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)的免疫細胞和炎癥細胞及其分泌的趨化因子、細胞因子,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細胞作為機體先天免疫系統(tǒng)高度專業(yè)化的淋巴細胞,無需抗原刺激即可殺傷腫瘤細胞,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 細胞療法、NK 細胞接合器在內(nèi)的基于NK 細胞免疫療法在腫瘤免疫中的應(yīng)用,進一步了分析基于NK 細胞免疫治療在腫瘤免疫中的應(yīng)用發(fā)展趨勢。

1 NK 細胞的發(fā)育和分類

NK 細胞屬于先天淋巴細胞[4-5],占總淋巴細胞循環(huán)數(shù)的5% ~ 15%[6]。 NK 細胞在機體內(nèi)由CD34+造血祖細胞發(fā)育,通過共同淋巴細胞祖細胞逐漸上調(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細胞被定義為CD3-CD16+CD56+的細胞,依據(jù)CD56的表達水平可分為CD56dim和CD56bright[9]兩個不同功能和表型的亞群。 CD56dim細胞表達殺傷細胞免疫球蛋白樣受體和CD16,主要存在于血液中,發(fā)揮細胞毒作用。 而CD56bright細胞毒性較弱,主要存在于淋巴結(jié)中,可產(chǎn)生細胞因子發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。

2 NK 細胞的作用機制

2.1 抗體依賴的細胞介導(dǎo)的細胞毒性作用

抗體依賴的細胞介導(dǎo)的細胞毒性(antibody dependent cellular ctotoxicity,ADCC)是一種主要由NK 細胞介導(dǎo)的強有力的細胞毒性機制,是NK 細胞殺傷腫瘤細胞的關(guān)鍵機制。 在人IgG 的FcR 受體中,CD16a 主要負責(zé)觸發(fā)NK 細胞介導(dǎo)的ADCC。CD16a 識別IgG 調(diào)理的靶點后,NK 細胞通過釋放細胞毒性分子來誘導(dǎo)靶細胞的死亡。 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)移性頭頸部鱗狀細胞癌患者,無進展生存期大于100 d 患者的NK 細胞在體外的ADCC 效應(yīng)強于無進展生存期小于100 d 患者的NK 細胞。 此外,通過抑制腫瘤壞死因子-α 轉(zhuǎn)換酶表達、工程化抗體、NK 細胞接合器、調(diào)節(jié)NK 細胞代謝途徑等方式也可以增強NK 細胞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 細胞的抗腫瘤活性。

2.2 直接殺傷

NK 細胞可以通過分泌穿孔素直接對靶細胞造成殺傷。 NK 細胞與靶細胞接觸激發(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:靶細胞被穿孔素成功殺傷,而NK 細胞本身卻可以幸存。 Li 等[12]研究表明在穿孔素被釋放到NK 細胞與靶細胞之間后,穿孔素致密的脂質(zhì)膜與NK 細胞膜融合,進而增強了NK 細胞膜,這使NK 細胞得以存活。 此外,還發(fā)現(xiàn)一種侵襲性乳腺癌的癌細胞也可以通過強化細胞膜來逃避NK 細胞的殺傷。 目前還不能確定這種強化細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,通過破壞腫瘤細胞的細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]研究從全新的細胞膜拓撲學(xué)角度詮釋了腫瘤來源NK 細胞功能紊亂和免疫逃逸的新機制,也為提高NK 細胞的免疫治療提供新策略。 NK 細胞這一特性使其在免疫治療中脫穎而出。

2.3 誘導(dǎo)細胞凋亡

NK 細胞通過表達腫瘤壞死因子相關(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TRAIL 受體的靶細胞和CD95+靶細胞發(fā)生內(nèi)源酶級聯(lián)反應(yīng),進而誘導(dǎo)靶細胞凋亡[14]。Pan 等[15]研究發(fā)現(xiàn)線粒體凋亡在NK 細胞介導(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胞對NK 細胞的敏感度增強。 此外該研究測試NK細胞與BH3 mimetics 組合的方法可能也適用于基于T 細胞的免疫療法,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 細胞還能夠通過分泌多種趨化因子、生長因子和細胞因子,與其他免疫細胞(如DC、T、巨噬細胞等)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 細胞,如今以NK 細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 細胞、NK 細胞、NKT 細胞、B 細胞和其他先天淋巴細胞中均有表達。 研究表明PD-1 在近四分之一的健康個體外周血淋巴細胞上高表達[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 細胞上的表達上調(diào)[19]。 PD-1+NK 細胞較PD-1-NK 細胞細胞毒性小、產(chǎn)生細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進而激活人非小細胞肺癌中的PD1+NK 細胞,發(fā)揮了高效的抗腫瘤免疫作用[23-24]。 目前對PD-1 在NK 細胞上的表達機制及其是否能夠直接抑制NK細胞功能尚不明確,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細胞免疫受體(T cell immunoreceptor with Ig and ITIM domains,TIGIT)是一種表達于NK 細胞和T 細胞表面的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 細胞中高表達[26],能夠直接抑制NK 細胞的功能。 在小鼠和人體內(nèi),TIGIT 可以抑制NK 細胞因子和脫顆粒的產(chǎn)生及NK 細胞介導(dǎo)的CD155+腫瘤細胞的細胞毒性[27-28]。 Chauvin 等[29]研究指出TIGIT抑制劑與IL-15 聯(lián)用可使NK 細胞對黑色素瘤的細胞毒性得到增強,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 細胞受體家族2 中抑制性的受體[32],也稱為CD94。 在CD8+T 細胞在內(nèi)的部分T 細胞和NK 細胞表面均有表達[33]。 外周血中近50%的NK 細胞表達CD94/NKG2A。 HLA-E 作為NKG2A 的唯一配體,在正常組織細胞中表達水平較低,而在腫瘤浸潤的NK 細胞、CD8+T 細胞和腫瘤細胞中高表達[34]。 André 等[35]研究指出阻斷CD8+T 細胞和NK 細胞上的NKG2A 與癌細胞上的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)移的頭頸部鱗狀細胞癌可以得到更好的治療效果。總的來說,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 細胞療法

3.2.1 NK 細胞輸注

NK 細胞輸注治療方法是將體外誘導(dǎo)培養(yǎng)的NK 細胞輸注到腫瘤患者體內(nèi),具體包括自體NK 細胞輸注和同種異體NK 細胞輸注。 Marofi 等[37]研究表明,自體供體NK 細胞表面殺傷細胞免疫球蛋白樣受體(killer cell immunoglobulin-like receptors,KIRs)與腫瘤細胞表面的人類白細胞抗原并不匹配,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 細胞一起注射到進展期非小細胞肺癌患者體內(nèi),能有效延長患者生存時間至18.5 個月。 隨著NK 細胞純化技術(shù)以及擴增技術(shù)的不斷改進,NK 細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)用于各種腫瘤的細胞免疫治療中,但CAR-T 治療中存在細胞因子釋放綜合征(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 細胞來源主要包括從外周血、臍帶血或體外培養(yǎng)的NK 細胞系,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 細胞不釋放誘導(dǎo)CRS 的關(guān)鍵細胞因子IL-6,從而避免了CRS。 NK 細胞可以在沒有抗原刺激或人類白細胞抗原匹配的情況下靶向腫瘤細胞,也避免了GVHD反應(yīng)[44]。 此外CAR-NK 還可以通過表達激活型受體DNAM-1(CD226)、天然細胞毒性受體和NKG2D來識別癌細胞,與CAR-T 細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 細胞相比,CAR-NK 細胞具有其獨特的優(yōu)勢,但仍存在一些挑戰(zhàn),其中包括NK 細胞對基因工程的抗性、NK 細胞的增殖潛力和對輸注的持久性有限。

3.3 NK 細胞接合器(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)化細胞殺傷(ROCK?)抗體平臺開發(fā)的一種針對先天免疫NK 細胞上的CD16A 和腫瘤細胞上的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在腫瘤浸潤淋巴細胞上的表達被下調(diào),腫瘤浸潤NK 細胞中CD16A 表達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,一般表達于NK、NKT、γδT 亞群和CD8+T細胞亞群。 包含F(xiàn)ab 片段的NKG2D-NKCEs 同時結(jié)合腫瘤細胞上的乳腺癌預(yù)后判斷因子(HER2)和NK 細胞上的NKG2D,可通過未受刺激的NK 細胞觸發(fā)體外細胞毒性[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 細胞介導(dǎo)的抗腫瘤抗原表達細胞的細胞毒性,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 細胞在免疫系統(tǒng)中的作用和激活NK 細胞的機理,基于NK 細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 細胞能直接通過ADCC 溶解腫瘤細胞;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。