为什么CAR-NK细胞得以异军突起——百变细胞疗法之CAR-NK篇

一、相关背景

在讲述CAR-NK细胞的故事之前，我们先谈谈前些年名气更大的CAR-T细胞。

何为CAR-T细胞？此CAR非彼CAR（汽车），此CAR全名叫做Chimeric Antigen Receptor，译为嵌合抗原受体，其结构包含胞外结构域、跨膜区和胞内信号结构域，胞外结构域包含靶向识别肿瘤靶抗原的抗体单链可变区（VH-linker-VL，scFv）、铰链区；胞内信号结构域是由协同共刺激分子（CD28或者4-1BB）和CD3ζ信号结构域组成。CAR-T细胞即为用CAR武装的T细胞，CAR分子的scFv段能够赋予T细胞靶向性，胞内信号域作为T细胞的动力引擎能够赋予T细胞强劲的活化动力。因此相比于T细胞，CAR-T细胞的战斗力显著增强。

CAR-T细胞作为过继性免疫治疗领域的明星，目前已经有七个兄弟姐妹奔波于地球各个角落行使消灭癌细胞的重要使命。但是CAR-T细胞并非十全十美：首先它是一个高度定制化的抗癌武器，而且应用战场也非常局限——只能用于患者自体的治疗，导致它的制备难度高，难以实现批量生产；其次，CAR-T细胞作为极强的抗癌武器，在Kill癌细胞的同时自身也会“发热”，在战场上出大汗（释放大量细胞因子），造成严重的损害（细胞因子风暴）；再者，CAR-T细胞是一类靶向性极高的武器，但在靶点选择不合适的时候，也会误打到非打击目标（正常的组织和器官），造成平民伤亡（脱靶毒性）。

为了克服CAR-T细胞的这些缺陷，目前不少研究者都在尝试不同的方法，例如对T细胞做些小手术，敲除其表面的TCR和CD52等限制其应用场景的部件（避免GVHD），实现产业化生产，拓宽其应用范围（用于异体治疗）。与此同时，一些研究者也把研究目光聚焦到了T细胞的其他兄弟姐妹身上，NK细胞就是其中最受瞩目的。

二、NK细胞

NK细胞大名叫作自然杀伤细胞（Nature killer cell），是1957年发现的人体的固有免疫细胞，占外周单核细胞的10%左右，是抗击外敌入侵的一重要武装力量——在抗击病毒感染、监视和消灭肿瘤方面具有重要作用。NK细胞的作战范围更广（可用于异体治疗），同时其Kill外敌时不需要像T细胞一样做繁琐的准备，时刻保持警惕状态，随时可以上场杀敌。NK细胞自身带有精确的识别敌我的区分系统，其表面表达有多种受体，按功能可分为两大类，即活化受体和抑制性受体。NK细胞的备战状态可以通过这些受体的配体的相互作用而精确调控。

NK细胞主要通过三类武器来抗击肿瘤细胞：

因此，NK细胞也是抗击肿瘤这个恶魔的一把重要利器，只要对NK细胞像T细胞装载“一辆CAR”，也能够极大的增强其抗击肿瘤的战斗力，同时它也有望克服CAR-T细胞的诸多缺陷。

三、CAR分子设计的异同

到目前为止，多数CAR-NK细胞研究中用到的CAR分子结构都是为CAR-T细胞所设计的，这类CAR分子在NK细胞也可以发挥作用，但不少研究者仍在致力于进一步设计和优化更适合NK细胞的CAR分子。表1汇总了目前CAR-NK细胞研究中用的最常用的CAR分子结构。有研究表明，相比于包含CD28/4-1BB共刺激分子的CAR，表达有共刺激分子为2B4（NK细胞特异性的共刺激信号）CAR的NK细胞具有更强的增殖能力、细胞因子分泌能力和抗肿瘤活性，说明NK特异性的共刺激信号分子在增强CAR-NK性能中具有重要的作用。相信随着基于NK细胞的更定制的CAR分子结构的不断演进，CAR-NK细胞的抗癌战斗力也会不断的提升。

表1 目前研究中常用的CAR分子结构^[1]

四、CAR-NK细胞的制备

不同于T细胞，NK细胞用于异体治疗时候引起GvHD的风险极低，因此CAR-NK细胞有望成为能够用于异体治疗的现货型产品。同时，这一特性也大大拓展了NK细胞的来源。如图1所示，已经有多个来源的NK细胞都能够实现临床级别的制备，包括来源于外周血（PB)、脐带血（UCB）、诱导多能干细胞（iPSC）以及NK细胞系NK-92。

目前，人外周单核细胞（PBMC）是最主要的NK细胞来源，通过NK细胞分选试剂盒可以轻松获得高纯度NK细胞，进而实现临床级别的NK细胞制备。外周来源NK细胞制备的CAR-NK细胞通常会以CD56^dimCD16⁺NK细胞为主，其占比可达到90%以上，这一类NK细胞具有较强的毒性作用，但其增殖能力较弱。脐带血也是NK细胞的一个重要来源，同PB来源的NK细胞一样，脐带血中的NK细胞也可以通过分选富集。

与PB来源的NK细胞不同，UCB来源的NK细胞多表现出不成熟的表型和较低的细胞毒性。但无论是PB还是UCB来源的CAR-NK细胞，其来源都不均一，导致其难以实现标准化。iPSC诱导来源的NK细胞有望解决UCB和PB来源NK难以标准化这一缺陷。iPSC具有无限传代特性和基因可编辑性，能够实现CAR-iPSC的制备，而CAR-iPSC可作为一个稳定的来源，持续不断地制备高度均一的CAR-NK细胞。iPSC诱导的NK细胞同UCB来源的NK细胞具有相似的免疫表型，都是以不成熟的NK细胞为主。

图1 NK细胞来源及不同CAR-NK制备工艺^[1]

五、CAR-NK细胞的研究进展

目前尚未有CAR-NK细胞治疗产品上市，而且相比于CAR-T细胞的临床研究数量，CAR-NK细胞的研究仍处于起步阶段。但近年来有关CAR-NK细胞治疗研究的报道也越来越多，不少企业都在CAR-NK细胞治疗的赛道上积极布局。通过从在clinicaltrials.gov检索CAR-NK，我们发现目前有35项在开展或已经终止的CAR-NK细胞临床实验，多数都是处于Phase1/2的研究阶段。

就靶点分布而言，血液肿瘤主要集中在CD19（10项，包含一项双靶点）、BCMA（3项）、CD33（2项）、CD22（2项，包含一项双靶点）；实体肿瘤的治疗靶点主要有：NKG2D（4项）、ROBO1（3项）、间皮素（1项）、PSMA（1项）。

就研究地理分布而言，目前开展临床实验最多的是中国，其次是美国，再就是其他国家与地区，如图2所示。

就疗效而言，CAR-NK细胞的治疗效果在一些临床前和临床研究中已经得到初步验证：在一项靶向CD19的CAR-NK临床实验中，11名接受治疗的肿瘤患者中有7名患者获得了完全缓解，而且治疗过程中均未出现CRS和神经毒性等副作用，展示出NK细胞良好的应用前景。

图2 CAR-NK临床研究数量分布图

六、总结

相比于T细胞，NK细胞具有独特的作用机制，其发挥免疫作用时不需要预活化，且对把目标的识别不受MHC分子限制，因此NK细胞适合于异体治疗。另外，CAR-NK细胞治疗的毒副作用较弱，通常情况下不会产生与CAR-T细胞类似的严重的CRS以及神经毒性作用。但CAR-NK细胞疗法也面临着一些挑战，比如NK细胞的增殖和纯度、CAR基因递送工具的选择以及递送效率等。但是，对于CAR-NK的研究目前还处于初始阶段，相信随着研究的不断深入，这些问题终会被一一解决，CAR-NK细胞疗法也会在肿瘤治疗领域取得革命性进展。

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