要在骨髓中產(chǎn)生,而CD56brightNK細(xì)胞主要在淋巴結(jié)中發(fā)育成熟。在免疫器官中發(fā)育成熟的NK細(xì)胞會被趨化因子吸引至TME中變成腫瘤浸潤性NK細(xì)胞[9]。不同實體瘤的腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的表型不同：在黑色素瘤中為CD56dimCD57dimCD69+CCR7+KIR+腫瘤浸潤性NK細(xì)胞;在腎癌中為CD16brightCD56dim腫瘤浸潤性NK細(xì)胞;在前列腺癌中為未成熟的CD56bright腫瘤浸潤性NK細(xì)胞[10-13]。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因,可能與腫瘤細(xì)胞的代謝能力、免疫逃逸能力等不同特性有關(guān)。深入了解不同表型腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的功能,改變免疫微環(huán)境里的免疫細(xì)胞組成可能是提高免疫療效的重要方法。

2 腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的功能

腫瘤浸潤性NK細(xì)胞可通過分泌含有穿孔素和顆粒酶B的細(xì)胞毒性顆粒、分泌促炎細(xì)胞因子和表達(dá)死亡配體等方式發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)[14]。不同亞群的NK細(xì)胞的功能也不相同。CD56brightNK細(xì)胞能產(chǎn)生豐富的促炎細(xì)胞因子;而CD56dimNK細(xì)胞能分泌大量的細(xì)胞毒性顆粒,具有較強(qiáng)的溶解細(xì)胞能力[15]。

2.1分泌細(xì)胞毒性顆粒 穿孔素和顆粒酶是NK細(xì)胞分泌的細(xì)胞毒性顆粒的重要組成部分,是一種小分子細(xì)胞毒性蛋白質(zhì),在NK細(xì)胞發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)中起著重要作用。在TME中受外來抗原刺激的NK細(xì)胞會產(chǎn)生大量的穿孔素和顆粒酶家族分子[16]。人體內(nèi)存在5種顆粒酶：顆粒酶A、顆粒酶B、顆粒酶H、顆粒酶K和顆粒酶M。腫瘤浸潤性NK細(xì)胞分泌穿孔素在靶向腫瘤細(xì)胞膜上產(chǎn)生孔,使得顆粒酶B能夠進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。顆粒酶B進(jìn)入靶細(xì)胞后可通過多種途徑促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡：(1)直接切割半胱天冬酶,破壞靶細(xì)胞DNA和細(xì)胞骨架,導(dǎo)致靶細(xì)胞發(fā)生凋亡。(2)觸發(fā)靶細(xì)胞線粒體凋亡途徑,導(dǎo)致線粒體外膜透化[17]。總之,通過增加CD56dimNK細(xì)胞的數(shù)量可能使具有較強(qiáng)抗腫瘤作用的細(xì)胞毒性顆粒增多來提高抗腫瘤的效果。

2.2分泌促炎細(xì)胞因子 腫瘤浸潤性NK細(xì)胞分泌的促炎細(xì)胞因子主要為γ-干擾素(interferon-gamma,IFN-γ)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α),IFN-γ和TNF-α都屬于多效性細(xì)胞因子,均具有促癌和抗癌作用。在TME中的IFN-γ主要由腫瘤浸潤性NK細(xì)胞產(chǎn)生。研究表明,IFN-γ通過增加主要組織相容性復(fù)合物Ⅰ類蛋白和Ⅱ類蛋白的表達(dá),上調(diào)腫瘤細(xì)胞表面程序性死亡配體1、IFN-γ-FN1抑制通路等方式增加腫瘤細(xì)胞被免疫細(xì)胞識別的風(fēng)險,從而增加抗腫瘤效果[18]。也有研究認(rèn)為,IFN-γ可通過誘導(dǎo)趨化因子[C-X-C基序趨化因子配體9(C-X-C motif chemokine ligand 9,CXCL9)、CXCL10]的產(chǎn)生,將外周NK細(xì)胞吸引至TME中,間接發(fā)揮抗腫瘤作用[19]。在促癌方面,持續(xù)的干擾素受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)會使免疫細(xì)胞產(chǎn)生耐受性,降低免疫應(yīng)答的能力,從而發(fā)揮促癌作用[20]。另外,IFN-γ可以通過增加TME中的血管生成、上調(diào)免疫抑制因子、抑制免疫效應(yīng)細(xì)胞來發(fā)揮作用[21]。TME中的TNF大部分由巨噬細(xì)胞分泌,其余部分由淋巴細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生。TNF-α的生物學(xué)活性占TNF家族總活性的70%～95%,是主要效應(yīng)因子。TNF-α被認(rèn)為是一種有效的促炎細(xì)胞因子,主要通過2種TNF受體(Ⅰ型、Ⅱ型)發(fā)揮抗癌和促癌的雙重作用[22]。有研究證實,Ⅰ型TNF受體存在于所有細(xì)胞表面,Ⅱ型TNF受體僅存在于免疫細(xì)胞表面[23]。Ⅰ型TNF受體主要參與抗腫瘤作用。當(dāng)TNF-α與Ⅰ型TNF受體結(jié)合后會激活caspase-8和混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白,從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡及血管內(nèi)皮細(xì)胞壞死[24]。相反,Ⅱ型TNF受體主要促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。TNF-α與Ⅱ型TNF受體通過促進(jìn)腫瘤血管的形成、誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增殖和活化、激活核因子κB損傷的DNA等方式發(fā)揮促癌作用[25]。由此可見,CD56brightNK細(xì)胞能產(chǎn)生豐富的促炎細(xì)胞因子IFN-γ和TNF-α從而發(fā)揮抗癌和促癌雙重作用,通過調(diào)控CD56brightNK細(xì)胞的數(shù)量來提高抗癌療效具有較大的不確定性。

2.3表達(dá)死亡配體 腫瘤浸潤性NK細(xì)胞通過表達(dá)腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體[tumor necrosis factor(TNF)-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL]和Fas配體(Fas ligand,FasL)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。TRAIL和FasL在多種免疫細(xì)胞表面表達(dá),死亡受體和Fas在腫瘤細(xì)胞表面數(shù)量高于正常組織細(xì)胞[26]。這種差異性分布使得TRAIL和FasL能特異性地針對腫瘤細(xì)胞,避免損傷正常細(xì)胞。TRAIL是一種Ⅱ型跨膜蛋白,可與多種死亡受體結(jié)合,主要通過結(jié)合含有死亡結(jié)構(gòu)域(death domain,DD)的死亡受體TRAIL-R1和TRAIL-R2誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在Ⅰ型細(xì)胞中,TRAIL與TRAIL-R1和TRAIL-R2結(jié)合,導(dǎo)致死亡受體的DD結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,DD與細(xì)胞內(nèi)適配器分子Fas相關(guān)DD、半胱天冬酶-8和半胱天冬酶-10結(jié)合形成死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物后激活底物半胱天冬酶-8和半胱天冬酶-10,將其釋放至細(xì)胞質(zhì)內(nèi),進(jìn)一步激活半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-6和半胱天冬酶-7,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[27-28]。在Ⅱ型細(xì)胞內(nèi),X連鎖凋亡抑制劑抑制了半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-6和半胱天冬酶-7的激活[26]。活化的半胱天冬酶-8將Bid(BH3相互作用結(jié)構(gòu)域死亡激動劑)切割成小段,小段Bid導(dǎo)致線粒體外膜透化并產(chǎn)生細(xì)胞色素c,細(xì)胞色素c與凋亡蛋白酶激活因子形成細(xì)胞凋亡復(fù)合物,細(xì)胞凋亡復(fù)合物在細(xì)胞質(zhì)中激活半胱天冬酶原-9等,最終獲得足夠的半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-6和半胱天冬酶-7啟動細(xì)胞凋亡程序[29-30]。FasL也是一種Ⅱ型跨膜蛋白,與腫瘤細(xì)胞表面的Fas結(jié)合,在腫瘤免疫監(jiān)視中起重要作用。腫瘤浸潤性NK細(xì)胞表面的FasL與靶細(xì)胞表面的Fas結(jié)合后,通過外在凋亡途徑導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[31]。

2.4介導(dǎo)抗體依賴性細(xì)胞毒性(antibody dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)途徑 ADCC的3個重要組成部分為抗體、靶細(xì)胞和NK細(xì)胞。ADCC是NK細(xì)胞介導(dǎo)的殺傷腫瘤細(xì)胞的另一種關(guān)鍵機(jī)制,對于調(diào)控腫瘤進(jìn)展具有重要作用。NK細(xì)胞是發(fā)揮ADCC作用的主要免疫細(xì)胞類型?？贵w的Fab段與腫瘤細(xì)胞結(jié)合后,其Fc段與NK細(xì)胞表面的FcR結(jié)合,然后啟動NK細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo),促使NK細(xì)胞釋放細(xì)胞內(nèi)容物,通過TRAIL和Fas途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡,實現(xiàn)特異性靶向殺傷[32]。NK細(xì)胞介導(dǎo)的ADCC是治療惡性腫瘤的重要機(jī)制,對于調(diào)控腫瘤進(jìn)展具有重要作用。NK細(xì)胞介導(dǎo)的ADCC為治療惡性腫瘤提供了新的機(jī)會。

3 基于NK細(xì)胞的免疫療法

腫瘤免疫療法通過調(diào)控免疫系統(tǒng)殺傷腫瘤細(xì)胞,多種惡性腫瘤的治療中顯示出潛力。為了增強(qiáng)NK細(xì)胞對實體瘤的殺傷性,通過引入人工合成的嵌合抗原受體(chimeric antigen-receptor,CAR),一定程度上增強(qiáng)了NK細(xì)胞的抗腫瘤能力,過繼性免疫細(xì)胞療法中的CAR-NK細(xì)胞療法由此誕生。該療法在多項惡性腫瘤的臨床試驗中受到關(guān)注：表達(dá)因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)-CAR NK-92細(xì)胞可用于治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌;ErbB2/HER2-CAR NK細(xì)胞的抗腫瘤活性顯著增強(qiáng),可用于治療各種ErbB2陽性的惡性腫瘤;攜帶靶向EGFRvⅢ的CAR-NK細(xì)胞可通過細(xì)胞凋亡抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的生長;編碼上皮細(xì)胞黏附分子(epithelial cell adhesion molecule,EpCAM)的CAR-NK細(xì)胞可對特定的乳腺癌表現(xiàn)出高選擇性的細(xì)胞殺傷活性等[33]。CAR-NK細(xì)胞療法由表達(dá)表面受體的基因工程N(yùn)K細(xì)胞組成,該受體特異性地靶向表達(dá)在腫瘤細(xì)胞表面的抗原。不同來源的NK細(xì)胞有不同的表型,最終的療效也不一樣：臍帶血的NK細(xì)胞表達(dá)低CD16、CD56、NKG2A和低KIR,增殖能力強(qiáng)并對細(xì)胞因子刺激非常敏感;外周血的NK細(xì)胞主要表達(dá)CD56dim,增殖能力較弱且制備過程復(fù)雜;誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的NK細(xì)胞表達(dá)低CD16、高NKG2A和低KIR,增殖能力強(qiáng)但細(xì)胞毒性弱[34]。CAR的嵌入使得NK細(xì)胞在殺死腫瘤細(xì)胞方面具有選擇性和高效性。CAR-NK細(xì)胞具有CAR依賴和CAR獨(dú)立靶向能力,能夠降低腫瘤逃避風(fēng)險[35]?；贜K細(xì)胞的CAR-NK細(xì)胞免疫療法是一種非常有前景的癌癥治療方法,可以顯著提高腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的抗腫瘤能力,并且不同表面受體的嵌入使該免疫療法在殺死腫瘤細(xì)胞方面具有選擇性和高效性。未來還需大量的研究來證明其療效和安全性。

4 結(jié)語

NK細(xì)胞在腫瘤治療中起著重要作用,基于NK細(xì)胞的免疫療法能夠治療難治性惡性腫瘤。經(jīng)過基因工程改造產(chǎn)出不同的CAR-NK細(xì)胞能夠?qū)Σ煌膶嶓w瘤產(chǎn)生效應(yīng),這些效應(yīng)大部分具有特異性,盡管目前尚未廣泛應(yīng)用于臨床,但其在實體瘤的治療中較有潛質(zhì)。腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的表型與功能密切相關(guān),通過添加或減少某個特定表型的表達(dá)可以使得其具有不同的功能,編碼不同嵌合受體的NK細(xì)胞能夠針對不同的腫瘤,CD56的表達(dá)也可影響其主要分泌物的種類。因此,明確腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的表型與功能有助于開發(fā)新型高效的基于NK細(xì)胞的免疫療法,未來仍需要大量的研究驗證。NK細(xì)胞是腫瘤免疫治療的新靶點(diǎn),但仍需要進(jìn)一步了解如何更好地進(jìn)行調(diào)控。