肿瘤免疫之NK细胞篇 —— 抗体药物 or 细胞治疗？

吴楚扶耒专业号 | 2016-9-30

今年一月份，位于法国马赛的Innate Pharma公司和Sanofi签订了总额达4.5亿美元的合作协议，用于开发靶向NK细胞治疗肿瘤的双特异性抗体，其中靶向NK细胞靶点为NKp46。在此之前的2015年7月，NantKwest成功登陆纳斯达克，这个以NK细胞免疫治疗为核心技术平台的公司，上市首日暴涨39%，市值当日高达27亿美元。更让人羡慕嫉妒很的是，这个公司只有11名员工，当时人均价值超过两亿美元。

NK细胞简述

在人体内NK细胞主要特征为CD3-CD56 淋巴细胞群，其中血液中主要为CD16 CD56dim亚型。NK细胞作为天然免疫系统的重要组成部分，在清除衰老细胞、病原微生物入侵时发挥着重要作用。由于NK细胞不同于T细胞和B细胞，缺少更多的基因重排过程。因此NK细胞不像T细胞一样通过特异性TCR识别靶细胞，而是通过胚系基因表达的受体识别靶细胞。为了避免对健康组织细胞造成误伤，NK细胞通过表达KIRs (immunoglobulin(Ig)-like receptors)、CD94–NKG2和MHCI-peptide结合来负调控活性。当NK细胞识别MHC所呈递peptide为自身抗原肽时，启动抑制信号，阻止NK对自身健康细胞的杀伤(图1-a)。一旦肿瘤细胞或其他损伤的细胞为逃逸获得性免疫追杀而下调MHC消除抑制信号，NK细胞恰好可以通过某些激活信号杀伤靶细胞(missing self) (图1-b)。即使存在抑制信号，NK细胞也可以通过启动强激活信号通路，来激活NK细胞杀伤靶细胞(图1-c)。NK细胞直接通过肿瘤细胞表面富集的IgG抗体启动ADCC功能，直接杀伤肿瘤细胞，ADCC也是NK细胞杀伤靶细胞的主要方式(图1-d)。

图1 NK细胞主要功能

由于和T细胞具有不同的机制，在肿瘤细胞试图通过下调MHCI复合物逃脱T细胞监控时，恰好就落入NK细胞的火力范围。当然，NK细胞也可以通过分泌细胞因子直接发挥抗肿瘤作用，或调动树突细胞、巨噬细胞和T细胞等免疫细胞共同参与到清除肿瘤细胞的过程。

鉴于NK细胞自身的作用机制，在肿瘤免疫治疗中，主要通过以下策略来促使NK细胞发挥最大的作用：1、免疫检查点抑制剂，解除NK细胞的抑制信号；2、激活NK细胞活性功能；3、靶向抗体治疗，通过ADCC来清除肿瘤细胞；4、细胞治疗。

为方便后文的理解，我们先浏览一下NK细胞主要配体和受体以及主要作用机理(表1 所示)。

一、NK细胞——免疫检查点抗体

早在2002年，一个意大利科学小组发现，在进行骨髓移植治疗急性骨髓淋巴瘤病人时，KIR-MHCI不配对病人组，五年无复发存活率为100%。但是在KIR-MHCI相匹配病人组中这一数据仅为25%。第一次在人体临床中证实了NK细胞对治疗肿瘤的重要作用。同时也让科学家想到，抑制KIR-MHCI的结合可能会对肿瘤有良好的治疗效果。

鉴于此，Innate Pharma成了最早吃螃蟹的人，并在2007年开始使用KIR抗体治疗恶性血液癌。在2011年以总计4.4亿美元的高价将anti-KIR单抗 (lirilumab)授权给了BMS做后期临床开发，随后BMS放手一搏，围绕lirilumab同时开展了七个临床试验(附表2)。然而在单独使用lirilumab治疗多发性骨髓瘤的二期临床试验中，并没有达到预期的效果。尽管如此，BMS仍然义无反顾的推进联合使用的临床试验，确信在联合使用中会收到更佳的疗效。不久之后，Innate Pharma更以高达12.7亿美元的总价把靶向CD94/NKG2A的Monalizumab单抗转让给了阿斯利康，阿斯利康也不甘示弱，围绕Monalizumab同时开启了5项临床试验(附表3)。除NK细胞本身特异性受体外，还表达有其同T细胞共有的checkpoint inhibitors (图2)，包括现在最火热的PD-1抗体。

图2 Checkpoint inhibitors of NK cell

二、直接激活NK细胞功能

在肿瘤免疫中，最直接方案是直接激活NK细胞杀伤肿瘤细胞，其中NKG2D、NCR、CD226和CD16为最常见激活NK细胞受体。

NCRs发现于上世纪九十年代，包括NKp30、NKp44、NKp46三种受体，在肿瘤细胞和健康组织中都有表达。其中NKp44仅在NK细胞被激活后才会表达，起到进一步放大信号的作用。

NKG2D广泛表达与NK细胞和CD8 T细胞，研究的也比较深入。NKL2D配体(NKG2DL)在健康组织细胞上几乎不表达，但是在快速复制的细胞，肿瘤细胞，以及被病毒细菌侵染细胞及其他变形老化细胞会表达并展示在细胞表面。肿瘤细胞表面的NKL2DL可以激活NK细胞，甚至使MHCI/KIR抑制信号失效。但是在肿瘤组织中，肿瘤细胞可以通过释放可溶性的NKL2DL中和NKL2D，帮助肿瘤逃脱NK细胞的监控。

在人体中CD16a主要在CD56 dim亚型NK细胞表达。前面讲述过，NK细胞主要通过ADCC来清除肿瘤细胞，ADCC发动的机理则主要依赖抗体Fc和NK细胞表面的CD16a的结合。ADCC已成为抗体治疗肿瘤领域的主要作用机制，其中trastuzumab (anti-HER2)、cetuximab (anti-EGFR)或者rituximab (anti- CD20)就是典型的ADCC依赖型抗体。

在肿瘤组织中NK细胞的激活受体，会受到多种影响，为了进一步提高NK细胞对肿瘤细胞的特异性靶向杀伤，双特异性抗体成为优选策略。本文开始提到的Innate pharma和Sanofi合作的双特异性抗体就是其中之一，针对NK细胞靶点为NKp46。此外专注于双特异性抗体研发的Affimed公司也聚焦于NK细胞的抗肿瘤应用，其中用于治疗霍奇森淋巴瘤的AFM13主要通过同时靶向CD30×CD16a来聚集NK杀伤肿瘤细胞。

除此之外，还有诸多细胞因子参与激活NK细胞和促进NK细胞向肿瘤部位的迁移(图3)最为关注的为IL-15，在一项非霍奇金氏淋巴瘤中研究中发现血液中高浓度的IL-15可以有效提高患者的存活率。在NK细胞体外培养中IL-15是诱导NK细胞扩增的主要因子。

三、NK cell therapy

在CAR-T疗法引起千军万马共闯独木桥时，NK细胞疗法也高调进入肿瘤免疫治疗领域。最重要的是在实体瘤领域NK特有的ADCC功能也将带了巨大的想象空间。下面以NantKwest为例介绍NK细胞治疗的发展原理及策略。

NantKwest，成立于2002年，总部在美国加州，原名Conkwest，上市前改为现名NantKwest，目前该公司在NK细胞治疗方面拥有三大技术平台——aNK、haNK和taNK。

1、ActivatedNaturalKiller"Off-The-Shelf" Cell: TheaNK Cell (图4-a)

TheaNK Cell是NantKwest的当家平台，也是haNK和taNK的基础。aNK直接敲除掉KIR，经此改造后的aNK Cell，犹如多了一层防护罩，即使进入肿瘤浸润区域，也会轻松躲避肿瘤的抑制信号，保持满满的能量去消灭肿瘤细胞。由于NK细胞本身不分泌促炎症因子，因此在在这一点上，至少安全性已经超过了诸多CAR-T。当然了现在CAR-T也开始朝着这方向在发展，但是CART的安全性一直备受争议，尤其在JUNO临床试验中因神经毒性出现致命案例之后，在未来的CART中是否必须敲除抑制信号，可能需要谨慎考虑。

2、Antibody Mediated Cell Killingbyhigh-affinityNaturalKiller cells:HaNK (图4-b)

为了扩大aNK的应用范围，更好的发挥ADCC作用，通用型HaNK应运而生。我们熟悉的重磅单抗药物——赫赛汀、美罗华都依靠ADCC发挥作用。如果把抗体比作士兵，那么NK细胞就是武器，没有趁手的武器，赤手空拳的士兵很难在同肿瘤对抗中获胜。haNK cell通过改造表达的CD16，直接提升了对Fc的亲和力，也就是为赫赛汀、美罗华类的抗体打造了趁手武器。到这看明白了把，haNK cell可是通用技术，是武器，NantKwest就是军火商，不管在哪个肿瘤战场上，都要消耗武器弹药吧。相同的haNK cell配合已上市的不同抗体药物，联合使用，就可以治疗不同的疾病。所以未来当赫赛汀、美罗华投入战场时，医生就会建议你，要开战了，先去NantKwest买点军火吧。

3、Target-ActivatedNaturalKillerCell:taNK (图4-c)

在前两个技术基础上的终极产品——TANK——一种CAR-NK细胞，完全类似Car-t的嵌合抗原受体(CAR)技术。通过嵌合在NK表面的肿瘤特异性抗体，识别并摧毁肿瘤细胞，二者完全是一个理论。不过在敲除了KIR和提高了CD16亲和力后有了，减少了肿瘤对NK细胞的反向抑制作用，同时和可以和其他单抗药物联合使用，这大大提高了Tank的作用和使用范围。

千颂伊曰：

围绕NK细胞打造的肿瘤免疫治疗策略和T细胞有诸多类似之处(附录表3，NK细胞相关药物临床进展)，但是二者分别属于先天免疫和获得性免疫系统，作用机制又有本质区别。在依赖T细胞治疗过程中，最常见的风险是细胞因子风暴以及神经毒性，前者比较明确，主要是IL6和IL17等促炎症因子引起，但神经毒性的诱因仍备受争议。理论上来说，NK细胞可以避免这些问题，不过作为非特异性的杀伤细胞，为了维持NK在体内正常功能，会受到更多的负调控作用，因此在如何有效激活NK细胞似乎是目前更为关注的问题。从目前已经进行的针对NK细胞的临床结果来看，单靶点药物效果有限，联合用药是必然的选择。当然作为一个完整的免疫系统，如何能更有效地调节NK、T甚至巨噬细胞的互动，使先天免疫和获得性免疫可以有效联合才是最终目的。

另，NantKwest上市后并没有继续高歌猛进，反而一路下跌至总市值不足十亿美元，这也许在某种程度上反映了大家对NK细胞治疗的谨慎态度。作为后来者，NK在出现的同时就极力避免CAR-T表现出的副作用，但是能否从CAR-T围剿中脱颖而出，千颂伊持谨慎支持态度。当然，对于错过了轰轰烈烈的CAR-T追逐后的玩家，NK细胞疗法绝对是一个不错的上车的机会，毕竟二者有太多类似之处。在度过了对CAR-T疯狂的迷信之后，更多的视角开始关注CAR-T研究中不断暴露的问题，因祸得福的是各种完善策略也迅速出现，使得NK之前期望的各种优势，也慢慢变得平衡。然而NK细胞治疗仍似带着面纱的少女，面纱的背后是美女还是“恐龙”，仍需更多的临床实验来验证，当然了作为有勇气的“王子”还是应该先把少女抱走不是吗？如果是“恐龙”，再换一个就是了，哈哈哈哈哈哈~~~~~~

参考文献：

1、Nat RevDrug Discov.2015Jul;14(7):487-98

2、Front Immunol.2016 Apr 21;7:152.

3、Nat RevCancer.2016Jan;16(1):7-19

4、价值27亿美元的NK细胞治疗公司NantKwest，真的完爆CAR-T？

附录：