CAR-NK细胞免疫疗法, CAR-NK细胞免疫治疗有望成为癌症治疗的新希望
近日来的新冠病毒肆虐让整个中国陷入一场“战疫”之中，而我们人体就像是这场“战疫”的缩影。面对病毒或癌细胞的攻击，我们的社会也启动了“免疫反应”。成千上万的逆行者从各地奔赴湖北对抗疫情，其中的主力军就是的医护人员。如果用一种免疫细胞来形容医护人员的话，很容易会想到人体内先天性免疫系统的自然杀伤细胞(NK细胞)。
人体内冲锋陷阵斗士——NK细胞
NK细胞是人体第三类淋巴细胞，又被誉为天然免疫的核心细胞，约占淋巴细胞循环数的5%~15%，是对抗癌细胞的天生战士。其表面缺少T细胞和B细胞的特异性标志如TCR和Smlg，曾称为裸细胞。NK细胞最厉害的地方是，不需要抗原递呈过程，不用别人通风报信，就可以直接、快速将外来异物(病毒细菌感染细胞、癌细胞、衰老细胞等)就地正法。
在面对癌细胞时，NK细胞不需要其他细胞的激活与刺激，便能直接识别并杀死癌细胞，因此，也被称为人体抗癌第一道防线。
图为自然杀伤细胞(黄色)攻击肿瘤细胞(来源EYE OF SCIENCE)
给NK细胞装上“弹头”，CAR-NK杀伤力倍增
嵌合抗原受体修饰的T细胞(CAR-T)在白血病研究中取得了重大突破，为血液肿瘤患者带来了新的希望。但是伴随着对血液肿瘤显著疗效的同时，CAR-T治疗也存在着一些问题，比如脱靶效应、细胞因子风暴等，并且对实体瘤尚未取得显著疗效。所以科学家开始寻求其他细胞免疫疗法来治疗癌症，而自然杀伤(NK)细胞疗法是最有前途的方法之一。CAR-T细胞疗法取得的成功激发了人们对用CAR基因修饰NK细胞来增强其杀肿瘤能力的热情。
CAR-NK就是利用基因工程给NK细胞加入一个能识别肿瘤细胞，并且同时激活NK细胞杀死肿瘤细胞的嵌合抗体。嵌合抗原受体能显著提高NK细胞疗效特异性。这个思路和CAR-T的构建类似：CAR包括胞外的识别结构域(如scFv)识别肿瘤特异性抗原;一个跨膜结构域，和一个胞内信号结构域(CD3ζ 链)可以诱导NK细胞的活化。
图为构建CAR-NK细胞免疫疗法的过程
CAR-NK细胞比CAR-T细胞具有多个优势
1.与CAR-T细胞不同，CAR-NK细胞保留了通过其天然受体识别和靶向肿瘤细胞的内在能力，从而通过CAR-NK靶向治疗时，肿瘤细胞能够逃脱杀伤的可能性降低。
2.CAR-NK细胞在数天至数周内不会发生免疫排斥反应。因此，它们在许多CAR-T临床试验中均未表现出相同的安全问题，例如没有细胞因子释放综合征的困扰。
3.NK细胞不需要严格的HLA匹配，并且没有引起移植物抗宿主病的潜力，这却是CAR-T细胞免疫疗法一种重要的风险。
大放异彩，CAR-NK疗法在各癌症中的研究
1、无进展生存率73%!CD19 CAR-NK对白血病和淋巴瘤效果显著
根据MD安德森癌症中心I / IIa期试验的结果，以CD19为靶点的脐带血来源的CAR-NK细胞疗法，在大多数复发性/难治性非霍奇金淋巴瘤(NHL)患者和慢性淋巴细胞性白血病(CLL)的患者中显现出临床疗效，而且未观察到重大毒性反应。 该试验结果近日发表在《新英格兰医学杂志》上。在参与该研究的11名患者中，有8名(73%)对治疗有反应，其中7名达到了完全缓解!5名有反应的患者继续接受缓解后治疗。没有患者出现细胞因子释放综合征或神经毒性。这意味着他们在中位随访13.8个月时无疾病迹象。
CD19 CAR-NK细胞疗法起效快，输注后1个月内就有明显反应，并且输注后1年这些细胞依然持续存在。MD安德森干细胞移植与细胞疗法教授凯蒂·雷兹瓦尼(Katy Rezvani)博士表示：“这项临床试验的结果喜人，接下来将开展进一步的临床研究，探索同种异体脐血来源的CAR-NK细胞疗法的安全性和有效性。”
这是一种新型的疗法，首先需要从脐带血库中存储的脐带血中分离出NK细胞，并对它们进行基因工程改造，引入可识别癌细胞表面靶标的CAR。这些CAR NK细胞回输给患者。
与CAR-T疗法相比，其最大的优势在于不会引起移植物抗宿主病(GVHD)，这是一种在CAR-T疗法中常见的由供体T细胞攻击受体中的健康细胞引起的破坏性疾病。由于NK细胞不会引起GVHD，因此可以将它们从供体提供给接受者，而无需进行匹配。这意味着您可以从一个供体中制备多个剂量的CAR NK细胞来治疗多个患者， 从诊断到癌症治疗的时间大大缩短。
图为患者的治疗情况(图片来自NEJM)
2、物美价廉，NK-CAR-iPSC-NK 细胞有效击退卵巢癌
2018年6月18日，来自加利福尼亚大学圣地亚哥医学院(UCSD)和明尼苏达大学的研究人员在《Cell Stem Cell》发表了研究报告，他们研究出的一种名为NK-CAR-iPSC-NK细胞，可以说是物美价廉，不仅能有效地击退卵巢癌，同时还不会产生与CAR-T类似的毒副作用。
此次试验中研究人员利用基因改造工程，对体细胞导入外源基因强行把体细胞改造成了多能干细胞(iPSC)有了iPSC就相当于有了生产车间和原料，可以源源不断地批量生产NK细胞，也不用受限于单个患者，可以广泛使用。
但是光有了iPSC-NK细胞不足以打败癌细胞。NK细胞表面也有一个控制开关，一旦打开就会阻止NK细胞攻击其他细胞。癌细胞正是利用这点，一旦NK细胞来攻击它，就会打开开关，大大减弱了NK细胞的活力。
因此，研究人员找到了一种NK92细胞，它先天缺陷，没有这个开关。以它为基础，再装上特异性识别肿瘤的嵌合抗原受体CAR4，(GPS 2.0升级版)进一步加强了识别和杀伤癌细胞的能力。
随后，研究人员准备了一群卵巢癌异种移植的小鼠模型，准备测试CAR -NK细胞和其他版本的NK细胞以及CAR-T细胞的抗肿瘤活性和毒副作用。与其他版本的NK细胞相比，CAR-NK细胞简直是呈现出压倒性的优势。
【肿瘤负荷】 在为期49天的实验期间，注射CAR-NK细胞的四只小鼠体内的肿瘤负荷显著减小。在注射的第7天，第一只小鼠的肿瘤负荷几乎看不见。
图为各组小鼠各时间段肿瘤负荷情况比较
【存活率】 其他版本的NK细胞在第80天，甚至第40天的时候就出现了明显的下降。而CAR-NK细胞一直到第100天才消失殆尽。
图为各组小鼠细胞存活时间比较
【抗肿瘤活性】与CAR-T细胞比较，CAR-NK细胞的抗肿瘤活性旗鼓相当。
图为各组小鼠各时间段抗肿瘤活性比较
【毒副作用】 在此次实验中，使用CAR-T的小鼠体内的细胞因子(IL-6、TNF、IFN的升高都与CAR-T严重副作用细胞因子风暴和神经毒性有关。)都出现了不同程度的上升，在第20天的时候达到了一个非常高的水平。而CAR-NK细胞虽然在注射后的第二天出现了短暂的升高，但在第10天各项细胞因子都下降了不少，第20天的时候，在注射CAR-NK细胞的小鼠体内几乎都找不到它们的存在。
图为各组小鼠各时间段细胞因子水平比较
3、CAR-NK细胞对于胶质母细胞瘤和神经母细胞瘤疗效颇佳
胶质母细胞瘤由于其高侵袭性和易转移性，是致死性原发性恶性肿瘤之一。神经母细胞瘤是一种神经内分泌肿瘤，是儿童最常见的颅外实体瘤。NK92细胞已被开发用于体外治疗胶质母细胞瘤和神经母细胞瘤。
研究表明，利用ErbB2(起源于与禽类骨髓红细胞增多症病毒有关的ERB-B基因)-CAR 或EGFR(表皮生长因子受体)-CAR修饰NK92细胞可治疗胶质母细胞瘤，GD2(二唾液酸神经节苷脂)-CAR-NK92细胞则被用于治疗神经母细胞瘤，均取得较好的疗效。
4、CAR-NK 细胞特异性识别和高效杀伤乳腺癌肿瘤细胞
乳腺癌是女性最常见的癌症。使用CAR修饰的NK92细胞广泛用于乳腺癌免疫治疗，将为广大乳腺癌患者带来希望。
大量研究表明，用抗人表皮生长因子受体2(HER2)-CAR(CD28-CD3ζ)修饰的NK细胞和NK92细胞株均表现出特定的抗肿瘤活性，能够特异性识别且高效杀伤 HER2+的肿瘤细胞。
而EGFR-CAR-NK92细胞系配合溶瘤性单纯疱疹病毒1(oHSV-1)将有希望治疗癌细胞已转移至大脑的EGFR阳性乳腺癌。
5、意外惊喜，CAR-NK细胞疗法对多发性骨髓瘤疗效显著
多发性骨髓瘤是在B淋巴细胞分化成浆细胞的过程中发生的遗传突变导致的恶性肿瘤。多发性骨髓瘤细胞系中常见的肿瘤抗原有CS1、CD138、BCMA等。目前，大量CAR-T细胞被开发用于治疗多发性骨髓瘤 。然而，很少有研究报道采用CAR-NK细胞治疗多发性骨髓瘤。
目前用于治疗多发性骨髓瘤的CAR-NK细胞产品多采用NK92细胞系，所采用的肿瘤抗原多为CS1和CD138。细胞表面糖蛋白CD2子集1(CS1，也称为CRACC、SLAMF7、CD319或19A24)是多发性骨髓瘤细胞表面高度表达的蛋白质，多参与骨髓瘤细胞黏附和生长。
CD138，也称为类肝素样硫酸蛋白多糖，参与骨髓瘤细胞的黏附、生长和成熟，是多发性骨髓瘤主要的诊断标记。分别利用CS1和CD138为靶点设计的CS1-CAR-NK92细胞和CD138-IFNα-CAR-NK92细胞成功抑制多发性骨髓瘤生长，延长了骨髓瘤小鼠的存活期。
国内CAR-NK细胞治疗招募
小编查询美国clinicaltrials官网搜索CAR-NK一共搜到6条相关的临床试验，覆盖实体瘤和血液肿瘤。好消息是，这些临床实验的地点多数都是在中国，1项在美国。感兴趣的癌症患者可以通过无癌家园临床试验平台()进行申请。
参考文献
1.https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/uotm-ccn020320.php
2.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6355444/
3.https://www.researchgate.net/publication/303790091_ErbB2HER2-Specific_NK_Cells_for_Targeted_Therapy_of_Glioblastoma
4.赵报, 程箫, 吴炯. CAR-NK细胞在肿瘤免疫治疗中的研究进展[J]. 生物产业技术, 2017(5).
5.Ye Li, David L. Hermanson4, Branden S. Moriarity, et al. Human iPSC-Derived Natural Killer Cells Engineered with Chimeric Antigen Receptors Enhance Anti-tumor Activity, Cell Stem Cell (2018)
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