原创 Doc. Cheng 生物医学科研之家 2022-05-05 17:59
背景：
自然杀伤细胞(NK)在癌症和病毒感染的先天免疫监测中起着至关重要的作用。它们是“第一反应者”，能够自发地识别体内的异常细胞，通过集中的细胞毒性机制迅速消除它们，并有效地产生促炎细胞因子和趋化因子，招募和激活其他免疫细胞来启动适应性反应。从NK细胞表面不同受体的初步发现到调控其功能的调控事件的表征，我们对NK细胞基本生物学的理解在过去三十年中有了显著的提高。这些先进的知识揭示了增加的机制复杂性，这为开发大量令人兴奋的新疗法打开了大门，这些疗法可以有效地操纵和靶向NK细胞功能反应，特别是在癌症患者中。
简介：
2022年3月21日，来自美国福克斯大通癌症中心癌症研究所的Kerry S. Campbell教授课题组在Nat RevDrug Discov（IF: 84.6）杂志上发表题为“Harnessing natural killer cells for cancer immunotherapy: dispatching the first responders”的综述[1]。在本文中，作者总结了调节NK细胞生物学的基本机制，综述了目前正在开发和用于刺激NK细胞反应的各种药物、细胞因子和抗体，并概述了不断发展的NK细胞过继转移治疗癌症的方法。
主要结果：
人类NK细胞的生物学。
怎样定义NK细胞？
为了理解NK细胞如何在治疗中被调控，我们必须首先理解它们是如何定义的。NK细胞是1型固有淋巴样细胞(ILC1s)的主要成员，它们的特征是产生1型细胞因子，IFNγ和TNF。ILC1家族也包括少量的组织内上皮细胞，它们也产生1型细胞因子，但也表达自然细胞毒性触发受体2 (NCR2；也被称为NKp44)和αE整合素(也被称为CD103)，而不是传统的NK细胞。NK细胞占外周血淋巴细胞的5-15%，在骨髓、脾、肝、肺等组织中容易发现，但在淋巴结中少见。外周血中定义人类NK细胞的经典表面标志物是CD3-CD56+，尽管NKp80(由KLRF1编码)或CD7的表达可以将其与CD56+髓系细胞区分开来。CD56的表达水平区分了人类循环NK细胞的两个主要亚群，即CD56bright NK细胞(未成熟，占外周血NK细胞的5%)和CD56dim NK细胞(较成熟，介导异常细胞的强细胞毒性)。CD56bright细胞可以通过L-选择素(也称为CD62L)和CC-趋化因子受体7 (CCR7)的表达从循环中渗出到组织和淋巴结，并能产生细胞因子，但细胞毒性反应有限。
CD56dim细胞也能产生细胞因子，由于IgG Fc区受体IIIA (FcγRIIIa；也被称为CD16)的表达。
受体如何调节NK功能？
NK细胞是由一系列不同的激活和抑制受体传递的信号之间的动态平衡调节的。NK细胞通过与邻近细胞的物理相互作用来探索自身的环境，NK受体与其他细胞上的配体在称为免疫突触的接触界面上相互作用。大多数健康细胞普遍显示MHC-I表达，也被称为I类HLAs，从而引发NK细胞的显性抑制信号、分离和耐受。然而，病毒感染和肿瘤细胞经常下调MHC-I，从而逃避了CD8+细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)的识别，因为CTLs依赖于一种抗原受体来检测MHC-I呈现的抗原肽。相比之下，MHC-I抑制受体配体的缺失和/或激活受体配体的上调使平衡趋向于NK细胞的激活，从而触发自发攻击。激活的免疫突触引发强粘附，随后细胞溶解颗粒集中胞外分泌，释放穿孔素，形成膜孔和颗粒酶，诱导靶细胞凋亡。集中脱粒可防止对健康的邻近细胞的损害。NK细胞也可以通过表达TNF配体超家族成员6 (TNFSF6；也称为FASL或CD95L)或TNFSF10(也称为TRAIL或CD253)诱导靶细胞凋亡。
KIRs多样性，耐受和成熟。
KIRs具有高度多态性，通过三种战略属性为人类NK细胞库提供了广泛的多样性。首先，每个人都能遗传KIR家族14个成员基因的不同单倍型。这种不同的基因内容可以包括几乎完全抑制的KIRs(单倍型A)或更多样化的丰富的活化KIRs(单倍型B)。第二，单个KIRs识别经典MHC-I配体的不同亚群。在灵长类动物中，抑制性KIRs与MHC-I共同进化，通过KIR2DL1、KIR2DL2或KIR2DL3检测HLA-C，通过KIR3DL1检测HLA-B和HLA-A亚群(包含Bw4表位)，通过KIR3DL2检测某些HLA-A(特别是HLA-A3和HLA-A11)。重要的是，由于KIR和HLA基因位点位于不同的染色体上，它们是不同的遗传，一些KIR是遗传和表达的，但缺乏一个可用的同源自体MHC-I配体。第三，可用的KIR基因在单个NK细胞上随机表达，以产生不同的保留库。由于这种KIR表达的多样性，MHC-I的一个等位基因的缺失，可以使肿瘤细胞对只表达KIR的NK细胞亚群敏感，这些NK细胞失去了同源配体。
肿瘤微环境（TME）中的NK细胞。
外周血中的造血肿瘤容易与NK细胞接触，而实体肿瘤则更难触及和浸润。尽管如此，固体肿瘤中NK细胞流入和激活的增加与各种癌症中较长的总生存率有关。为了到达实体肿瘤，NK细胞必须从血液中渗出并穿过细胞外基质和肿瘤间质。NK细胞可通过基质金属蛋白酶、尿激酶纤溶酶原激活物和丝氨酸二肽肽酶IV的表达降解并穿越细胞外基质。与血液中发现的NK细胞相比，在大多数正常的外周组织中NK细胞主要是CD56bright的，而且这个亚群在肿瘤中更加丰富。然而，一旦进入肿瘤，NK细胞的反应往往受到免疫抑制TME的阻碍。
增强NK细胞功能的药物。
免疫调节性酰亚胺药物。
免疫调节性亚胺药物(IMiDs)是一类含有亚胺基团的增强淋巴细胞功能的药物。IMiDs包括沙利度胺及其相关化合物来那度胺和波马度胺，它们用于治疗MM、骨髓增生异常综合征(MDS)和一些淋巴瘤。波马度胺具有更高的效力，对来那度胺和沙利度胺耐药的患者有效。至少部分IMiDs的免疫治疗效益被认为是由于增强的NK细胞活性。IMiDs激活NK细胞的主要机制之一是通过诱导T细胞产生IL-2。来那度胺也可以通过降低CD16-和NKG2D-介导的刺激IFNγ产生的激活阈值，直接增强NK细胞的反应。
蛋白酶体抑制剂。
在体外用蛋白酶体抑制剂硼替佐米治疗肿瘤细胞系，可显著上调NKG2D和DNAM1配体的表达，增加它们对NK细胞介导的细胞毒性的敏感性。硼替佐米上调MICA依赖于ATM-CHK2 DNA损伤反应通路。
STING激动剂。
cGMP-AMP合成酶(cGAS)干扰素基因蛋白(STING)通路刺激因子在先天性免疫感知病毒或细菌病原体的异常胞质DNA中起关键作用。这一途径的激活产生I型干扰素(IFNα和IFNβ)和促炎细胞因子和趋化因子。cGAS将双链病毒DNA转化为2’3’-环GMP-AMP (cGAMP)，与内质网(ER)膜上的STING结合。cGAMP-STING复合物招募蛋白激酶TBK1，激活干扰素调节因子3 (IRF3)和核因子-κB (NF-κB)转录因子。STING激动剂，如环二核苷酸(CDNs)，可以刺激CD8+ T细胞和NK细胞。在许多小鼠癌症模型中，CDN治疗可以减缓肿瘤生长，而且这种作用不依赖于CD8+ T细胞。
促进NK细胞功能的抗体。
PD1, PDL1和CTLA4抑制剂。针对PD1及其配体PDL1或CTLA4的免疫检查点封锁已经在克服T细胞衰竭以恢复抗肿瘤反应方面建立了革命性的突破。
这些治疗引起的免疫改变的特征表明，NK细胞在T细胞定向检查点封锁期间可以辅助支持抗肿瘤反应。尽管PD1/PDL1阻断对NK细胞的直接影响不如对T细胞的直接影响明显，但临床前研究表明，它可以增强ADCC诱导的抗肿瘤功能。此外，ADCC诱导NK细胞产生IFNγ可促进肿瘤细胞表面PDL1的表达，提示在ADCC免疫治疗中添加PD1阻断剂具有协同作用。
KIRs和NKG2A抑制剂。第一种用于刺激NK细胞反应的免疫检查点阻断抗体是KIR抗体，lirilumab (BMS-986015)。Lirilumab是一种全人源IgG4，靶向具有两个免疫球蛋白样结构域的KIRs，特异性抑制KIR2DL1、KIR2DL2和KIR2DL3，并激活KIR2DS1和KIR2DS2。因此，它对HLA-C特异性KIR2D受体家族具有广泛的特异性。有希望的临床前证据支持lirilumab在患者中使用的潜力。另一种NK细胞检查点阻断抗体是monalizumab (IPH2201)，这是一种能阻断NKG2A的人源化IgG4。NKG2A主要存在于实体肿瘤浸润的NK细胞上，而它的配体HLA-E在许多不同类型的肿瘤中也上调，最显著的是在卵巢癌、乳腺癌、非小细胞肺癌(NSCLC)和头颈癌中。
诱导ADCC反应的抗体。NK细胞效应因子功能的一个标志是能够通过CD16杀死ADCC调节的IgG1或IgG3靶细胞。各种人源化单克隆抗体因此出现，利用这种形式的NK细胞的细胞毒性靶向肿瘤抗原在各种癌症。
双特异性和三特异性抗体。双特异性和三特异性抗体，可以同时与NK活化受体和肿瘤抗原结合，在临床前研究和早期临床试验中显示出希望。这些分子被设计成与CD16以及肿瘤细胞和NK细胞上的一个或多个其他靶标结合，使两者接近，同时促进更有效和/或持续的NK细胞介导的细胞毒性。与正常的单克隆抗体不同，这些构建物可以设计成同时结合多种类型的肿瘤抗原或NK受体，并可以与CD16结合的Fv片段而不是Fc，对158V和158F多态性具有更强和同等的结合亲和力，Fc介导的脱靶相互作用更少。类似的系统已经取得了成功，直接T细胞毒性，特别是通过参与CD3，其中一些药物已经获得了FDA的批准。
结论和展望：
经过几十年的研究，了解了NK细胞的基本生物学，该领域最近在开发利用这些细胞治疗癌症的有效免疫疗法方面取得了快速进展。细胞因子和许多其他因子可广泛增强NK细胞的细胞毒性和细胞因子反应，目前正在临床试验中。特别是，IL-15的超级激动剂形式提供了大量的机会来诱导患者NK细胞的激活、增殖和生存。通过阻断免疫检查点受体来降低NK细胞激活阈值的抗体介导的治疗已经得到了很大的发展，并且通过CD16和其他激活受体连接肿瘤表面标记物来促进靶向攻击。过继NK细胞疗法也取得了令人兴奋的进展，在最近的临床试验中证明是安全有效的。虽然这些反应的持久性仍在研究中，但基因操纵为进一步优化NK细胞治疗提供了无限的机会，通过引入CARs、靶向受体和去除抑制分子。这些过当疗法中缺乏严重的细胞因子释放综合征或自身免疫反应，清楚地表明许多抑制和衰竭机制抑制NK细胞损害健康组织，这比T细胞介导的方法具有深远的优势。
事实上，这一领域仍处于起步阶段，开发新的途径进一步增强NK细胞免疫治疗平台的前景是光明的。重要的目标将是提高NK细胞对实体肿瘤的靶向性，并在达到具有强烈免疫抑制作用的TME时增强其激活、溶细胞能力和生存能力。因为它们的激活是由广泛的细胞表面受体安排的，靶向这些受体与肿瘤细胞表面接触的治疗药物是关键。CARs，以及先进的抗体工程和其他多聚受体结合技术，为与肿瘤细胞接触时最优触发NK细胞激活提供了广泛的机会。以NK细胞为中心的联合疗法应该为寻找适当的治疗平衡提供下一波临床进展，以提高其靶向激活，同时有效克服其内在的抑制机制。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41573-022-00413-7
参考文献：
[1] Maskalenko NA, Zhigarev D, Campbell KS. Harnessing natural killer cells for cancer immunotherapy: dispatching the first responders. Nat Rev Drug Discov. 2022 Mar 21. doi: 10.1038/s41573-022-00413-7. Epub ahead of print. PMID: 35314852.
