医学免疫学课件：NK细胞与肿瘤免疫

1、NK细胞与肿瘤免疫FrameworkNK细胞特点分类杀伤功能的实现：作用方式和机制Fas/FasL诱导细胞凋亡机制肿瘤逃逸机制肿瘤免疫治疗ADCC的调控与加强过继性免疫NK细胞肿瘤免疫疗法的现状和未来NK细胞特点淋巴细胞亚群，占外周淋巴组织的10%-15%由造血干细胞分化发育而来，包括NK祖细胞，NK细胞前体细胞，不成熟NK细胞和成熟NK细胞胞浆中有大量淋巴颗粒固有免疫的重要组成，在肿瘤免疫中发挥了重要作用NK细胞分类 常通过表面抗原物质CD56和CD16的表达情况分类CD56dim 占外周循环中90%左右终末分化，介导细胞毒性和杀伤功能为主CD16bright：高表达Fc受体，高效ADCC反

2、应CD56bright中间期过渡分化的NK细胞为主具备对细胞因子的增殖应答能力以分泌细胞因子为主CD16 dim or negativeNK细胞杀伤功能作用方式：NK细胞表面受体抑制性受体：KIR，KLR活化性受体：NCR，NKG2D主要通过三种机制来实现直接杀伤：穿孔素，颗粒酶表达膜TNF家族分子：FasL，TRAIL（TNF-related apoptosis-inducing ligand)ADCC作用Fas/FasL诱导细胞凋亡机制Fas是一种死亡受体，在细胞表面介导凋亡具有死亡结构域（death domain，DD）成熟Fas蛋白包括三个部分：胞外区，跨膜区和胞浆区活化T细胞和NK细

3、胞表面表达FasL形成死亡诱导信号复合物Fas ligand（FasL）三联体使得Fas聚合，形成膜Fas聚合物三个聚合物的DD区相互结合结合同样具有DD的FADD连接蛋白FADD上的DED（death effector domain）连接另一个带有DED区的后续成分，使得caspase8连接并聚合引发级联反应，细胞凋亡肿瘤免疫逃逸：涉及各个环节免疫选择和抗原调变：选择，淘汰抗原封闭或覆盖 ：肿瘤细胞表面抗原被某些物质覆盖表达非经典MHC I类分子共刺激分子的缺乏Fas分子表达障碍Fas/FasL反击肿瘤细胞分泌抑制因子直接抑制宿主免疫应答抑制性T细胞和调节性T细胞的作用肿瘤免疫治疗ADCC作

4、用的加强Antibody engineeringFcBiKE or TriKE antibody具有多重功能抗体改造降低抑制性受体作用Adoptive immunotherapy with NK cell productNK细胞来源获得方法自体移植同种异体移植实体肿瘤中的应用ADCC调控与加强Antibody engineering修饰Fc区抗体-Fc受体的结合程度对于mAb治疗的效果有至关重要的影响通过改造IgG单克隆抗体的Fc区来加强抗体与NK细胞的结合Fc region of the IgG mAb, HuM195 targeting the AML leukemia antigen C

5、D33Introduce the triple mutation S293D/A330L/I332E(DLE)TIMING观察结果：serial killing，更快杀死肿瘤细胞BLOOD, 20 NOVEMBER 2014 x VOLUME 124, NUMBER 22ADCC调控与加强Bispecific(BiKE) or trispecific(TriKE) antibody含有2种或3种特异性抗原结合位点，在靶细胞和功能分子之间架起桥梁，激发具有导向性的免疫反应BiKE：连一个针对CD16的单链Fv和一个针对肿瘤相关抗原的单链FvTriKE：连一个针对CD16的单链Fv和两个针对肿瘤相

6、关抗原的单链FvADCC调控与加强Trial 1: bscFv: CD16/CD19; tscFv:CD16/CD19/CD22通过CD 16激活NK细胞通过CD19激活B细胞系表达细胞因子杀伤肿瘤作用加强Trial 2：bscFv: CD16/CD33(AML)NK细胞的杀伤作用可以克服KIR的抑制信号ADCC调控与加强对有多重作用的抗体进行改造例如，Mogamulizumab去岩藻糖基化，加强Fc端亲合力和针对CCR4-positive 细胞的ADCC作用，同时可以抑制EBV-positive的淋巴瘤细胞生长例如，GA101糖修饰，可以加强Fc端亲合力和针对CD20的ADCC作用，同时这种

7、抗体可以使NK细胞忽略抑制性信号ADCC调控与加强降低NK细胞抑制受体的作用未改造单抗受到抑制性受体控制，eg. rituximab研究者使用抗抑制受体抗体I期临床试验，急性淋巴细胞白血病患者1-7F9, lirilumab对KIR形成安全长期的阻断效果攻击健康细胞？NK细胞的来源外周血单核细胞PBMC（peripheral mononuclear cell）脐带血UCB（umbilical cord blood)NK细胞系（cell line）人类胚胎干细胞（hESC)诱导型多能干细胞（IPSC）Adoptive NK cell immunotherapy过继性免疫疗法PBMC外周单核淋巴细

8、胞大部分方法是先分选出NK细胞再进行活化和增殖磁珠分选：Clinical-grade immuno-magnetic depletion of other cells such as T cellsSakamoto培养法: 自体血浆，IL-2，OK-432 & -irradiated autologous FN-CH296 stimulated T cells培养，不需分选Nguyen：不完全去除T细胞有利于NK细胞作用Adoptive NK cell immunotherapy过继性免疫疗法Stem cell differetiation干细胞分化UCB CD34+ HSC: 优点：具有肿瘤

9、细胞毒性，并且缺失抑制性受体缺点：与PBMC相比，NK细胞毒性较低hESC and IPSCCell lines细胞系基因修饰：获得可以表达细胞因子IL-2、特定细胞表面分子（CARs，NCR等）的NK细胞系Adoptive NK cell immunotherapy过继性免疫疗法NK细胞获得方法Adoptive NK cell immunotherapy过继性免疫疗法移植自身NK细胞早期过继性免疫研究方向辅助以细胞因子（最常见的是IL-2）刺激NK细胞的增殖结果：离体实验，细胞因子刺激NK细胞针对肿瘤作用活体实验，效果有限临床试验淋巴瘤患者骨髓移植后的巩固治疗20个受试者，11人在4-35m

10、后产生复发（平均8m）没有达到预期效果失败原因威胁生命的副作用，eg. IL-2治疗可能导致血管渗漏IL-2导致Treg细胞增殖，直接抑制NK细胞功能自身NK细胞被HLA分子抑制同种异体NK细胞移植：不易受到抑制性受体影响单倍同一型NK细胞移植物移植物可增殖，不导致移植物抗宿主病I期临床试验： 目的：确认同种异体NK细胞存活和增殖情况，保证受试者安全第一组：先接受低剂量（或不注射）癌得星（Cy）和氟拉达滨（Flu）注射（Lo-Cy/Flu），NK细胞，IL-2注射第二组：先接受高剂量癌得星（Cy）和氟拉达滨（Flu）注射（Hi-Cy/Flu），NK细胞，IL-2注射观测NK细胞增殖情况Adop

11、tive NK cell immunotherapy过继性免疫疗法Hi-Cy/Flu VS Lo-Cy/FluBLOOD, 15 APRIL 2005 VOLUME 105, NUMBER 8Hi-Cy/Flu更有效Adoptive NK cell immunotherapy过继性免疫疗法Chimeric antigen receptor-modified NK cells嵌合抗原受体NK细胞通过基因工程，在NK细胞表面表达针对特定抗原的受体活体实验和离体实验观察到对靶细胞的杀伤还没有临床试验结果实体肿瘤（solid tumor）实体肿瘤内的NK细胞可以延缓肿瘤推进与血液恶性肿瘤相比需解决的问

12、题：同：肿瘤使得机体产生抑制性细胞因子，下调免疫活化信号表达，产生免疫逃逸异：需准确定位到肿瘤位置，穿透肿瘤荚膜进行作用思路：针对肿瘤微环境，而不是直接杀伤肿瘤本身Adoptive NK cell immunotherapy过继性免疫疗法Summary思路加强细胞毒性作用：ADCC，抑制性受体NK细胞在体内的增殖肿瘤微环境挑战细节难以把握结果难以控制临床推进缓慢NK cells：现状和未来ReferenceKatayoun Rezvani1 and Rayne H. Rouce. The Application of Natural Killer Cell immunotherapy for

13、the Treatment of Cancer. Blood(2015) 6(578)Romain G, Senyukov V, Rey-Villamizar N, Merouane A, Kelton W, Liadi I,et al. Antibody Fc-engineering improves frequency and promotes kinetic boosting of serial killing mediated by NK cells. Blood (2014) 124(22)Vey N, Bourhis JH, Boissel N, Bordessoule D, Pr

14、ebet T, Charbonnier A, et al. A phase 1 trial of the anti-inhibitory KIR mAb IPH2101 for AML in complete remission. Blood (2012) 120(22):431723.Lin W, Voskens C, Zhang X, Schindler DG, Wood A, Burch E, et al. Fc-dependent expression of CD137 on human NK cells: insights into “agonistic” effects of an

15、ti-CD137 monoclonal antibodies. Blood (2008) 112(3):699707.Miller JS, Soignier Y. Successful adoptive transfer and in vivo expansion of human haploidentical NK cells in patients with cancer. Blood (2005) 105(8):30517.Rubnitz JE, Inaba H. NKAML: a pilot study to determine the safety and feasibility o

16、f haploidentical natural killer cell transplantation in childhood acute myeloid leukemia. J Clin Oncol (2010) 28(6):9559.Andrea Gras Navarro, Andreas T. Bjrklund and Martha Chekenya. Therapeutic potential and challenges of natural killer cells in treatment of solid tumors. Blood(2015) 6(202)Carin I.

17、 M. Dahlberg, Dhifaf Sarhan, Michael Chrobok, Adil D. Duru and Evren Alici. Natural Killer Cell-Based Therapies Targeting Cancer: Possible Strategies to Gain and Sustain Anti-Tumor Activity. Blood(2015) 6(605)Meriem Hasmim, Yosra Messai, Linda Ziani, Jerome Thiery, Jean-Henri Bouhris, Muhammad Zaeem Noman and Salem Chouaib. Critical role of tumor microenvironment in shaping NK cell functions: implication of hypoxic stress. Frontiers in Immunology