NK细胞控制转移，肿瘤的免疫治疗之道
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前言 /
大多数转移性肿瘤仍无法治愈，科学工作者们正齐心协力开发能够控制肿瘤转移的疗法。在过去的几十年里，免疫疗法的发展，彻底改变了肿瘤的治疗范式。
目录
肿瘤的转移 NK细胞高度参与转移的免疫监视 肿瘤转移如何逃避免疫监视 利用NK细胞控制肿瘤转移
结论和未来方向
免疫细胞是调控肿瘤发展的重要参与者，影响不同阶段的肿瘤命运和治疗干预。其中自然杀伤 (NK) 细胞在肿瘤免疫监视和抗肿瘤免疫中发挥重要的识别和杀伤肿瘤细胞的作用。目前，基于自然杀伤细胞的肿瘤免疫治疗是肿瘤学的热门话题，引起了科学界和制药行业的极大兴趣。因此，有许多研究正在评估NK细胞的治疗价值。
由于NK细胞在消除转移性肿瘤方面发挥更重要的作用，本文将重点关注NK细胞与转移性肿瘤细胞的相互作用、NK 细胞在转移控制中的突出作用，以及转移性肿瘤细胞对NK细胞介导的免疫监视的逃避。了解肿瘤细胞对NK细胞的耐药性，特别是循环肿瘤细胞 (CTC) 与 NK细胞的特异性相互作用，可能会为如何利用NK细胞的能力来最大化其抗肿瘤潜力提供重要线索，并可能为转移性肿瘤开发新的治疗策略铺平道路。
肿瘤的转移
当肿瘤细胞具备侵入性特征和逃避免疫监视的能力时，就会发生转移，这是肿瘤最严重的阶段。为了使肿瘤细胞成功生长到远处的转移部位，需要克服几个关键步骤和障碍。最终，只有极少数CTC（循环肿瘤细胞）存活下来并成为转移的种子。在转移的肿瘤外在因素中，抗肿瘤免疫是CTC和DTC（播散性肿瘤细胞）转移定植的主要障碍。多克隆CTC，具有更高的转移潜能，因为它们与NK细胞激活配体的表达水平降低有关，而NK细胞激活配体对 NK细胞的杀伤表现出更高的抵抗力。
传统上，转移被认为发生在肿瘤进展的后期阶段。然而，越来越多的证据也表明在早期肿瘤形成过程中会发生转移性肿瘤细胞传播。转移中涉及 NK细胞的转移级联和免疫监视（如图1所示）。
△ 图1。转移级联和免疫监视。原发性肿瘤细胞在营养、基质和免疫微环境中的肿瘤细胞外在因素中经历上皮-间质转化 (EMT)，这些微环境具有明显的转移潜能。
NK细胞高度参与肿瘤转移的免疫监视
NK细胞是构成先天免疫系统关键的效应细胞，占循环淋巴细胞的5-20%。NK 细胞具有区分正常细胞和转化细胞的独特能力，它们可以识别恶性细胞并迅速作用于恶性细胞，而无需事先致敏。它们拥有各种激活和抑制受体，其功能结果是这些激活和抑制受体之间信号的复杂整合。这些抑制性受体，例如杀伤细胞免疫球蛋白受体 (KIR) 的抑制性亚型和 CD94/NKG2A 异二聚体，可识别各种形式的 MHC-I 分子。因此，肿瘤细胞上表达水平的降低或MHC-I分子的缺失会降低传递给NK细胞的抑制信号的强度，从而促进NK细胞的活化。
NK细胞的激活也是由激活受体的参与引起的，例如 KIR 的激活亚型、信号淋巴细胞激活分子相关受体NKG2D、DNAX 辅助分子-1 (DNAM-1) 和天然细胞毒性受体NKp30、NKp44和NKp46，它们识别肿瘤细胞上几乎不在健康细胞中表达的应激诱导配体。因此，NK 细胞具有公认的抗肿瘤作用。事实上，一项流行病学研究表明，NK细胞功能降低与人类肿瘤发病率增加有关。
△ 男性和女性外周血淋巴细胞细胞毒活性累积与癌症发病率
参考资料
Imai, K.; Matsuyama, S.; Miyake, S.; Suga, K.; Nakachi, K. Natural cytotoxic activity of peripheral-blood lymphocytes and cancer incidence: An 11-year follow-up study of a general population. Lancet 2000, 356, 1795–1799.
当NK细胞识别异常细胞（如肿瘤细胞）时，它们会被激活并将特定的裂解颗粒（如穿孔素和颗粒酶）转运至免疫突触，以诱导靶细胞凋亡。穿孔素对于控制肿瘤转移至关重要。NK细胞与靶细胞形成多重接触，并能以时间依赖的方式依次杀死多个肿瘤细胞。有趣的是，在一次接触中，NK细胞仅释放其细胞毒性裂解颗粒的十分之一，但已确定即使是单个颗粒也足以诱导肿瘤细胞死亡。NK细胞已被证明从诱导快速颗粒酶B介导的细胞死亡转变为在后期由受体配体介导的缓慢死亡，并且可以连续杀死多达30多个肿瘤细胞。
△ 在与原代 NK 细胞共培养时被杀死的靶细胞中的细胞死亡形态、GrzB 和 Casp8 活性。
参考资料
Prager, I.; Liesche, C.; van Ooijen, H.; Urlaub, D.; Verron, Q.; Sandström, N.; Fasbender, F.; Claus, M.; Eils, R.; Beaudouin, J.; et al. NK cells switch from granzyme B to death receptor-mediated cytotoxicity during serial killing. J. Exp. Med. 2019, 216, 2113–2127.
尽管NK细胞在控制原发性肿瘤中的作用仍存在争议，但其强大的体内抗转移作用已在各种实验模型中得到证实。肿瘤干细胞 (TSC)和EMT转分化细胞被认为是肿瘤转移的原因。同时，NK细胞可以靶向TSC和EMT。在人类肿瘤中，越来越多的证据表明浸润性NK细胞的数量、转移和各种肿瘤的预后之间存在相关性，例如食管肿瘤 (ET) 、胃癌 (GC)、胃肠道肉瘤肿瘤、肾细胞癌 (RCC) 、结直肠癌 (CRC) 和前列腺肿瘤 (PT-1)。此外，高效NK细胞的存在表明转移性PT-1的预后良好。
总体而言，NK细胞数量的增加对肿瘤患者的生存非常有益。然而，重要的是，CTC被认为是肿瘤患者转移风险增加和预后较差的指标。特别是，NK细胞存在于血液和淋巴结中，可能参与CTC的免疫监视。在实验模型中，NK细胞在外渗前破坏CTC，从而抑制肿瘤转移。因此，短时间内NK细胞数量的增加与CTC数量的减少相关。
事实上，NK细胞被发现可以在到达后24小时内从肺部清除播散的肿瘤细胞，但此后就不会。此外，来自CTC阳性患者的NK细胞的细胞毒性低于来自转移性乳腺肿瘤 (BT)、CRC 和PT-1的CTC阴性患者，表明外周血CTC数量与NK细胞抗肿瘤活性密切相关。因此，循环NK细胞活性降低与咽癌患者转移风险增加相关。此外，NK细胞活性降低是预测CRC 根治性手术后远处转移的一个参数。
综上所述，这些结果表明NK细胞可消除CTC，并在控制转移中发挥重要作用。
肿瘤转移如何逃避免疫监视
免疫系统在肿瘤进展的每个步骤中都起着重要作用。肿瘤细胞逃避免疫监视是转移的先决条件。由于NK细胞高度参与转移中的免疫监视，因此，为了成功转移，肿瘤细胞必须逃避NK细胞介导的免疫监视是合理的。事实上，已经描述了NK细胞介导的肿瘤细胞逃逸的几种机制。这些机制涉及肿瘤细胞内在特征和肿瘤驱动的外在微环境因素（图2)。
△ 图2。循环肿瘤细胞 (CTC) 在转移过程中逃避 NK 细胞的监视。为了成功转移，肿瘤细胞必须逃避 NK 细胞介导的免疫监视。肿瘤细胞有几种策略，涉及肿瘤细胞内在特征和肿瘤驱动的外在微环境因素，以破坏它们被 NK 细胞识别和消除。
总之，已有很多研究结果说明了NK细胞免疫监视在转移中造成的障碍（图2）。对导致不同肿瘤中NK细胞功能障碍的不同机制的表征，可能为通过利用NK细胞控制转移来开发新的治疗策略铺平道路。
利用NK细胞控制肿瘤转移
肿瘤免疫治疗的突破来自ICI和 CAR-T细胞疗法的临床成功，证明这些疗法对肿瘤患者具有巨大前景。基于NK细胞的肿瘤治疗目前构成了免疫治疗创新的一个主要领域，并且呈指数增长。为了治愈肿瘤，释放NK细胞的全部抗肿瘤潜力是一个有吸引力的选择（图3），因为NK细胞在消除转移方面发挥着更重要的作用。
△ 图3. 利用NK细胞控制转移的策略。每种治疗策略都单独或联合评估，甚至与其他策略（包括标准治疗）联合评估。
△ 表1. 基于NK细胞的肿瘤治疗的部分临床试验。数据来源 ClinicalTrials.gov
基于细胞因子的治疗
细胞因子赋予NK细胞增强的抗肿瘤免疫效应功能，并增强其在体内的持久性（图3）。IL-2 和IL-15是上调NK细胞活性的关键细胞因子。IL-2是第一个用于肿瘤治疗的细胞因子，也是食品和药物管理局 (FDA) 批准的第一个可重复且有效的人类肿瘤免疫疗法。通过大剂量 IL-2治疗可改善转移性RCC和黑色素瘤患者的生存。然而，它会引起危及生命的毒性，包括血管渗漏综合征。
在过去的几十年中，IL-15已成为IL-2的有前途的替代品。在转移性恶性黑色素瘤和转移性RCC患者中进行的第一项IL-15人体I期临床试验中，观察到过度增殖和循环NK细胞数量增加。尽管初步抗肿瘤评估未显示客观反应，但两名患者显示肺转移已清除。现在正在研究激活NK细胞而不刺激Treg的其他细胞因子，例如 IL-12、IL-18 和 IL-21。然而，在转移治疗中基于细胞因子的NK细胞激活策略仍有待确定。
过继性NK细胞疗法
NK细胞全身激活的另一种方法是将激活的NK细胞直接输入患者体内，称为过继转移。目前已有多项多种来源的治疗性NK 细胞正在进行临床测试，包括自体NK细胞、同种异体NK细胞、脐带血 (UCB) NK细胞、NK细胞系、细胞因子诱导的记忆样 (CIML) NK 细胞和 CAR-NK细胞。
作为一种治疗方式，患者自身NK细胞的过继转移（自体转移）能够在重新给药之前进行离体刺激和扩增。在转移性肿瘤患者中过继转移扩增的自体NK细胞的初步临床结果表明，这种治疗策略耐受性良好，但临床反应有限。人们认为，自体NK细胞疗法的失败可能部分归因于抑制性KIR无法识别肿瘤细胞上的自身MHC I。
因此，已经在患有各种肿瘤的患者中检查了用于治疗的“外来”NK细胞（同种异体NK 细胞）的过继转移。来自健康供体细胞的同种异体NK细胞是有利的，因为它们具有更高的抗肿瘤活性潜力。在过继转移同种异体 KIR 配体错配的供体 NK 细胞后，AML 患者已观察到完全缓解和无病生存。然而，在过继性同种异体NK 细胞疗法的研究中，转移性肿瘤患者的临床反应有限。为了扩大同种异体 NK 细胞的治疗用途，考虑使用（脐带血）UCB。NK细胞占脐带血淋巴细胞的30%，是治疗性NK细胞的重要来源。UCB NK细胞的疗效目前正在临床试验中进行评估。
NK细胞具有先天记忆，也就是说，它们可以记住先前的激活事件，因此在再次刺激时反应更强烈。NK细胞记忆已在IL-12、IL-15和IL-18预激活的组合细胞因子后被确定。CIML NK 细胞被证明具有不同于传统 NK 细胞的表型。它们改善了效应器功能并诱导AML患者缓解 。
随着CAR-T 细胞疗法取得临床成功，CAR-NK细胞的使用代表了一种有前途的免疫治疗策略，并且CAR-NK细胞可能显示出比 CAR-T细胞更大的优势，例如无细胞因子风暴等副作用。在这方面，最近表明CAR-NK细胞不会在淋巴肿瘤患者中引起任何严重的细胞因子风暴。在小鼠模型中，CAR-NK细胞疗法通过靶向ERbB2/HER2 减少了RCC的肺转移，表明其在控制疾病传播方面的潜力。
△ 在癌症治疗中的NK细胞与T细胞相比的优缺点
参考资料
Bald, T.; Krummel, M.F.; Smyth, M.J.; Barry, K.C. The NK cell-cancer cycle: Advances and new challenges in NK cell-based immunotherapies. Nat. Immunol. 2020, 21, 835–847.
结论和未来方向
通过恢复针对肿瘤细胞的免疫反应进行的肿瘤免疫治疗，改变了肿瘤治疗的模式。然而，肿瘤细胞的转移扩散仍然是肿瘤相关死亡的主要原因。NK细胞是先天性免疫细胞，可以不受抗原限制地直接快速杀死肿瘤细胞，并且在转移中对免疫监视高度负责。因此，肿瘤细胞必须逃避NK细胞介导的免疫监视才能成功转移。因此，有望利用NK细胞预防或治疗肿瘤转移。
NK细胞疗法主要用于辅助治疗，例如手术后和干细胞移植后针对微小残留病。具体而言，NK细胞可能最有效地靶向CTC，因为它们的功能似乎很少受到肿瘤微环境屏障的影响 。正在进行临床试验以评估NK细胞免疫疗法的疗效，包括标准治疗，例如mAb疗法和放化疗，具有令人鼓舞的临床结果。此外，最近的数据表明，分子靶向药物和放疗能够在肿瘤细胞中诱导衰老，引发NK细胞介导的免疫监视，促进肿瘤消退，表明NK细胞可能成为未来抗肿瘤多模式策略的关键参与者。
应进行进一步的研究，以充分了解NK细胞的抗肿瘤和抗转移特性，特别是转移级联NK细胞何时和在哪些步骤起作用，以及需要多少次NK细胞免疫治疗，这将成为预防或治疗肿瘤转移的新治疗策略。
参考资料：doi.org/10.3390/vaccines1012018
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