其他
CAR-NK细胞:使肿瘤大小减少超过 50%,是一种极具前景的免疫细胞疗法
点击上方卡片,关注“细胞王国”
1. NK细胞生物学:
丰富的受体以及免疫自我耐受和免疫监视之间的平衡
自然杀伤 (NK) 细胞是一种特定类型的淋巴细胞,被认为是先天免疫的一部分,占淋巴细胞总数的10%至15%。它们在恶性细胞和病毒感染细胞的免疫监视中起着至关重要的作用[1]。NK 细胞主要通过细胞毒性发挥作用:通过分泌穿孔素/颗粒酶以产生“天然”的细胞毒性诱导细胞凋亡,以及 FasL(Fas 受体的配体,或CD95,肿瘤坏死因子)或TRAIL等因子的表达(TNF相关的凋亡诱导配体),通过激活死亡受体诱导细胞凋亡;还有由 Fc 受体 CD16 (FcγRIII) 介导的抗体依赖性细胞毒性 (ADCC)。
图1. NK 细胞的细胞毒性:激活和抑制之间的平衡
2.同种异体 NK 细胞在单倍体干细胞移植中的抗白血病作用
无论使用何种化疗或放疗方案,许多血液系统恶性肿瘤仅靠化疗和放疗仍是无法治愈的。同种异体造血干细胞移植(HSCT)是当今大量血液癌症的唯一治愈选择。在同种异体HSCT中,主要目标是用同种异体供体的正常造血功能对患者的免疫系统进行代替。供体对受体的免疫系统反应称为移植反应。这种反应,简称 GvL,表示移植物抗白血病/淋巴瘤,能够消除患者体内残留的恶性细胞,并在较长时间内控制血液恶性肿瘤。这种理论上理想的解决方案的主要挫折是严重的副作用:移植物抗宿主病(GVHD)。供体的免疫系统——本质上是同种异体反应性T淋巴细胞——攻击宿主的健康组织(尤其是皮肤、消化道、肝脏和肺,但任何器官都可能受到影响)。为了限制严重 GVHD 的风险,大多数同种异体 HSCT 是由 HLA 相同的供体进行的,因此供体和受体之间的 HLA 需完全匹配。
3. CAR-T 免疫疗法
迄今为止,同种异体 HSCT 是最古老和最常用的抗白血病免疫疗法。然而,它确实构成了一种激进的(接受者的免疫系统被破坏并被捐赠者的免疫系统取代)、非特异性、非靶向免疫疗法,这解释了它的主要毒性——尤其是GVHD风险,在中断细胞移植后数月或数年对患者的免疫系统仍有持续影响。嵌合抗原受体 (CAR) T 细胞的发展以前所未有的方式彻底改变了细胞抗肿瘤免疫疗法[13,14,15,16,17,18,19]。CAR是一种将常规 T 细胞,经过基因工程改造以表达靶向抗原的特定受体。这种嵌合受体由能够特异性识别靶细胞上抗原的免疫球蛋白 (scFy) 的细胞外单链可变片段、跨膜结构域和用于信号传导的细胞内结构域组成,由细胞质 CD3ζ 信号传导组成使 CAR 的激活独立于 pMHC(第一代 CAR)的结构域,其中注入 CD28 或 4-1BB 共刺激结构域以增强机械转导(第二代CAR),或结合两者(第三代 CAR)或与另一个转基因相关的单个共刺激结构域以提高细胞因子的表达,从而促进 CAR-T 细胞效应器能力(第四代)。EMA(欧洲食品与药品监督管理局) 已批准在 R/R DLBCL[20]中使用 axicabtagene ciloleucel 和 tisagenlecleucel,以及在患有B-ALL的年轻成人中使用 tisagenlecleucel。其他自体抗CD19 或抗 BCMA CAR-T 细胞可早期用于成人 ALL、滤泡性 NHL 和骨髓瘤。
4. CAR-NK 细胞免疫疗法
NK 细胞的活性完全独立于抗原和HLA;它们可以从不相关的同种异体 HLA 不相容的供体中获得。供体 NK 细胞和受体肿瘤细胞之间的这种 HLA 不相容性可通过 KIR/KIR 配体错配促进 NK 细胞的抗肿瘤同种异体反应(见第1 节)。有趣的是,与同种异体 T 细胞不同,NK 细胞不会引起任何 GVHD。这种现象的原因尚不完全清楚,但激活剂受体可能是关键。健康的非应激(例如,皮肤、消化道)宿主组织在其表面上不存在应激诱导的配体,从而使它们免受 NK 细胞毒性的影响。在 HLA 不相容的小鼠 HSCT 模型中,供体 NK 细胞甚至通过破坏受体的抗原呈递细胞对 GVHD 发挥保护作用。这种对接受者免疫系统的影响可以促进移植并使同种异体 NK 细胞不易受到免疫排斥的影响。
自体 CAR-T 细胞和同种异体 CAR-NK 细胞的优缺点比较
5. CAR-NK 细胞的来源
同种异体 CAR-NK细胞的一个主要优势是随用随取,这依赖于良好的冻存工艺,随后才有可能从特定的细胞源产生大量的同质批次。
5.1 / NK-92 细胞系
图2. UniCAR-NK-92 对 GD2+ 肿瘤细胞的作用
—
5.2 / 源自脐带的 NK 细胞
脐带血是 NK 细胞的丰富而有趣的来源,因为国际血库有数十万个脐带血 (UCB) 单位可供使用。NK 细胞占脐带淋巴细胞的 15% 至 30%。它们的表型比成人外周血细胞的表型更不成熟,具有非常特殊的特征,包括低 CD16(低 ADCC 能力)、CD56 bright(比细胞毒性更具有增殖能力)、NKG2A+(一种抑制性受体,识别 HLA-E)和低 KIR(功能比其对应物少)[43]。然而,这些限制可以通过使用细胞因子和转染的离体扩增和激活来克服,并且根据笔者的经验,与来自血细胞的 CAR-NK 相比,来自脐带血的 CAR-NK 细胞在流式细胞术中观察到具有相同的激活特征。即使 UCB 中的 NK 细胞或多或少稀少,它们也具有非常重要的增殖能力,并且对细胞因子刺激非常敏感,可以进行离体扩增。由 Tezvani 等人带领的 MD Anderson 团队。最近发表了一项非常令人鼓舞的 I/II 期临床试验,该试验在 11 名患有复发性难治性 B 细胞恶性肿瘤(从非霍奇金淋巴瘤到慢性淋巴细胞白血病)的患者中注射来自新鲜 UCB 的CAR-NK-CD19 细胞(ClinicalTrials.gov ,NCT03056339)(图3)。用研究中使用的三种剂量之一(1×105、1×106或1×107每公斤细胞数)在淋巴清除化疗(氟达拉滨和环磷酰胺)后。值得注意的是,UCB NK 细胞输注后没有注意到不良反应或毒性,特别是CRS 或神经毒性,试验中未达到最大耐受剂量。反应在注射后的第一个月迅速出现,在11名受试者中,有7名患者完全缓解,并在 Richter 转化中恢复到 CLL 状态。尽管如此,重要的是要展示一个事实,即一半的患者在注射 NK 细胞后接受了维持治疗,由来那度胺、利妥昔单抗、维奈托克或 HSCT 组成。在注射后长达 12 个月内检测到 NK 细胞。最有可能的是,在 CAR 结构中添加 IL-15 基因有助于 CAR-NK 细胞的长期持久性,尽管持久性机制尚未阐明。
此外,一个可能且非常重要的技术挫折是直接从新鲜 UCB 生产 CAR-NK 细胞,以及在生产后立即注射,没有任何凝结步骤。事实上,由于从冷冻保存的细胞中选择 NK 细胞的效率低,可能不应该推荐使用来自国际银行的冷冻保存的脐带血来生产 CAR-NK 细胞。根据 MD Anderson 团队的经验,从新鲜脐带血中扩增可能是一种选择——或者更确切地说,建立选定的冷冻保存的 NK 细胞库,这些细胞可以解冻和扩增以进行转导。还应注意的是,CAR-NK 细胞在冷冻保存后活性有所降低,在目前的技术条件下,CAR-NK 细胞应在培养后立即给药。即使 CAR-NK 细胞的具体长期疗效难以评估,并且该工艺在冷冻细胞上的可行性尚待确定,但结果非常有希望[44]。
图3. 来自脐带血的 CAR-NK 细胞:CAR-NK 细胞的结构[45],来自 MD 安德森中心。CAR-NK 细胞是从具有共刺激 CD28 结构域的经典 CD19 CAR 获得的,其中添加了自杀基因和 IL-15 基因
—
5.3 / 来自外周血的 NK 细胞
如前所述,大多数采用过继性 NK 疗法(不包括 CAR-NK 细胞)的研究都使用了来自单倍体相关或不相关供体的细胞,并已在儿童和成人 AML 中显示出抗肿瘤反应[29,46]。然而,缺点是需要从健康的成年志愿者那里收集细胞,这使得该过程比使用 UCB 稍微复杂一些。在细胞因子存在的情况下,一些简单的、符合GMP 的培养条件可以将它们的扩增提高 25-55 倍[49]。如果来自 PB 的 NK 细胞与 CB NK 细胞相比具有高细胞毒性,那么在 CAR-NK 疗法的背景下,供体在 HLA 不相容性方面的选择是否应该有所不同仍有待证明。Leivas 等人的团队描述了一种可以使用和衍生自 PBMC 的方法。[53]。在活化和扩增的 NK 细胞 (NKAE) 和记忆 T 细胞 (CD45RA-T 细胞) 之间选择效应细胞。NK 或 T 细胞在与 NKG2D-4-1BB-CD3z-CAR 载体一起培养后转导,使用在 NK 和 T 细胞上表达的 NKG2D 激活剂受体,以及用于转导的 4-1BB(见上文)。NKG2D 具有特定的配体,包括 MICA、MICB 和 ULBP,它们在应激细胞和许多肿瘤细胞上表达,特别是在多发性骨髓瘤中。在体外,记忆 T 细胞的转导比其 NK 对应物更稳定。然而,CAR-NKAE 细胞在体外对 MM 细胞表现出更强的细胞毒性,同时保护健康细胞免受损伤。此外,在他们的小鼠异种移植骨髓瘤模型中,与 T 细胞相比,CAR-NKAE 细胞表现出高效的细胞毒性和增强的抗骨髓瘤活性。
另一种方法是使用 Cas9/RNP 和腺相关病毒基因递送的 CRISPR 靶向 CAR 基因插入。使用这种技术,产生了具有不同跨膜和信号结构域(CD4/4-1BB+CD3ζ 和 NKG2D/2B4+CD3ζ)的靶向 CD33 的 CAR-NK,并且似乎在原代 NK 细胞中显示出增强的抗 AML 活性 [54]。
5.4 / 源自 iPSC 的 NK 细胞
诱导多能干细胞 (iPSC) 是经过基因重编程成为多能干细胞的分化细胞。成熟分化细胞重编程为 iPSC 的过程包括对细胞进行基因改造,使其表达四种基因:Klf4、C- myc、Oct3/4和Sox2,从而具有与胚胎干细胞相同的特征。因此,分化的成人重编程细胞获得了无限增殖的潜力,并且在加入特定生长因子后可以分化成任何细胞类型,这使得它在许多医学领域都有用武之地——特别是再生医学、细胞疗法或遗传病的模型化。这一发现获得了 2012 年诺贝尔医学奖,授予神户大学(日本)研究员山中伸也[55]。由于它们的永生特性,单个 iPSC 足以生产和生成通用的 CAR-NK“现货”产品。由 iPSC 产生的 NK 细胞具有不成熟的表型,具有低 CD16、高 NKG2A 和低 KIR,具有较差的细胞毒性,但具有非常重要的增殖能力。为了增强它们的细胞毒性并使其持久存在,可以添加用于表达 CD16 和 IL-15 或 IL-2 的基因[56, 57]。FT596 产品是第一个“即用型”、通用和同种异体 CAR NK 细胞产品,源自iPSC技术,并且已经获准在美国用于临床研究[58]。它由针对 NK 细胞优化的抗 CD19 CAR 组成,具有激活剂受体 NKG2D 的跨膜结构域、2B4 共刺激结构域和 CD3ζ 信号传导结构域。添加了两个关键成分:
(i)一种新型、高亲和力、不可切割的 CD16 Fc 受体 (hnCD16),可在没有负调控的情况下实现肿瘤靶向和增强抗体依赖性细胞毒性,并结合靶向治疗性单克隆抗体肿瘤细胞;
(ii)促进细胞因子非依赖性持久性的 IL-15/IL-15 受体融合蛋白 (IL-15RF)(图4)。当与利妥昔单抗(抗CD20)等单克隆抗体联合使用时,FT596的hnCD16 Fc受体与覆盖肿瘤细胞的单克隆抗体的Fc部分结合,激活NK细胞,分泌细胞因子,增强ADCC。IL-15RF 促进 NK 细胞和活化的抗肿瘤 T 细胞的细胞毒性。
ASH 2020 期间的一份通讯报道了一名 76 岁女性在接受八线治疗(包括 ASCT、自体过继 T 细胞治疗和活化的半相合 NK 细胞)后复发难治性 DLBCL 的病例[59]。
图4. 源自iPSC的 FT596 细胞的作用机制
6. 结论
同种异体 CAR-NK 细胞提供了许多有趣的视角,可以解决使用自体 CAR-T 细胞所面临的一些问题。迄今为止,同种异体 NK 细胞面临的主要挫折是它们相对较短的作用持续时间以及缺乏标准化。与 CAR-T 细胞相比,CAR-NK细胞 疗法在很大程度上仍不成熟;截至 2022年5月1日,共有35项试验涉及CAR-NK 细胞(表S1,补充数据) 与临床试验网站上涉及 CAR-T 细胞疗法的 1181 项试验相比,证实了这种创新疗法的数据较少。CAR-NK细胞疗法在抗击癌症方面具有广阔的前景,但仍需更多研究加以论证。
-END-
作者:摩西
审校:倩倩
声明:本文仅作为科普,拒不接受商业用途的转载申请,亦不构成任何建议。
登陆知识星球,获取独家资讯
其他好文
综述|终结天价时代!CAR-NK 细胞,120万CAR-T的替代细胞疗法
CIK单次治疗9.5万,有望决胜120万一针的CAR-T,CAR-CIK横空出世
点击“阅读原文”或扫描上方二维码,登陆知识星球