NK细胞药物开发的最新进展——对话Tavotek公司CSO Mark Chiu博士

2020-12-18 11:21:09 48
自然杀伤(NK)细胞是目前研究比较热门的一个方向。作为机体中最重要的免疫细胞之一,NK细胞除了与抗肿瘤、 抗病毒感染和免疫调节有关外,它们还参与了超敏反应和自身免疫性疾病的发生。


此外,它们也能够识别标靶细胞和杀伤介质,是抗癌功效最强的一种免疫细胞。随着人们对NK细胞的认识越来越深入,它们也呈现出蓬勃的未来发展潜力。
 
为了给读者朋友们深入浅出地介绍NK细胞疗法的现状和未来,编者访问了Tavotek公司CSO  Mark Chiu博士
华夏基因


邱博士是全球蛋白质工程领域首屈一指的科学家,曾师从两位诺贝尔奖获得者,一位是理查德•恩斯特(Richard Ernst)教授,而另一位是沃纳•阿尔伯 (Werner Arber) 教授。


此外,邱博士在强生和雅培负责新药研发期间,曾一举推出过多款明星级别的生物重磅药物,如类克 (Remicade)、喜达诺 (Stelara)和达雷木(Darzalex)等。


这一次次璀璨的成功,都是基于他扎实的科学素养、丰富的知识结构和深厚的科研背景,邱博士对NK细胞的成药性有着独到的见解和看法,值得大家学习、参考和拓展。


基于NK细胞的肿瘤免疫治疗极具潜力和前景


编者:您如何看待CAR-T和CAR-NK疗法的发展前景?

 

邱博士:  CAR-T和CAR-NK疗法的前景都很光明,但各有优缺点。迄今为止,自体CAR-T细胞(Autologous)是目前唯一基于CAR技术的商业化阶段疗法,其对血液肿瘤产生的疗效明显优于实体瘤。


然而,细胞因子释放综合征(CRS)和神经毒性是CAR-T疗法的痛点。同种异体(Allogeneic)的“现货型” CAR-T则是目前比较火的一个研发方向。

 

与之相反,CAR-NK细胞则是利用了NK细胞自身会受到各种激活和抑制受体调节的特性。此外,NK细胞还可渗透到全身各个组织。


尽管T细胞和NK细胞共享相同的靶抗原杀伤机制,但相较于T细胞需要时间来激活杀伤颗粒,NK细胞则已预先包装好杀伤颗粒。


因此,NK细胞颗粒介导的通路一般可以非常快速和有效地杀死标靶细胞。但是与T细胞不同的是,NK细胞的缺点是不能高效地扩增和在体内持久存在。


不过,有时这也不一定是坏事。例如当肿瘤标靶抗原在正常组织上也能低水平表达时,由于NK细胞的寿命有限,因此对这些正常组织的毒性反而会相对较低。

 

尽管CAR-NK疗法也可采用自体细胞,但同种异体的CAR-NK所需要的制备过程更为简便。

华夏基因

NK细胞来源于与T细胞相同的免疫前体细胞,并具有许多相同的活性,但NK细胞不具有TCR。


因此,在作为同种异体疗法使用时,CAR-NK疗法不容易出现因与供体TCR不匹配而导致的GVHD风险。


目前有几种方法可以开发“现货型“的异体CAR-NK细胞,其中包括脐带血或外周血来源的NK细胞、iPS来源的NK细胞,或淋巴瘤NK细胞系(例如NK-92)来源等。

 

我个人认为,CAR-T和CAR-NK细胞疗法不应彼此排斥。目前一种较新的进展集中在寡聚化CAR设计的工程化改造上,CAR的设计将从现在的“亲和力调整”(affinity tuning)扩展到“亲合力调整”(avidity tuning)。


另外,尽管NK细胞通常不是肿瘤中最主要的免疫细胞群体,但其可以吸引T细胞浸润并分泌细胞因子和趋化因子来引发炎症反应。


在实体瘤患者中,将NK细胞与注入的抗肿瘤T细胞结合起来,可将免疫细胞的攻击范围扩大到肿瘤抗原低表达的肿瘤细胞。


目前已有一些实例证明,在使用CAR-NK细胞进行预处理后,可以改善CAR-T细胞肿瘤浸润和抗癌活性。


因此,引入CAR-NK细胞并用,可以减少肿瘤负荷并降低CAR-T细胞的毒性风险,而T细胞的高增殖潜能和持久性则可以消除残留的肿瘤病灶。


编者:近年来, 靶向NK细胞靶点的药物研究变得非常火热,你觉得最主要原因是什么?

 

邱博士:  NK细胞在先天性免疫系统(Innate Immunity)中具有独特作用。当NK细胞遇到潜在的靶细胞并被激活时,它们会与靶细胞形成突触,并通过微管将裂解颗粒输送至结合突触。


值得注意的是,单个颗粒的释放便足以杀死靶细胞。NK细胞除了具有细胞杀伤功能外,它们还可分泌多种影响其他免疫细胞活性的细胞因子、趋化因子和生长因子。

 

由于NK细胞具有多种作用机制来杀死肿瘤细胞,因此其产生抗药的可能性较小。


目前对NK细胞重定向药物研究的火热,源自于其更高的疗效和相对于细胞疗法有着更少的输液反应和GVHD问题。目前国外已有多家生物技术公司在这一领域上积极发力,例如Innate Pharma, Affimed, Allligator Biosciences, Compass 和 Cytovia公司等等。 

 

不同策略的利弊优劣


编者:NK 重定向与CD3 重定向的药物相比的最主要利弊是什么?

 

邱博士:  NK细胞重定向和CD3 T细胞重定向药物都能够杀死癌细胞,但也面临着相同的挑战,即如何更有效地靶向病变细胞,尤其是穿透实体瘤并尽可能避免引发细胞因子风暴。

 

CD3 T细胞重定向抗体的优势在于, 它可以与血液中较高水平的T细胞结合,从而实现标靶抗原的激活和消除。因为没有MHC限制,所以CD3 T细胞重定向抗体具有更多的抗肿瘤细胞活性。


新抗体药设计的重点在于通过改造肿瘤标靶的亲和力和T细胞CD3激活来调节T细胞重定向的活性。但令人担忧的是,一旦激活了T细胞重定向,持久的T细胞激活也可能会导致对正常组织进行攻击而产生毒性。

 

NK细胞比T细胞具有更快的杀伤效应,这对于肿瘤快速恶变的患者来说是非常重要的。


此外,由于NK细胞激活受体和抑制受体间的信号需要更多平衡,因而在肿瘤外部持续激活NK细胞的可能性较低,从而较少会引发所谓的“旁观者毒性”(Bystander Toxicity)。


最后,NK细胞的存活和发育主要依赖于多个细胞因子。因此需要通过加入这些细胞因子来促进NK细胞增殖和存活,这点使得在设计NK重定向抗体时比T细胞重定向时稍显复杂。

 

编者:体外激活NK细胞输入治疗和抗体激活NK细胞那种治疗更具优势?

 

邱博士:  CAR-NK和NK细胞重定向分子(NK Redirection Molecules, NKRM)背后的总体治疗策略是相同的,都是利用NK细胞的细胞毒性功能靶向并杀死肿瘤细胞。但是,这两种技术差异很大。NKRM与CAR-NK技术间的一个主要区别是NKRM是与异质的NK细胞结合,而CAR-NK细胞则采用更为均质的工程化NK细胞群体。

 

人体各种组织中的NK细胞具有多种不同特征,它们都与其周围的基质细胞有着密切相关的互动。循环的NK细胞包含CD56 dim(多数NK细胞)和CD56 bright亚群,每个亚群表达不同水平的CD16,CD49a和CD69。因此,NKRMs具有与不同NK细胞亚群反应相关的肿瘤杀伤活性。

 

然而,由于目前制造技术的局限性,当前使用的CAR-T疗法一般只会给药一次(或最多两次);尽管它们或可在体内持续颇长时间,但毒性风险也相对更高。此外,CAR-T产品本身是由好几种不同CAR表达的T细胞亚型组成的异质混合物。CAR-NK目前的CMC信息不多,但我推测应该和CAR-T也是大同小异。

 

NKRM在制备简便性、产品一致性和剂量控制方面都具有更多“实用性”的优势。这使得它在需要或优选多次给药的情况下,对于也能在正常组织上表达的肿瘤靶抗原尤其重要。当需要严格控制治疗剂量以限制靶标和脱靶毒性时,NKRM在剂量滴定和控制药物体内暴露量方面,都具有明显优势。

 

聊聊研究进展


编者:针对NK细胞表面靶点,目前有哪些抗体药物正在开发?有哪些进展?

 

邱博士:  目前针对NK细胞的靶点包括CD16(亦称FcγRIIIA)、NKG2D、SLAM家族成员、DNAM-1(CD226),以及天然细胞毒性受体NKp30、NKp44和NKp46等等。

 

如果不受抑制性受体的控制,被长期刺激的NK细胞会变得失能。成熟的NK细胞在遇到完整的自身MHC时会被抑制,而如果MHC被改变或下调,则抑制作用会被解除。不过,KIR介导的抑制不是绝对的,它可以通过强烈的激活刺激来克服。此外,使用一些免疫受体抑制剂,例如抗KIR,抗PD-1,抗NKG2A等,便可阻断这些抑制性检查点分子,并通过诱导共刺激受体表达(例如,NKG2D配体α3结构域特异性抗体,细胞因子,去甲基化剂,组胺,TGF -β受体抑制剂等)来激活共刺激性信号,这样便可恢复NK细胞的抗肿瘤活性。

 

TIGIT(亦称WUCAM或Vstm3)也可抑制T细胞和NK细胞的活化。TIGIT可以干扰DNAM-1形成顺式同源二聚体,从而导致形成异种二聚体;用单抗阻断TIGIT可增强NK和T细胞的活性。另一方面,NKG2A抑制NK细胞的强大能力意味着阻断NKG2A便可有效地恢复NK细胞的活性。

 

此外, CD226(亦称PTA-1或DNAM-1)是在NK细胞上表达的活化免疫受体,具有细胞溶解活性和淋巴因子分泌功能。CD226通过与PVR(CD155)、Nectin-2、CD96和TIGIT相互作用来调节NK细胞的功能。在小鼠模型中,CD226活性的增强可以减少肺转移和抑制肿瘤生长。

 

编者:以NK细胞表面活化受体CD16和NKG2D为靶点的双特异性分子,可以靶向NK细胞识别并杀伤肿瘤细胞的机理是什么?

 

邱博士:  CD16是一种低亲和力的Fc受体,可通过基于免疫受体酪氨酸的活化基序(ITAM)介导抗体依赖性细胞毒性(ADCC)。CD16也是唯一可以在没有共刺激受体的情况下被激活的NK活化受体。NKRMs是利用靶标结合亲合力来激活CD16。尽管NK细胞的激活可产生有效的细胞杀伤活性,但是过度激活会导致持续性的杀伤,因而引发Bystander毒性。所以业界一直积极地寻找替代性的NK标靶。

 

癌细胞可以下调MHC分子并表达激活NK细胞受体的配体。这类受体之一是NKG2D,它是在NK细胞上表达并可以触发细胞毒性的活化免疫受体。NKG2D可以结合肿瘤细胞配体,例如MHC I类多肽相关序列A(MICA),MICB和几种UL16结合蛋白(ULBP)等。NK细胞与这些细胞的结合使它们更容易受到免疫杀伤。但是,这些配体仅与NKG2D结合并不足以触发NK细胞的活性。相反,NKG2D对NK细胞的激活取决于诸如DNAM1(CD226)、2B4(CD244)、4-1BB(CD137)和OX40(CD134)等的共同刺激。诱导激活受体及其配体可以通过某些潜在策略来靶向,例如NKG2D配体α3结构域特异性抗体、细胞因子、组胺、TGF-β受体抑制剂等。

 

靶向NK细胞的抗体药物的成药性


编者:靶向NK细胞靶点的抗体药物成药性有哪些挑战?

 

邱博士:  如何获得正确的NKRM剂量是一个重要的问题。由于NKRM的效力,低剂量就可能导致细胞因子风暴。因此,NKRM在人体中首次使用时必须严格遵循MABEL(最低预期生物学效应水平)计算,以确保在临床中可以安全地增加剂量。

 

此外,NKRM给药的另一个问题是如果剂量不当,便可能导致NK细胞和肿瘤细胞以不平衡的方式被配对,因而影响疗效。最后,连续刺激NK细胞会导致NK细胞失能,因此NKRM剂量在患者体内需保持一个适当的浓度,以此来减少NK细胞失能所带来的困扰。

 

编者:我听说Tavotek 公司有一个非常新颖的NK细胞重定向分子抗体, 你能说明一下贵公司在开发过程中与其他公司的不同吗?其主要优势是什么? 

 

编者:  由于肿瘤组织的生理和理化屏障的复杂性,通常使用单药治疗难以发挥足够的药效。为了应对这个挑战,我们通过独有的TavoPrecise技术平台引入多种作用机制,使NK细胞重定向分子的功效增强。与传统的NKRM一样,我们的分子采用与肿瘤靶抗原的结合以及与活化NK细胞的结合。但是,我们还应用独特的技术来加强肿瘤组织的特异性。


同时,我们公司的新颖多抗还具有归巢组件,以增加肿瘤组织中的局部浓度。同时该分子还经过特别的蛋白工程设计,可以控制药代动力学以获得最大化的治疗指数。整体而言,我们目前研发的NKRM产品是有一类多特异性生物制剂,它们可在肿瘤微环境中驱动特异性和抗肿瘤功效,同时将全身系统性毒性降至最低。

 

结语

 

通过以上邱博士对NK疗法的一些独到看法和见解,我们知道NK细胞未来将会为治疗甚至治愈癌症展现出一个崭新的方向和契机。也许在不远的将来,NK疗法将会成为一个类似于目前CAR-T一样大爆发的新领域,这或许是Tavotek公司为何在NK细胞方面深耕的原因。

 

Tavotek公司的愿景是“创新疗法,健康未来”。虽然NK细胞领域的一些技术屏障目前依然尚未完全被攻破,但是我们相信和寄望Tavotek能够早突破、早成局。以邱博士深厚的功力来领导这场研发,相信Tavotek未来必然能够研发出更多治病救人的好药,从而让患者得到更多的新治疗选择。