NK 細(xì)胞及其免疫療法在腫瘤免疫治療中的應(yīng)用

王賽飛,荀敬,武雪亮,張暉,張琦,張大鵬*

(1. 天津大學(xué)醫(yī)學(xué)工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院,天津 300072;2. 天津大學(xué)中西結(jié)合醫(yī)院,天津 300100;3. 河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院,河北張家口 075000)

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與免疫系統(tǒng)機能相關(guān)。 腫瘤細(xì)胞的增殖會對免疫微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)平衡造成一定程度的破壞[1];免疫系統(tǒng)內(nèi)的免疫細(xì)胞和炎癥細(xì)胞及其分泌的趨化因子、細(xì)胞因子,可以在腫瘤的產(chǎn)生和發(fā)展進程中發(fā)揮一定的調(diào)控作用[2-3]。 腫瘤免疫治療作為新式的腫瘤醫(yī)治手段,彌補了手術(shù)、放療、化療“不完全、易轉(zhuǎn)移、副作用大”的弊端。 NK細(xì)胞作為機體先天免疫系統(tǒng)高度專業(yè)化的淋巴細(xì)胞,無需抗原刺激即可殺傷腫瘤細(xì)胞,因此在腫瘤免疫反應(yīng)中具有獨特優(yōu)勢。 隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的深入,基于NK 細(xì)胞的免疫療法在腫瘤免疫治療領(lǐng)域取得重要突破。 本文簡要總結(jié)了NK 細(xì)胞的發(fā)育、分類、作用機制,以及包括免疫檢查點抑制劑、過繼NK 細(xì)胞療法、NK 細(xì)胞接合器在內(nèi)的基于NK 細(xì)胞免疫療法在腫瘤免疫中的應(yīng)用,進一步了分析基于NK 細(xì)胞免疫治療在腫瘤免疫中的應(yīng)用發(fā)展趨勢。

1 NK 細(xì)胞的發(fā)育和分類

NK 細(xì)胞屬于先天淋巴細(xì)胞[4-5],占總淋巴細(xì)胞循環(huán)數(shù)的5% ~ 15%[6]。 NK 細(xì)胞在機體內(nèi)由CD34+造血祖細(xì)胞發(fā)育,通過共同淋巴細(xì)胞祖細(xì)胞逐漸上調(diào)CD56、下調(diào)CD34,得以分化并在骨髓和淋巴器官中成熟。 人體的NK 細(xì)胞在血液中的周轉(zhuǎn)時長大約為2 周[7],在體內(nèi)增殖時間約13.5 d[8]。 NK細(xì)胞被定義為CD3-CD16+CD56+的細(xì)胞,依據(jù)CD56的表達(dá)水平可分為CD56dim和CD56bright[9]兩個不同功能和表型的亞群。 CD56dim細(xì)胞表達(dá)殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體和CD16,主要存在于血液中,發(fā)揮細(xì)胞毒作用。 而CD56bright細(xì)胞毒性較弱,主要存在于淋巴結(jié)中,可產(chǎn)生細(xì)胞因子發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。

2 NK 細(xì)胞的作用機制

2.1 抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用

抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性(antibody dependent cellular ctotoxicity,ADCC)是一種主要由NK 細(xì)胞介導(dǎo)的強有力的細(xì)胞毒性機制,是NK 細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞的關(guān)鍵機制。 在人IgG 的FcR 受體中,CD16a 主要負(fù)責(zé)觸發(fā)NK 細(xì)胞介導(dǎo)的ADCC。CD16a 識別IgG 調(diào)理的靶點后,NK 細(xì)胞通過釋放細(xì)胞毒性分子來誘導(dǎo)靶細(xì)胞的死亡。 McMichael 等[10]的臨床研究表明:將西妥昔單抗與IL-12 聯(lián)用治療復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移性頭頸部鱗狀細(xì)胞癌患者,無進展生存期大于100 d 患者的NK 細(xì)胞在體外的ADCC 效應(yīng)強于無進展生存期小于100 d 患者的NK 細(xì)胞。 此外,通過抑制腫瘤壞死因子-α 轉(zhuǎn)換酶表達(dá)、工程化抗體、NK 細(xì)胞接合器、調(diào)節(jié)NK 細(xì)胞代謝途徑等方式也可以增強NK 細(xì)胞ADCC 效應(yīng)[11]。 靶向CD16a 有助于解決當(dāng)前腫瘤免疫治療的一些局限性,最大限度地增強ADCC。 因此,深入了解CD16a的作用機制,有利于尋找有效增強ADCC 的策略,進而提升NK 細(xì)胞的抗腫瘤活性。

2.2 直接殺傷

NK 細(xì)胞可以通過分泌穿孔素直接對靶細(xì)胞造成殺傷。 NK 細(xì)胞與靶細(xì)胞接觸激發(fā)顆粒胞吐,釋放的穿孔素通過聚合作用在靶細(xì)胞的表面形成小孔來介導(dǎo)殺傷。 值得關(guān)注的一點是:靶細(xì)胞被穿孔素成功殺傷,而NK 細(xì)胞本身卻可以幸存。 Li 等[12]研究表明在穿孔素被釋放到NK 細(xì)胞與靶細(xì)胞之間后,穿孔素致密的脂質(zhì)膜與NK 細(xì)胞膜融合,進而增強了NK 細(xì)胞膜,這使NK 細(xì)胞得以存活。 此外,還發(fā)現(xiàn)一種侵襲性乳腺癌的癌細(xì)胞也可以通過強化細(xì)胞膜來逃避NK 細(xì)胞的殺傷。 目前還不能確定這種強化細(xì)胞膜逃避殺傷的機制是否具有普遍性,在具有普遍性的情況下,通過破壞腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜來提高免疫系統(tǒng)的免疫能力不失為一種有前景的免疫治療方法。 此外,Zheng 等[13]研究從全新的細(xì)胞膜拓?fù)鋵W(xué)角度詮釋了腫瘤來源NK 細(xì)胞功能紊亂和免疫逃逸的新機制,也為提高NK 細(xì)胞的免疫治療提供新策略。 NK 細(xì)胞這一特性使其在免疫治療中脫穎而出。

2.3 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

NK 細(xì)胞通過表達(dá)腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體( TNF related apoptosis inducing ligand,TRAIL)和Fas(Fas cell surface death receptor)配體來誘導(dǎo)表達(dá)TRAIL 受體的靶細(xì)胞和CD95+靶細(xì)胞發(fā)生內(nèi)源酶級聯(lián)反應(yīng),進而誘導(dǎo)靶細(xì)胞凋亡[14]。Pan 等[15]研究發(fā)現(xiàn)線粒體凋亡在NK 細(xì)胞介導(dǎo)的殺傷中發(fā)揮著重要作用,激活線粒體凋亡途徑使癌細(xì)胞對NK 細(xì)胞的敏感度增強。 此外該研究測試NK細(xì)胞與BH3 mimetics 組合的方法可能也適用于基于T 細(xì)胞的免疫療法,為后續(xù)相關(guān)的臨床試驗奠定了基礎(chǔ)。

NK 細(xì)胞能夠穿越血腦屏障,進入腦部腫瘤組織中。 Fares 等[16]指出NK 細(xì)胞療法相較于傳統(tǒng)治療是一種新穎、具有前景的治療腦腫瘤的方式。 此外,NK 細(xì)胞還能夠通過分泌多種趨化因子、生長因子和細(xì)胞因子,與其他免疫細(xì)胞(如DC、T、巨噬細(xì)胞等)相互作用,激活機體適應(yīng)性免疫應(yīng)答進而抑制腫瘤進展[17]。

3 基于NK 細(xì)胞的免疫療法在腫瘤免疫中的應(yīng)用

3.1 免疫檢查點抑制劑

隨著免疫治療成為治療腫瘤的一種重要方式,靶向免疫檢查點的抑制也成為了免疫治療的一種新方法。 過去,免疫檢查點抑制劑主要針對T 細(xì)胞,如今以NK 細(xì)胞為靶點的免疫檢查點抑制劑成為了新的研究方向。

3.1.1 靶向PD-1/PD-L1 抑制劑

程序性死亡受體1(programmed cell death-1,PD-1)作為一種重要的免疫抑制分子,在CD4+、CD8+T 細(xì)胞、NK 細(xì)胞、NKT 細(xì)胞、B 細(xì)胞和其他先天淋巴細(xì)胞中均有表達(dá)。 研究表明PD-1 在近四分之一的健康個體外周血淋巴細(xì)胞上高表達(dá)[18]。 在胃癌、食管癌、肝癌和結(jié)直腸癌等癌癥中,PD-1 在外周血及腫瘤浸潤NK 細(xì)胞上的表達(dá)上調(diào)[19]。 PD-1+NK 細(xì)胞較PD-1-NK 細(xì)胞細(xì)胞毒性小、產(chǎn)生細(xì)胞因子和能力也較低[20]。 近年來靶向PD-1/PD-L1 抑制劑有效應(yīng)用于血液腫瘤和實體瘤的治療[21-22]。帕博利珠單抗、德瓦魯單抗通過阻斷PD-1/PD-L1進而激活人非小細(xì)胞肺癌中的PD1+NK 細(xì)胞,發(fā)揮了高效的抗腫瘤免疫作用[23-24]。 目前對PD-1 在NK 細(xì)胞上的表達(dá)機制及其是否能夠直接抑制NK細(xì)胞功能尚不明確,還有待進一步的探索研究。

3.1.2 靶向TIGIT 抑制劑

具有Ig 和免疫受體酪氨酸抑制基序結(jié)構(gòu)域的T細(xì)胞免疫受體(T cell immunoreceptor with Ig and ITIM domains,TIGIT)是一種表達(dá)于NK 細(xì)胞和T 細(xì)胞表面的Ig 超家族受體,在限制適應(yīng)性和固有免疫中發(fā)揮著舉足輕重的作用[25]。 TIGIT 在腫瘤浸潤的NK 細(xì)胞中高表達(dá)[26],能夠直接抑制NK 細(xì)胞的功能。 在小鼠和人體內(nèi),TIGIT 可以抑制NK 細(xì)胞因子和脫顆粒的產(chǎn)生及NK 細(xì)胞介導(dǎo)的CD155+腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性[27-28]。 Chauvin 等[29]研究指出TIGIT抑制劑與IL-15 聯(lián)用可使NK 細(xì)胞對黑色素瘤的細(xì)胞毒性得到增強,并減少小鼠黑色素瘤模型中的腫瘤轉(zhuǎn)移。 此外,聯(lián)合PD-1/TIGIT 抑制劑與單獨TIGIT 抑制劑相比能夠顯著增強CD8+T 細(xì)胞免疫能力[30],同時引起移植實體瘤小鼠的腫瘤排斥反應(yīng)[31]。 目前,全球已研發(fā)出多款靶向TIGIT 藥物,其中近20 款進入1 期臨床,近10 款進入2 期臨床,至少5 款進入3 期臨床。 TIGIT 抑制劑相關(guān)的聯(lián)合療法在不久的將來會更具應(yīng)用前景。

3.1.3 靶向NKG2A 抑制劑

NKG2A(NK Group 2 family of receptor A)是屬于NK 細(xì)胞受體家族2 中抑制性的受體[32],也稱為CD94。 在CD8+T 細(xì)胞在內(nèi)的部分T 細(xì)胞和NK 細(xì)胞表面均有表達(dá)[33]。 外周血中近50%的NK 細(xì)胞表達(dá)CD94/NKG2A。 HLA-E 作為NKG2A 的唯一配體,在正常組織細(xì)胞中表達(dá)水平較低,而在腫瘤浸潤的NK 細(xì)胞、CD8+T 細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)[34]。 André 等[35]研究指出阻斷CD8+T 細(xì)胞和NK 細(xì)胞上的NKG2A 與癌細(xì)胞上的HLA-E 的相互作用,可以刺激抗腫瘤免疫。 Cohen 等[36]研究表明將NKG2A 抑制劑與西妥昔單抗聯(lián)用治療復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移的頭頸部鱗狀細(xì)胞癌可以得到更好的治療效果?？偟膩碚f,阻斷NKG2A 是一種十分有效的免疫治療方法,尤其是與免疫腫瘤治療藥物的聯(lián)用更是有著不錯的開發(fā)和應(yīng)用前景。

3.2 過繼NK 細(xì)胞療法

3.2.1 NK 細(xì)胞輸注

NK 細(xì)胞輸注治療方法是將體外誘導(dǎo)培養(yǎng)的NK 細(xì)胞輸注到腫瘤患者體內(nèi),具體包括自體NK 細(xì)胞輸注和同種異體NK 細(xì)胞輸注。 Marofi 等[37]研究表明,自體供體NK 細(xì)胞表面殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體(killer cell immunoglobulin-like receptors,KIRs)與腫瘤細(xì)胞表面的人類白細(xì)胞抗原并不匹配,這將阻止KIR 向下游傳遞抑制性信號;相比之下,異體來源的活化NK 細(xì)胞能夠有效發(fā)揮抗腫瘤免疫活性。 Lin 等[38]發(fā)現(xiàn),將帕米珠單抗與同種異體的NK 細(xì)胞一起注射到進展期非小細(xì)胞肺癌患者體內(nèi),能有效延長患者生存時間至18.5 個月。 隨著NK 細(xì)胞純化技術(shù)以及擴增技術(shù)的不斷改進,NK 細(xì)胞輸注有望成為過繼性免疫治療的重要組成部分。

3.2.2 CAR-NK 細(xì)胞療法

嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor,CAR)是由基因工程技術(shù)制造的人工受體分子,能夠提高免疫細(xì)胞特異性識別抗原的能力并增強其活化的功能[39]。 目前CAR-T 療法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種腫瘤的細(xì)胞免疫治療中,但CAR-T 治療中存在細(xì)胞因子釋放綜合征(cytokine release syndrome,CRS)、移植物抗宿主病(graft-versus-host disease,GVHD)和免疫效應(yīng)細(xì)胞相關(guān)神經(jīng)毒性綜合征(immune effector cell-associated neurotoxicity syndrome,ICANS) 的問題[40]。 CAR-NK 治療中NK 細(xì)胞來源主要包括從外周血、臍帶血或體外培養(yǎng)的NK 細(xì)胞系,與CAR-T相比,CAR-NK 來源更加穩(wěn)定,且副作用更少[41-42]。Frey 等[43]研究指出可能是由于激活的NK 細(xì)胞不釋放誘導(dǎo)CRS 的關(guān)鍵細(xì)胞因子IL-6,從而避免了CRS。 NK 細(xì)胞可以在沒有抗原刺激或人類白細(xì)胞抗原匹配的情況下靶向腫瘤細(xì)胞,也避免了GVHD反應(yīng)[44]。 此外CAR-NK 還可以通過表達(dá)激活型受體DNAM-1(CD226)、天然細(xì)胞毒性受體和NKG2D來識別癌細(xì)胞,與CAR-T 細(xì)胞相比具有更高的靶向功效[39-45]。 Teng 等[46]指出以前列腺干細(xì)胞抗原為靶點的CAR-NK 療法能夠顯著抑制胰腺癌進程。雖然與CAR-T 細(xì)胞相比,CAR-NK 細(xì)胞具有其獨特的優(yōu)勢,但仍存在一些挑戰(zhàn),其中包括NK 細(xì)胞對基因工程的抗性、NK 細(xì)胞的增殖潛力和對輸注的持久性有限。

3.3 NK 細(xì)胞接合器(NK cell engagers,NKCEs)

3.3.1 CD16A-NKCEs

CD16A 含兩個胞外Ig 樣結(jié)構(gòu),同時是IgG 抗體Fc 片段的受體[47]。 抗原結(jié)合的IgG 與CD16A 之間相互作用,可以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)免疫受體酪氨酸的磷酸化[48]。 AFM24 是Affimed 公司利用重定向優(yōu)化細(xì)胞殺傷(ROCK?)抗體平臺開發(fā)的一種針對先天免疫NK 細(xì)胞上的CD16A 和腫瘤細(xì)胞上的EGFR(epidermal growth factor receptor)的雙特異性IgG1-scFv 融合抗體。 有研究表明,AFM24 可有效靶向表達(dá)同水平人表皮生長因子受體的腫瘤[49]。 Oberg等[50]和Habif 等[51]研究表明在癌癥中存在CD16A在腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞上的表達(dá)被下調(diào),腫瘤浸潤NK 細(xì)胞中CD16A 表達(dá)的缺失可能會降低治療性單克隆抗體的療效。 盡管如此,CD16A-NKCEs 在血液系統(tǒng)惡性腫瘤的臨床研究中仍發(fā)揮了顯著作用。

3.3.2 NKG2D-NKCEs

NKG2-D 型整合膜蛋白(NKG2D)是一種激活性受體,一般表達(dá)于NK、NKT、γδT 亞群和CD8+T細(xì)胞亞群。 包含F(xiàn)ab 片段的NKG2D-NKCEs 同時結(jié)合腫瘤細(xì)胞上的乳腺癌預(yù)后判斷因子(HER2)和NK 細(xì)胞上的NKG2D,可通過未受刺激的NK 細(xì)胞觸發(fā)體外細(xì)胞毒性[52]。 將含有抗腫瘤抗原抗體片段的免疫偶聯(lián)物與天然NKG2D 配體串聯(lián),進而誘導(dǎo)NKG2D 激活引起抗腫瘤免疫。 Wang 等[53]研究表明此方式可有效激活NK 細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤抗原表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞毒性,并且在臨床前模型的體內(nèi)發(fā)揮活性作用。 NKG2D-NKCEs 為多發(fā)性骨髓瘤提供了新的治療方式,且極具臨床應(yīng)用潛力。

對NK 細(xì)胞的免疫療法在腫瘤免疫中的應(yīng)用進行簡單的總結(jié)(見表1),為進一步深入研究NK 細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中的作用和激活NK 細(xì)胞的機理,基于NK 細(xì)胞的腫瘤免疫療法將擁有更為廣泛的應(yīng)用前景。

表1 基于NK 細(xì)胞的免疫療法在腫瘤免疫中的應(yīng)用Table 1 Applications of NK cell-based immunotherapy in tumor immunology

4 展望

NK 細(xì)胞是先天免疫的重要組成部分,在抗腫瘤形成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 此外NK 細(xì)胞能直接通過ADCC 溶解腫瘤細(xì)胞;清除初級免疫反應(yīng)中因主要組織相容性復(fù)合體受損的細(xì)胞;聯(lián)合PD-1 治療可提高PD-1 抗體的反應(yīng)率;招募DC、T、巨噬細(xì)胞協(xié)同發(fā)揮作用,在腫瘤免疫治療中占有很大優(yōu)勢。因此,在基礎(chǔ)研究和臨床試驗中繼續(xù)深入研究NK細(xì)胞的抗腫瘤機制對于開發(fā)新型免疫療法是十分必要的。 此外,未來的免疫治療可嘗試將先天免疫和適應(yīng)性免疫有效結(jié)合以獲得更好的治療效果。