NK細胞在腫瘤免疫治療中的可塑性

自然殺傷（NK）細胞對人類免疫的各個方面都至關重要，其通過直接細胞毒性或協調更廣泛的免疫反應發揮作用。NK細胞可以利用其固有的細胞毒性直接靶向和裂解腫瘤細胞，另外，某些NK細胞亞群還介導抗體依賴性細胞毒性（ADCC），這是多種抗體藥物發揮功能的基礎。

然而，許多研究表明，NK細胞具有很大的可塑性，可以響應外部信號改變其功能和表型。某些NK細胞亞群也顯示促進腫瘤微環境中血管生成、驅動炎癥和免疫逃避的作用。迄今為止，驅動腫瘤浸潤NK細胞獲得促腫瘤或抗腫瘤功能的信號尚不清楚。因此，了解TME中NK細胞可塑性如何影響NK細胞反應非常重要，理解NK細胞可塑性背后的機制可能有助于提高當前和未來基于NK細胞免疫治療的療效。

NK細胞是第一個被鑒定的先天性淋巴細胞（ILC）亞型，能對病毒感染和/或轉化的細胞產生多種效應器功能，主要是細胞殺傷和產生促炎細胞因子。NK細胞和其他ILC家族成員（—1型ILC（ILC1s）、ILC2s和ILC3s）與B細胞和T細胞來源于相同的淋巴祖細胞。NK細胞的細胞毒性活性使它們在功能上與CD8+T細胞最為相似，而ILC1、ILC2和ILC3群體的細胞因子生成模式將這些細胞分別對應CD4+T細胞的TH1、TH2和TH17亞群。

NK細胞的兩個最典型的亞群是CD56^BrightCD16-和CD56^dimCD16+群體。CD56^Bright細胞在外周血中的數量較少（循環中90%的NK細胞是CD56^dim），而組織中的NK細胞主要是CD56^Bright。CD56^Bright?NK細胞是強有力的細胞因子產生者，除非受到促炎性細胞因子如IL-15的刺激，否則細胞毒性較弱。相比之下，CD56^dim?NK細胞群可介導感染細胞和惡性細胞的連續殺傷，主要通過包含顆粒酶B和穿孔素的預先組裝的溶細胞顆粒在免疫突觸中的胞吐，最終誘導靶細胞凋亡。

除了兩種常規NK細胞亞群外，還描述了許多表型和轉錄獨特的NK細胞群。這些不同的NK表型主要存在于特定組織微環境中的各種組織駐留NK細胞（trNK）群體。與循環中的NK細胞相比，trNK亞群通常具有CD56^BrightEOMES^HiTBET^Lo表型。盡管具有CD56^Bright表型，但trNK細胞在一些關鍵方面與循環CD56^Bright細胞不同。首先，trNK細胞表達循環細胞上通常不存在的組織駐留標記。此外，trNK細胞通常對CCR7和CD62L呈陰性，這是循環中CD56^Bright細胞特征性表達的標記。功能上，trNK細胞通常細胞毒性差，其促炎細胞因子的產生是可變的。盡管已經報道了許多trNK亞群，但兩個trNK亞群經常用于描述腫瘤浸潤性NK細胞：蛻膜NK（dNK）和ieILC1s。

dNK細胞是一種特殊的trNK亞群，在妊娠期間的母體基底蛻膜中發現。表型上，大多數dNK細胞為CD56^BrightCD16-KIR+，而循環CD56^Bright細胞為KIR-。此外，dNK細胞表達TBET和EOME以及一系列組織駐留標記，包括CD9、CD49a和CD69。生理學上，dNK細胞通過滋養細胞侵襲和子宮內膜血管系統重塑對胎盤形成至關重要。dNK細胞產生一系列促血管生成因子，如血管內皮生長因子（VEGF）、胎盤生長因子（PIGF）和血管生成素-2（Ang-2）。此外，dNK細胞產生多種免疫調節細胞因子，如轉化生長因子β（TGF-β）、GM-CSF、IL-8和IL-10，細胞溶解性差。因此，顯示dNK樣表型的腫瘤浸潤NK細胞不太可能導致有益的疾病結果。

相反，ieILC1s代表了TME中可能觀察到的trNK表型的另一極端。其最初在扁桃體和腸道上皮層內發現，ieILC1s的特征為CD56+CD16-CD127-TBET+EOMES+。此外，ieILC1s特征性表達CXCR6和駐留標記CD49a、CD103、CD69。ieILC1s的功能特征與dNK細胞形成鮮明對比。具體而言，ieILC1s具有細胞毒性，產生細胞溶解分子顆粒酶B和穿孔素。此外，在用IL-15或IL-18刺激后，ieILC1s可產生與cNK細胞相當水平的IFN-γ。最近的一項研究發現，頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）患者的腫瘤浸潤ieILC1樣細胞具有強大的抗腫瘤功能。

在許多不同的腫瘤類型中觀察到具有獨特表型和功能特性的腫瘤浸潤NK細胞。這些腫瘤特異性NK細胞的特性與健康個體中發現的某些trNK群體具有顯著相似性。

例如，不同的研究小組描述了腫瘤組織中的dNK樣細胞。這些細胞與dNK一樣具有CD56^Bright表型，以及降低的促炎癥和細胞溶解能力，最重要的是產生促血管生成因子。事實上，已在非小細胞肺癌（NSCLC）患者中觀察到dNK樣細胞，體外試驗表明，這些dNK類細胞可誘導毛細血管樣結構的形成。此外，在浸潤性腎細胞癌、乳腺癌、黑色素瘤、結直腸癌和肺腺癌中也發現了類似的dNK樣細胞。鑒于這些細胞的促血管生成特性，dNK樣表型細胞的富集可能與患者預后呈負相關。

除了dNK樣表型外，一些研究報告了具有trNK樣特性但抗腫瘤功能增強的腫瘤浸潤NK細胞。這些細胞被描述為ieILC1樣細胞，因為它們與健康人的ieILC1細胞相似。在人類癌癥中，已報告結直腸和肺腫瘤組織中存在ieILC1s。這些ieILC1細胞表達高水平的細胞毒性和促炎基因。隨后的體外試驗顯示，它們對HNSCC腫瘤細胞具有強大的細胞溶解活性。

除了細胞毒性ieILC1群體外，研究還報道了功能失調的NK細胞亞群。分析表明腫瘤浸潤NK細胞可以沿著兩條不同的路徑進行。其中一種產生ieILC1表型和細胞毒性，而另一種則導致功能失調表型。然而，是什么支配這些腫瘤浸潤NK細胞發生這樣的變化仍有待發現。

TME內NK細胞可塑性的控制因素是一個對基于NK細胞免疫療法至關重要的問題。其可用于促進腫瘤浸潤NK細胞向抗腫瘤表型轉化，并減輕向促腫瘤表型轉化的可能性。

已經證實，TGF-β負責向淋巴細胞傳遞組織駐留特征，NK細胞以及其他先天性和適應性免疫亞群也是如此。例如，用TGF-β刺激cNK細胞可快速獲得組織駐留標記。在生理條件下，肝源性TGF-β對于維持肝臟NK表型非常重要。類似地，在妊娠期間的蛻膜中YE 發現TGF-β，對于建立dNK表型至關重要。TGF-β存在于各種癌癥實體中，多個研究現已證明，TGF-β信號是獲得trNK表型的關鍵驅動因素。

除TGF-β外， TME中富含的其它可溶性免疫調節分子，例如吲哚胺-2,3-雙加氧酶（IDO），炎癥介質前列腺素E2和糖蛋白glycodelin也影響NK細胞表型。有研究表明，IDO水平與NK細胞細胞毒性的喪失有關。類似地，TME中的腫瘤衍生前列腺素E2特異性調節NK功能，因此干擾更廣泛的抗腫瘤免疫應答。最有趣的是觀察到glycodelin刺激誘導外周血CD56^Bright細胞向dNK樣表型的變化，Glycodelin處理的CD56^Bright細胞上調dNK標記物CD9和CD49a，最重要的是產生促血管生成介質VEGF。這些效應僅在CD56^Bright細胞中觀察到。

TME中的ieILC1s是腫瘤浸潤NK細胞表型，保留抗腫瘤細胞毒性。有趣的是，ieILC1s已被證明對IL-15信號高度敏感。用人NK細胞進行的體外試驗顯示，IL-15對于ieILC1樣細胞的生成非常重要。除IL-15外，TME中還存在多種其他因子，可調節NK功能，使其具有抗腫瘤表型。此外，TME富含損傷相關分子模式（DAMP），NK細胞本身可以通過toll樣受體家族直接對各種DAMP作出反應。因此，TME內的DAMP可能會調節NK細胞功能，但這些信號如何調節NK細胞仍需要進一步研究。

總之，腫瘤浸潤NK細胞的命運決定可能是多種分泌和膜結合因子之間的復雜相互作用。也有可能的是，促腫瘤或抗腫瘤表型的可塑性取決于刺激和抑制信號之間平衡的變化。然而，幾乎沒有觀測或實驗證據來證明這一假設。因此，迫切需要進一步研究以確定TME信號與腫瘤浸潤NK細胞的最終表型之間的精確關系。

免疫耗竭是一種在T細胞生物學背景下表征和廣泛研究的現象。免疫耗竭的關鍵標志包括細胞毒性/細胞因子產生的減少和免疫抑制受體的上調。

事實上，腫瘤浸潤的NK細胞經常被觀察到具有降低的細胞溶解和細胞因子分泌能力。此外，發現來自各種癌癥實體的腫瘤浸潤NK細胞上調抑制性受體，如PD-1和TIM-3。與健康對照或瘤周樣品相比，肝癌患者腫瘤浸潤NK細胞中抑制性NK受體NKG2A增加。總的來說，這些觀察結果與免疫耗竭的定義一致。

NK細胞可塑性和耗竭的關系是該領域尚未解決的問題。NK細胞耗竭的表型與trNK表型有實質性重疊。此外，類似于NK細胞可塑性，TME中升高的免疫抑制分子與耗竭密切相關。因此，功能失調的trNK表型可能反映耗竭狀態。

近年來，通過體內內源性NK功能的調節或通過外源過繼性NK細胞治療，NK細胞免疫療法正處于癌癥治療發展的前沿。多項臨床試驗已經證明了各種NK細胞免疫療法的臨床潛力。然而，NK細胞是高度可塑性的群體，它們在進入TME時收到多種免疫抑制劑和免疫調節劑的影響。在這種情況下，NK細胞可塑性有可能將有效的抗腫瘤亞群推向可能有害的表型。因此，基于NK細胞的免疫治療需要考慮NK細胞的固有可塑性，設計最優的策略以促進有效表型或限制向有害表型轉變。

針對TGF-β信號傳導是一種有效的靶向途徑。一種常見的方法是對NK細胞進行基因修飾，使其表達負調節TGF-β受體，從而使NK細胞對TGF-β介導的信號傳導產生抗性。這些TGF-β抗性NK細胞在體外和體內均顯示出較高的抗腫瘤活性。一些臨床試驗正在以更有限的方式評估靶向TGF-β途徑的有效性和安全性（NCT04991870和NCT05040568）。

與阻斷抑制信號不同，一些研究旨在增加NK細胞中的刺激信號傳導。常見的例子是靶向IL-15途徑的方法，這是一個非常有吸引力的治療靶點。體外表達IL-15的抗CD19 CAR-NK細胞顯示出體外有效殺傷靶細胞能力并延長了體內存活時間。

在生理學上，NK細胞既可以作為調節者，協調組織重塑，誘導免疫耐受，也可以作為對抗感染和疾病的第一線防御者。因此，NK細胞被認為具有很強的功能和表型可塑性，能夠響應環境變化，顯著改變其行為和特性。在腫瘤組織中，已觀察到NK細胞具有促腫瘤和抗腫瘤的不同表型。

然而，TME內NK細胞可塑性的驅動因素尚不清楚。盡管已經確定了一些作用于腫瘤浸潤性NK細胞并促進某些表型的關鍵因素，但決定NK細胞命運轉變的精確信號仍有待確定。因此，有必要進一步深刻理解TME中NK細胞的可塑性，這有助于設計新的改進策略，以增強基于NK細胞的免疫治療方法。

參考文獻：

1.Plasticity of NK cells in Cancer. Front
Immunol.2022; 13: 888313.