自然子刊：改造的NK细胞，轻松撂倒新冠病毒
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撰文｜摩西
编辑｜南风
以往我们都在关注NK细胞是如何打击癌细胞的，今天来围观NK细胞的杀毒威力。
NK细胞的概念，在咱公号上也不止一次科普了，它全名叫自然杀伤 (NK) 细胞，是人体先天免疫淋巴细胞，属于免疫系统的“劳动模范”，它不需要总被部门领导盯着查岗抓绩效（无需抗原预敏化或人类白细胞抗原 (HLA )匹配）[1,2]，而且属于遇事不怕事的那种。
再来个视频，加强印象
平时NK细胞兢兢业业，在人体内游走巡逻。见到异常细胞，比如肿瘤细胞和异体细胞，眼疾手快直接把“坏细胞”溶解🫠掉。不仅如此，NK细胞针对某些病毒也是手到擒来。科学人员一直想对它进行基因改造，表达嵌合抗原受体 (CAR) ，进一步提高NK细胞的靶向能力[3]，假以时日，那简直是如虎添翼。
被改造的NK细胞，为了便于“个人IP的打造”，科研人员给它取了个响亮的代号—— “CAR-NK” [4]。科研人员可以随时在外周血和脐带血 (UCB) 中调遣它（原代NK细胞），而且，2006年山中伸弥通过诱导多能干细胞技术可以批量化“克隆”NK细胞了-ips-car-nk，使打造CAR-NK有了新的备选方案[4]。
就在最近《自然通讯》报道的一项将 IL-15 纳入针对 CD19 抗原的UCB-CAR-NK细胞的临床试验中，在铲除淋巴恶性肿瘤[5]方面，改造的NK细胞再次惊艳全场。
咱回过头来继续NK细胞撂倒病毒的话题。由于NK细胞一贯的“为人随和且工作卖力”（先天免疫反应对病毒感染入侵迅速做出反应）的职场素养，使的NK细胞被委以清剿COVID-19的重任。
不过SARS-CoV-2对于NK细胞来说，是个新面孔（内源性NK细胞缺乏对 SARS-CoV-2 的特异性）。SARS-CoV-2 的表面覆盖有糖基化刺突 (S) 蛋白，能迅速打开一些傻白甜细胞家的“大门”，（与宿主细胞受体血管紧张素转换酶 2 (ACE2) 结合，进入宿主细胞内部），不仅鸠占鹊巢，而且吃完拿完临走前，还把人家给拆个七零八碎。
所以科学人员一直考虑，有没有一种办法能阻止SARS-CoV-2进入宿主细胞，其中一个办法就是，靶向S1受体结合结构域的中和抗体，彻底阻断与ACE2的结合来抑制感染[6,7,8,9,10],这也许是条路子。
最近，美国希望之城国家医疗中心、北亚利桑那大学病原体和微生物组研究所等研究人员，将脐带血（UCB）中分离出的NK细胞，使用ACE2的突变体 (m) 胞外结构域和人可溶性 IL-15 (sIL15) 生成了新型CAR-NK 细胞。并且又起了个新名字：“mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞”，看起来好威猛有没有，但有点难记😂。
mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞的产生
为了开发基于CAR-NK细胞的免疫疗法来治疗SARS-CoV-2 感染，研究者用两种逆转录病毒载体的混合物转导和扩增活化的NK细胞，生成了mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞。获取到这类NK细胞涉及繁琐的工艺，小编将其简化掉了，总之外国银的想法总是天马行空。
得到了能干掉SARS-CoV-2的mACE2-CAR_sIL15 的NK 细胞，随即研究进入验证阶段。研究人员将 mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞注入表达人 ACE2 的转基因小鼠中，观察是否可以靶向 S 蛋白并防止体内活的 SARS-CoV-2 和 COVID-19 样疾病的感染。
正如预期的那样，mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞可以特异性结合 SARS-CoV-2 刺突 S1 蛋白亚基和表达针对 SARS-CoV-2 刺突蛋白的毒性颗粒。也就是说改造后的NK细胞是可以“拿捏”新冠病毒的。
d、S1-His 标记的 S1 标记重组蛋白与 VSV-SARS-CoV-2 嵌合病毒颗粒结合的示意图e、流式细胞仪图显示对照 NK 或 mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞与 VSV-SARS-CoV-2 嵌合病毒颗粒结合的效率。f、g流式细胞仪图显示了 mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞与 VSV-SARS-CoV-2 嵌合病毒颗粒结合的 CAR 阴性或 CAR 阳性亚群的效率。
为了证明不是白忙一场，需要将mACE2-CAR_sIL15 NK细胞与未处理的NK细胞的杀毒能力进行对比。研究者在人肺癌细胞系 A549 (A549-刺突) 中表达了刺突蛋白，随后将mACE2-CAR_sIL15 NK和对照NK细胞与 A549 细胞一起培养，以评估效应细胞根除受病毒感染细胞的能力。
经过长期细胞毒性测定、实时细胞分析(RTCA)，发现mACE2 - CAR_sIL15 NK细胞对 A549 刺突细胞的细胞毒性显着高于对照 NK 细胞。总结不同效应/靶 (E/T) 比率下的细胞毒活性表明，与对照NK细胞相比，mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞对A549-spike 细胞的细胞毒性明显更强。
动物模型也显示，在接受mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞的小鼠脑和肺组织中的 SARS-CoV-2 病毒拷贝显着降低。
为了评估mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞的潜在临床适用性，研究者还对mACE2-CAR_sIL15 NK进行冻融（冻存和复苏）循环测试，发现超过80%的细胞表现出功能恢复，细胞活力超过90%。即使在解冻后6小时，mACE2-CAR_sIL15 NK细胞活力仍 >80%。
动物模型也显示，在接受mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞的小鼠脑和肺组织中的
对于没有其他有效治疗方案的高危COVID-19 患者，一种冷冻、现成的同种异体CAR-NK 细胞疗法也许是一个新的选项。而且同种异体 mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞可以冷冻保存、运输，然后储存在任何医疗中心，以便在任何感染 SARS-CoV-2 的高危个体临床恶化的情况发生后的第一时间，解冻和输注。
对于COVID-19 患者，CAR-NK细胞同种异体移植副作用较低[11,12]，当考虑到未来治疗 COVID-19 患者时，冷冻、同种异体现货 mACE2-CAR_sIL15 NK 细胞产品不太可能诱发毒性细胞因子风暴。
看到这，你是否跟小编一样，感叹生命科学的神奇？拆解病毒入侵细胞这种复杂的机制背后，凝聚着科研人员的辛勤汗水。COVID-19 在全球范围内已经刷了快三年的存在感了，beta 和 omicron 不断变异，虽然毒性有所下降，但传染性极强，到目前为止没有收手的迹象。
当下，一些国家已经开始将取自外周血和脐带血中NK细胞，在体外进行诱导扩增，用于免疫保健和预防癌症复发了；在中国，大众对生命科学的认知不断提高，免疫细胞存储也正在推广普及。
相信随着全人类的共同努力下，各种免疫细胞疗法将快速走向临床。
参考文献
1.Su, R. C., Kung, S. K., Gariepy, J., Barber, B. H. & Miller, R. G. NK cells can recognize different forms of class I MHC. J. Immunol. 161, 755–766 (1998).
2.Ljunggren, H. G. & Karre, K. In search of the ‘missing self’: MHC molecules and NK cell recognition. Immunol. Today 11, 237–244 (1990).
3.Ma R. et al. An oncolytic virus expressing IL-15/IL-15Ralpha combined with off-the-shelf EGFR-CAR NK cells targets glioblastoma. Cancer Res. 81, 3635–3648 (2021).
4.Yilmaz, A., Cui, H., Caligiuri, M. A. & Yu, J. Chimeric antigen receptor-engineered natural killer cells for cancer immunotherapy. J. Hematol. Oncol. 13, 168 (2020).
5.Liu, E. et al. Use of CAR-transduced natural killer cells in CD19-positive lymphoid tumors. N. Engl. J. Med. 382, 545–553 (2020).
6.Brouwer, P. J. M. et al. Potent neutralizing antibodies from COVID-19 patients define multiple targets of vulnerability. Science 369, 643–650 (2020).
7.Rogers, T. F. et al. Isolation of potent SARS-CoV-2 neutralizing antibodies and protection from disease in a small animal model. Science 369, 956–963 (2020).
8.Wu, Y. et al. A noncompeting pair of human neutralizing antibodies block COVID-19 virus binding to its receptor ACE2. Science 368, 1274–1278 (2020).
9.Zost, S. J. et al. Potently neutralizing and protective human antibodies against SARS-CoV-2. Nature 584, 443–449 (2020).
10.Alsoussi, W. B. et al. A potently neutralizing antibody protects mice against SARS-CoV-2 infection. J. Immunol. 205, 915–922 (2020).
11.Farag, S. S., Fehniger, T. A., Ruggeri, L., Velardi, A. & Caligiuri, M. A. Natural killer cell receptors: new biology and insights into the graft-versus-leukemia effect. Blood 100, 1935–1947 (2002).
12.Ruggeri, L. et al. Effectiveness of donor natural killer cell alloreactivity in mismatched hematopoietic transplants. Science 295, 2097–2100 (2002).
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