和CAR-T细胞不同,NK细胞生命周期短,体内扩增受限,因而提高了其安全性,即使是异体细胞过继治疗,也相对安全,几乎不发生CRS和神经毒性,使得NK细胞可以做成off-the-shelf的产品,增加细胞治疗可及性。 CAR-T目前使用自体细胞移植,而CAR-NK除了自体来源NK细胞,还可以使用NK细胞系,干细胞分化NK,脐带血NK细胞等。 外周血NK细胞(PB-NK) NK细胞可以相对容易地从患者本身(自体PB-NK)或健康供体(异体PB-NK)中分离出来,因此大多数(31/33)临床前CAR-NK研究使用PB-NK。 对于癌症免疫治疗,自体NK细胞通常不是很有效,因为当它们遇到自身MHC抗原时,功能上被沉默。此外,患者来源的NK细胞的功能往往受到潜在疾病或预防治疗的损害。因此,异基因PB-NK通常是免疫治疗的首选,但是需要仔细清除产品中的T淋巴细胞,因为这些细胞可以诱导GVHD。 由于外周血中的NK细胞数量较低,NK细胞在分离后常规扩增。NK细胞的治疗通常输注量为105-108个细胞/kg,因此对于体重为100kg的患者需要多达1010个NK细胞。 PB-NK细胞用于癌症免疫治疗的主要优势是,细胞已经成熟,不需要经历一个长时间的分化。另一方面,PB-NK的转导效率相对较低,延长培养时间往往导致端粒酶缩短和耗竭,导致的细胞毒性降低。 脐带血来源NK细胞(UCB-NK) PB-NK细胞的一个可能限制是依赖于健康供体的可用性。新诊断病人,往往其自身NK细胞并不符合临床治疗的需要,冷冻保存的成熟PB-NK细胞,细胞活力和细胞毒性显著降低,因而限制了CAR-NK临床使用。 脐带血是一个比较稳定的NK细胞来源。一般来说,由于这些细胞的高增殖能力,只需要一个脐带血单位的10%就可以在两周内产生一个几乎超过109个NK细胞的纯细胞池,通常适用于一个治疗周期。 UCB-NK细胞的另一个优点是,样本的单倍型可以在收集时确定,允许生成一个细胞库,可以根据需要选择HLA不匹配的NK细胞。 由M.D. Anderson Cancer Center进行的临床研究(NCT03056339),脐带血来源的CD19 CAR-NK细胞治疗11例复发或难治性血液肿瘤,8例(73%)有反应,7例达到CR(文献2)。 干细胞分化NK细胞 PB-NK和UCB-NK作为CAR-NK发育的细胞来源的缺点包括供体之间的自然异质性,导致NK细胞产品的性能差异。因此,干细胞来源的NK细胞扩增是开发标准化的治疗产品的一个有吸引力的替代方案。 从人类胚胎干细胞(hESC)或诱导多能干细胞(诱导PSC)产生临床治疗规模NK细胞,已经证实可行。常用的hESC/iPSC细胞通常比使用来自骨髓活检、G-CSF动员或人类胚胎的干细胞更可取。除了使用这些来源细胞附带的伦理问题外,从原代干细胞开始的NK细胞诱导的结果难以预测,而且往往不那么有效。 从hESC或诱导多能干细胞产生NK细胞需要3-5周,来自H9 hESC细胞的NK细胞表现出有限的异体免疫反应,而与UCB-NK相比,它们表现出更成熟的细胞毒性表型。另一方面,iPSC来源的NK细胞已经被证明具有对抗肿瘤的功能,最近已被用于生成CAR-NK细胞。在优化了用于iPSC来源的NK细胞的激活域后,间皮素靶向iPSC CAR-NK细胞被证明与CAR-T细胞一样有效。在小鼠异种移植模型中,与CAR-NK治疗相比,CAR-iPSC-NK治疗的荷瘤小鼠表现出更少的致病性器官损伤和更低的IFN-γ和IL-6水平。 但是iPSC CAR-NK应用于临床,还有一些挑战:首先,在小鼠模型中,在停止外源性给予细胞因子后,CAR-iPSC-NK细胞在体内停止增殖。在临床环境中全身给药细胞因子是非常不可取的,因为它不仅昂贵,而且有潜在的危险。其次,iPSC来源的细胞总是具有恶性转化的潜力。最后,iPSC来源的细胞具有潜在的免疫原性,这可能导致胚胎干细胞的破坏,甚至导致不良的免疫反应,如细胞因子释放风暴。 NK细胞系 上述三种NK细胞来源有一个主要的共同缺点:获得大量的NK细胞相对繁琐和耗时。一般来说,细胞系可以绕过大多数这些问题,因为它们很容易维护和扩展。因此,有72项实验研究报道了使用NK细胞系开发CAR-NK细胞也就不足为奇了。其中80%以上的研究使用了淋巴瘤来源的NK-92细胞系。 在现有的6个NK细胞系中,NK-92具有较高的抗肿瘤活性,并具有直接的细胞毒性。当NK-92细胞转染CD16时,该细胞系也可以触发抗体依赖的细胞介导的细胞毒性(ADCC)。 对于CAR-NK细胞开发,NK-92细胞还有另一个主要优势:该细胞系也可以很容易地使用非病毒方法进行基因修饰,包括电穿孔。 到目前为止,NK-92临床前研究,已经涉及AML、淋巴瘤(CD19)、骨髓瘤(CS1)、前列腺癌(EpCAM)、前列腺癌(CAR、乳腺癌(Her2)、GD2)、神经母细胞瘤(GD2)、胶质母细胞瘤(EGFR)和卵巢癌(间皮素)。 NK-92细胞系的主要缺点之一是这些细胞是肿瘤来源的,是非整倍体。因此,它们需要在输注前进行辐射,防止体内增殖和限制其寿命。 在I期试验中,NK-92给药被证明是安全的,只有轻微的反应。原代CAR-NK细胞与NK-92细胞的头对头比较数量有限。 在一项使用CdD23靶向CAR的研究中显示,原代NK细胞在体外根除AML细胞方面的效率不如NK-92细胞(文献5)。 这可能是由于原代NK细胞中CAR的表面表达水平较低所致。 然而,由于NK-92细胞具有复制能力,辐照的CAR-NK-92细胞在患者的总生存率方面是否优于原代CAR-NK细胞,还需要等待未来的临床结果。 目前NK-92细胞系的临床试验有:NCT03383978,NCT02839954,NCT02742727,NCT02892695,NCT03940833,NCT03941457,NCT02944162,NCT04052061,NCT04050709。 总结 CAR-NK有成为off-the-shelf细胞治疗产品的可能,受到越来越多的关注,目前有超过20项临床试验开始开展。了解CAR-NK细胞的四种来源,及每种来源的优缺点,有助于选择合适的NK细胞原料,设计生产符合治疗目的的产品。 四种CAR-NK来源及优缺点(Clin Transl Immunology. 2021 Apr 28;10(4):e1274.) 主要参考文献
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