NK細胞藥物開發的最新進展——對話Tavotek公司CSO Mark Chiu博士

2020-12-18 11:21:09 34
自然殺傷(NK)細胞是目前研究比較熱門的一個方向。作為機體中最重要的免疫細胞之一,NK細胞除了與抗腫瘤、 抗病毒感染和免疫調節有關外,它們還參與了超敏反應和自身免疫性疾病的發生。


此外,它們也能夠識別標靶細胞和殺傷介質,是抗癌功效最強的一種免疫細胞。隨著人們對NK細胞的認識越來越深入,它們也呈現出蓬勃的未來發展潛力。
 
為了給讀者朋友們深入淺出地介紹NK細胞療法的現狀和未來,編者訪問了Tavotek公司CSO  Mark Chiu博士
華夏基因


邱博士是全球蛋白質工程領域首屈一指的科學家,曾師從兩位諾貝爾獎獲得者,一位是理查德?恩斯特(Richard Ernst)教授,而另一位是沃納?阿爾伯 (Werner Arber) 教授。


此外,邱博士在強生和雅培負責新藥研發期間,曾一舉推出過多款明星級別的生物重磅藥物,如類克 (Remicade)、喜達諾 (Stelara)和達雷木(Darzalex)等。


這一次次璀璨的成功,都是基于他扎實的科學素養、豐富的知識結構和深厚的科研背景,邱博士對NK細胞的成藥性有著獨到的見解和看法,值得大家學習、參考和拓展。


基于NK細胞的腫瘤免疫治療極具潛力和前景


編者:您如何看待CAR-T和CAR-NK療法的發展前景?

 

邱博士:  CAR-T和CAR-NK療法的前景都很光明,但各有優缺點。迄今為止,自體CAR-T細胞(Autologous)是目前唯一基于CAR技術的商業化階段療法,其對血液腫瘤產生的療效明顯優于實體瘤。


然而,細胞因子釋放綜合征(CRS)和神經毒性是CAR-T療法的痛點。同種異體(Allogeneic)的“現貨型” CAR-T則是目前比較火的一個研發方向。

 

與之相反,CAR-NK細胞則是利用了NK細胞自身會受到各種激活和抑制受體調節的特性。此外,NK細胞還可滲透到全身各個組織。


盡管T細胞和NK細胞共享相同的靶抗原殺傷機制,但相較于T細胞需要時間來激活殺傷顆粒,NK細胞則已預先包裝好殺傷顆粒。


因此,NK細胞顆粒介導的通路一般可以非常快速和有效地殺死標靶細胞。但是與T細胞不同的是,NK細胞的缺點是不能高效地擴增和在體內持久存在。


不過,有時這也不一定是壞事。例如當腫瘤標靶抗原在正常組織上也能低水平表達時,由于NK細胞的壽命有限,因此對這些正常組織的毒性反而會相對較低。

 

盡管CAR-NK療法也可采用自體細胞,但同種異體的CAR-NK所需要的制備過程更為簡便。

華夏基因

NK細胞來源于與T細胞相同的免疫前體細胞,并具有許多相同的活性,但NK細胞不具有TCR。


因此,在作為同種異體療法使用時,CAR-NK療法不容易出現因與供體TCR不匹配而導致的GVHD風險。


目前有幾種方法可以開發“現貨型“的異體CAR-NK細胞,其中包括臍帶血或外周血來源的NK細胞、iPS來源的NK細胞,或淋巴瘤NK細胞系(例如NK-92)來源等。

 

我個人認為,CAR-T和CAR-NK細胞療法不應彼此排斥。目前一種較新的進展集中在寡聚化CAR設計的工程化改造上,CAR的設計將從現在的“親和力調整”(affinity tuning)擴展到“親合力調整”(avidity tuning)。


另外,盡管NK細胞通常不是腫瘤中最主要的免疫細胞群體,但其可以吸引T細胞浸潤并分泌細胞因子和趨化因子來引發炎癥反應。


在實體瘤患者中,將NK細胞與注入的抗腫瘤T細胞結合起來,可將免疫細胞的攻擊范圍擴大到腫瘤抗原低表達的腫瘤細胞。


目前已有一些實例證明,在使用CAR-NK細胞進行預處理后,可以改善CAR-T細胞腫瘤浸潤和抗癌活性。


因此,引入CAR-NK細胞并用,可以減少腫瘤負荷并降低CAR-T細胞的毒性風險,而T細胞的高增殖潛能和持久性則可以消除殘留的腫瘤病灶。


編者:近年來, 靶向NK細胞靶點的藥物研究變得非常火熱,你覺得最主要原因是什么?

 

邱博士:  NK細胞在先天性免疫系統(Innate Immunity)中具有獨特作用。當NK細胞遇到潛在的靶細胞并被激活時,它們會與靶細胞形成突觸,并通過微管將裂解顆粒輸送至結合突觸。


值得注意的是,單個顆粒的釋放便足以殺死靶細胞。NK細胞除了具有細胞殺傷功能外,它們還可分泌多種影響其他免疫細胞活性的細胞因子、趨化因子和生長因子。

 

由于NK細胞具有多種作用機制來殺死腫瘤細胞,因此其產生抗藥的可能性較小。


目前對NK細胞重定向藥物研究的火熱,源自于其更高的療效和相對于細胞療法有著更少的輸液反應和GVHD問題。目前國外已有多家生物技術公司在這一領域上積極發力,例如Innate Pharma, Affimed, Allligator Biosciences, Compass 和 Cytovia公司等等。 

 

不同策略的利弊優劣


編者:NK 重定向與CD3 重定向的藥物相比的最主要利弊是什么?

 

邱博士:  NK細胞重定向和CD3 T細胞重定向藥物都能夠殺死癌細胞,但也面臨著相同的挑戰,即如何更有效地靶向病變細胞,尤其是穿透實體瘤并盡可能避免引發細胞因子風暴。

 

CD3 T細胞重定向抗體的優勢在于, 它可以與血液中較高水平的T細胞結合,從而實現標靶抗原的激活和消除。因為沒有MHC限制,所以CD3 T細胞重定向抗體具有更多的抗腫瘤細胞活性。


新抗體藥設計的重點在于通過改造腫瘤標靶的親和力和T細胞CD3激活來調節T細胞重定向的活性。但令人擔憂的是,一旦激活了T細胞重定向,持久的T細胞激活也可能會導致對正常組織進行攻擊而產生毒性。

 

NK細胞比T細胞具有更快的殺傷效應,這對于腫瘤快速惡變的患者來說是非常重要的。


此外,由于NK細胞激活受體和抑制受體間的信號需要更多平衡,因而在腫瘤外部持續激活NK細胞的可能性較低,從而較少會引發所謂的“旁觀者毒性”(Bystander Toxicity)。


最后,NK細胞的存活和發育主要依賴于多個細胞因子。因此需要通過加入這些細胞因子來促進NK細胞增殖和存活,這點使得在設計NK重定向抗體時比T細胞重定向時稍顯復雜。

 

編者:體外激活NK細胞輸入治療和抗體激活NK細胞那種治療更具優勢?

 

邱博士:  CAR-NK和NK細胞重定向分子(NK Redirection Molecules, NKRM)背后的總體治療策略是相同的,都是利用NK細胞的細胞毒性功能靶向并殺死腫瘤細胞。但是,這兩種技術差異很大。NKRM與CAR-NK技術間的一個主要區別是NKRM是與異質的NK細胞結合,而CAR-NK細胞則采用更為均質的工程化NK細胞群體。

 

人體各種組織中的NK細胞具有多種不同特征,它們都與其周圍的基質細胞有著密切相關的互動。循環的NK細胞包含CD56 dim(多數NK細胞)和CD56 bright亞群,每個亞群表達不同水平的CD16,CD49a和CD69。因此,NKRMs具有與不同NK細胞亞群反應相關的腫瘤殺傷活性。

 

然而,由于目前制造技術的局限性,當前使用的CAR-T療法一般只會給藥一次(或最多兩次);盡管它們或可在體內持續頗長時間,但毒性風險也相對更高。此外,CAR-T產品本身是由好幾種不同CAR表達的T細胞亞型組成的異質混合物。CAR-NK目前的CMC信息不多,但我推測應該和CAR-T也是大同小異。

 

NKRM在制備簡便性、產品一致性和劑量控制方面都具有更多“實用性”的優勢。這使得它在需要或優選多次給藥的情況下,對于也能在正常組織上表達的腫瘤靶抗原尤其重要。當需要嚴格控制治療劑量以限制靶標和脫靶毒性時,NKRM在劑量滴定和控制藥物體內暴露量方面,都具有明顯優勢。

 

聊聊研究進展


編者:針對NK細胞表面靶點,目前有哪些抗體藥物正在開發?有哪些進展?

 

邱博士:  目前針對NK細胞的靶點包括CD16(亦稱FcγRIIIA)、NKG2D、SLAM家族成員、DNAM-1(CD226),以及天然細胞毒性受體NKp30、NKp44和NKp46等等。

 

如果不受抑制性受體的控制,被長期刺激的NK細胞會變得失能。成熟的NK細胞在遇到完整的自身MHC時會被抑制,而如果MHC被改變或下調,則抑制作用會被解除。不過,KIR介導的抑制不是絕對的,它可以通過強烈的激活刺激來克服。此外,使用一些免疫受體抑制劑,例如抗KIR,抗PD-1,抗NKG2A等,便可阻斷這些抑制性檢查點分子,并通過誘導共刺激受體表達(例如,NKG2D配體α3結構域特異性抗體,細胞因子,去甲基化劑,組胺,TGF -β受體抑制劑等)來激活共刺激性信號,這樣便可恢復NK細胞的抗腫瘤活性。

 

TIGIT(亦稱WUCAM或Vstm3)也可抑制T細胞和NK細胞的活化。TIGIT可以干擾DNAM-1形成順式同源二聚體,從而導致形成異種二聚體;用單抗阻斷TIGIT可增強NK和T細胞的活性。另一方面,NKG2A抑制NK細胞的強大能力意味著阻斷NKG2A便可有效地恢復NK細胞的活性。

 

此外, CD226(亦稱PTA-1或DNAM-1)是在NK細胞上表達的活化免疫受體,具有細胞溶解活性和淋巴因子分泌功能。CD226通過與PVR(CD155)、Nectin-2、CD96和TIGIT相互作用來調節NK細胞的功能。在小鼠模型中,CD226活性的增強可以減少肺轉移和抑制腫瘤生長。

 

編者:以NK細胞表面活化受體CD16和NKG2D為靶點的雙特異性分子,可以靶向NK細胞識別并殺傷腫瘤細胞的機理是什么?

 

邱博士:  CD16是一種低親和力的Fc受體,可通過基于免疫受體酪氨酸的活化基序(ITAM)介導抗體依賴性細胞毒性(ADCC)。CD16也是唯一可以在沒有共刺激受體的情況下被激活的NK活化受體。NKRMs是利用靶標結合親合力來激活CD16。盡管NK細胞的激活可產生有效的細胞殺傷活性,但是過度激活會導致持續性的殺傷,因而引發Bystander毒性。所以業界一直積極地尋找替代性的NK標靶。

 

癌細胞可以下調MHC分子并表達激活NK細胞受體的配體。這類受體之一是NKG2D,它是在NK細胞上表達并可以觸發細胞毒性的活化免疫受體。NKG2D可以結合腫瘤細胞配體,例如MHC I類多肽相關序列A(MICA),MICB和幾種UL16結合蛋白(ULBP)等。NK細胞與這些細胞的結合使它們更容易受到免疫殺傷。但是,這些配體僅與NKG2D結合并不足以觸發NK細胞的活性。相反,NKG2D對NK細胞的激活取決于諸如DNAM1(CD226)、2B4(CD244)、4-1BB(CD137)和OX40(CD134)等的共同刺激。誘導激活受體及其配體可以通過某些潛在策略來靶向,例如NKG2D配體α3結構域特異性抗體、細胞因子、組胺、TGF-β受體抑制劑等。

 

靶向NK細胞的抗體藥物的成藥性


編者:靶向NK細胞靶點的抗體藥物成藥性有哪些挑戰?

 

邱博士:  如何獲得正確的NKRM劑量是一個重要的問題。由于NKRM的效力,低劑量就可能導致細胞因子風暴。因此,NKRM在人體中首次使用時必須嚴格遵循MABEL(最低預期生物學效應水平)計算,以確保在臨床中可以安全地增加劑量。

 

此外,NKRM給藥的另一個問題是如果劑量不當,便可能導致NK細胞和腫瘤細胞以不平衡的方式被配對,因而影響療效。最后,連續刺激NK細胞會導致NK細胞失能,因此NKRM劑量在患者體內需保持一個適當的濃度,以此來減少NK細胞失能所帶來的困擾。

 

編者:我聽說Tavotek 公司有一個非常新穎的NK細胞重定向分子抗體, 你能說明一下貴公司在開發過程中與其他公司的不同嗎?其主要優勢是什么? 

 

編者:  由于腫瘤組織的生理和理化屏障的復雜性,通常使用單藥治療難以發揮足夠的藥效。為了應對這個挑戰,我們通過獨有的TavoPrecise技術平臺引入多種作用機制,使NK細胞重定向分子的功效增強。與傳統的NKRM一樣,我們的分子采用與腫瘤靶抗原的結合以及與活化NK細胞的結合。但是,我們還應用獨特的技術來加強腫瘤組織的特異性。


同時,我們公司的新穎多抗還具有歸巢組件,以增加腫瘤組織中的局部濃度。同時該分子還經過特別的蛋白工程設計,可以控制藥代動力學以獲得最大化的治療指數。整體而言,我們目前研發的NKRM產品是有一類多特異性生物制劑,它們可在腫瘤微環境中驅動特異性和抗腫瘤功效,同時將全身系統性毒性降至最低。

 

結語

 

通過以上邱博士對NK療法的一些獨到看法和見解,我們知道NK細胞未來將會為治療甚至治愈癌癥展現出一個嶄新的方向和契機。也許在不遠的將來,NK療法將會成為一個類似于目前CAR-T一樣大爆發的新領域,這或許是Tavotek公司為何在NK細胞方面深耕的原因。

 

Tavotek公司的愿景是“創新療法,健康未來”。雖然NK細胞領域的一些技術屏障目前依然尚未完全被攻破,但是我們相信和寄望Tavotek能夠早突破、早成局。以邱博士深厚的功力來領導這場研發,相信Tavotek未來必然能夠研發出更多治病救人的好藥,從而讓患者得到更多的新治療選擇。


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