【行研】肿瘤免疫治疗新利器CAR-NK技术研发进展

近年来，CAR-T疗法的成功让人们看到免疫治疗的巨大潜力，也成为人类攻克癌症历史上的重要里程碑。但目前CAR-T疗法主要仅针对血液肿瘤且容易引发细胞因子风暴，这也促使科研人员开发更有效的细胞疗法，CAR-NK的问世就被视为免疫治疗的新一代利器。

所谓CAR-NK细胞治疗，是通过基因工程技术将CAR表达于NK细胞表面，赋予和增强NK细胞对肿瘤的靶向杀伤功能。NK细胞属于固有淋巴细胞家族，存在于人外周血、骨髓和组织器官中，可以通过T细胞受体（TCR）和相关CD3分子的缺失，以及神经细胞黏附分子（也称为CD56）的表达所鉴定。值得庆幸地是，异体来源NK细胞不表达个体特异性TCR，不同于T细胞通过TCR特异性识别MHC—抗原肽复合物产生活化信号进而激活的方式，NK细胞发挥杀伤靶细胞的作用无须抗原刺激、抗原提呈且无自体MHC限制性，在临床治疗中出现移植物抗宿主病的风险远低于异体T细胞治疗，但需要保证充分去除T细胞。另外，基于NK细胞的“自我缺失”识别模式，无论是单独输注还是联合造血干细胞移植，与受者KIR基因不相合的供者NK细胞抗肿瘤作用更强，更适宜被开发为通用型免疫细胞治疗产品，有利于大规模产业化应用。

科学家之所以用NK细胞替代T细胞，与NK细胞的特点密不可分。首先，NK细胞是免疫系统第一道防线，一旦发现抗原异情，能直接检测并启动免疫系统摧毁恶性细胞，而不必被激活或训练才对癌细胞作出反应。所以相比T细胞，NK细胞不需抗原呈递，起效更快。此外，NK细胞具有更广谱的抗肿瘤作用：正常情况下，NK细胞表面抑制性受体与同一个正常细胞表达的MHC I类分子结合传递抑制性信号，抑制NK细胞功能，避免其对于正常细胞的杀伤。病理情况下（如肿瘤细胞或者被感染的细胞），它们会下调或者异常表达MHC I类分子，NK细胞的抑制性受体无法识别到MHC I类分子，不能传递抑制性信号，所以NK细胞的杀伤能力不再受到抑制，此时NK细胞就会因为接收到活化性信号而被激活，随后对发生病理改变的细胞进行杀伤；而且NK细胞对人白细胞抗原HLA包容性更强，来源于自体或异体的NK细胞不用与患者免疫匹配，临床应用更方便。

虽然NK细胞相比T细胞有诸多优势，但其自身劣势也成为发展该技术的瓶颈。比如来源单个供体的NK细胞数量往往不足以开展治疗，通常需要2-3周来培养，所以供体细胞数量的可用性就是一大障碍。目前主要通过分选NK细胞后，通过IL-12, IL-15, IL-18激活NK细胞，获得NK细胞数量为~107/kg，但CD56+/CD3-细胞产率（>90%）明显增高；另外一种扩增方法的主要机制为不同表型膜结合型蛋白人源白血病K562细胞构建成的工程细胞，通过共培养方式扩增外周血中的NK细胞，可获得足够的NK细胞数量。而且目前的CARs是针对CAR-T细胞进行设计的，，虽然活化T细胞的CAR结构经研究证实也能激活NK细胞，但是并不是NK细胞活化的最主要通路，因此非应用于NK细胞的最佳选择。其次，外周血NK细胞的使用受到限制，因为原代NK细胞通常很难进行基因修饰；若使用病毒载体，又较难达到较高的感染效率。另外过继转移的同种异体NK细胞只能存活几周，CAR-NK细胞在体内缺乏外源性细胞因子支持的情况下存活时间短，虽然提高了安全性，但是也在一定程度上限制了其有效性。再者，NK细胞对冻融过程敏感，解冻后NK细胞的存活率和细胞毒性显著降低。上述问题都需要大量更深入的临床研究，以推动CAR-NK疗法真正走向大规模临床使用。

为了增强CAR-NK细胞的安全性和有效性，科研人员尝试了多种途径。在改进CAR结构方面，利用多种共刺激元件产生更高效的抗肿瘤反应，包括来自免疫球蛋白超家族(CD28、ICOS)、TNF受体超家族(4-1BB、CD27、OX40和CD40)的结构域和其他包括CD40L和toll样受体(TLR)。而且从最初基于参与T细胞激活的共刺激结构域，升级为主要借助DAP10、DAP12和2B4等细胞内信号接头蛋白与上游各自受体结合后介导NK细胞活化。不仅如此，第四代的“武装CAR”结构还能进行其他改造，如自分泌细胞因子，赋予CAR额外的特殊性能（图1）。

图1. CAR-NK细胞结构设计升级换代   来源：International Journal of Hematology

为针对性解决过继性NK细胞寿命短、免疫细胞衰竭的问题，科研人员还想方设法通过调节NK细胞负调节因子以增强体内抗肿瘤作用。例如增加异体表达趋化因子受体能增强NK转运和浸润到肿瘤组织中；负调节因子的遗传破坏能避免NK细胞功能衰竭；中和scFvs能阻断GM-CSF通路，降低CAR-NK副作用；使用Il-12/15/18预处理细胞因子，诱导记忆样NK细胞的形成；从表面和细胞内敲除分子调节NK细胞等，上述措施统称为新一代多重基因工程策略(图2)。

图2.新一代 CAR-NK免疫疗法多重基因工程策略   来源：International Journal of Hematology

目前全球对CAR-NK细胞用于肿瘤免疫治疗的技术都具有浓厚兴趣，国内及国际正在进行诸多临床试验。据Clinicaltrials.gov官网显示，全球共开展41项CAR-NK临床试验，大部分处于临床一期、二期阶段（表1）。从靶点来看，与CAR-T产品类似，多数CAR-NK 产品靶向的是常见的恶性血液肿瘤靶点，如CD19、CD22、BCMA、CD33 等，还有一些CAR-NK产品靶向的是实体瘤相关抗原，如PSMA、MSLN、ROBO1、NKG2D等。2022年10月，作为A股首家细胞治疗公司——恒润达生发布了招股书，其中披露了两款自主研发的CAR-NK管线产品，即HR012(靶向BCMA,治疗复发/难治性多发性骨髓瘤)以及HR018(靶向CD276,治疗晚期实体肿瘤)，分别预计2024年和2025年提交IND，这表明国内细胞治疗也处于国际领先水平。

表1.全球在研CAR-NK管线

来源：Clinicaltrials.gov官网

CAR-NK作为NK细胞的加强版，有望为肿瘤治疗带来新的突破。期待全球能涌现更多创新研发企业和项目，让新一代CAR-NK免疫细胞疗法尽早上市。

参考链接：

1.ClinicalTrial.gov官网

2.Alexander Biederstädt,Katayoun Rezvani.Engineering the next generation of CAR‑NK immunotherapies.International Journal of Hematology.13 August 2021

3.http://www.globecancer.com/wap/index.php?itemid=14984&moduleid=26

4.https://www.cn-healthcare.com/articlewm/20220420/content-1341838.html

5.http://www.globecancer.com/azzx/show.php?itemid=14924