Естественные клетки-киллеры , также известные как NK-клетки , представляют собой тип цитотоксических лимфоцитов, критически важных для врожденной иммунной системы . Они являются разновидностью больших гранулярных лимфоцитов [1] [2] (LGL) и принадлежат к быстро растущему семейству известных врожденных лимфоидных клеток (ILC) и составляют 5–20 % всех циркулирующих лимфоцитов у людей. [3] Роль NK-клеток аналогична роли цитотоксических Т-клеток в адаптивном иммунном ответе позвоночных . NK-клетки обеспечивают быстрые ответы на инфицированные вирусом клетки, стрессовые клетки, опухолевые клетки и другие внутриклеточные патогены на основе сигналов от нескольких активирующих и ингибирующих рецепторов. Большинство иммунных клеток обнаруживают антиген, представленный на главном комплексе гистосовместимости I (MHC-I) на поверхности инфицированных клеток, но NK-клетки могут распознавать и убивать стрессовые клетки в отсутствие антител и MHC, что позволяет гораздо быстрее реагировать на иммунную реакцию. Их назвали «естественными киллерами» из-за того, что им не требуется активация для уничтожения клеток, в которых отсутствуют «собственные» маркеры MHC класса I. [ 4] Эта роль особенно важна, поскольку вредоносные клетки, в которых отсутствуют маркеры MHC I, не могут быть обнаружены и уничтожены другими иммунными клетками, такими как Т-лимфоциты.
NK-клетки можно идентифицировать по наличию CD56 и отсутствию CD3 (CD56 + , CD3 − ). [5] NK-клетки дифференцируются из общего врожденного лимфоидного предшественника CD127 + , [6] который находится ниже общего лимфоидного предшественника , из которого также происходят В- и Т-лимфоциты . [6] [7] Известно, что NK-клетки дифференцируются и созревают в костном мозге , лимфатических узлах , селезенке , миндаликах и тимусе , где они затем попадают в кровоток. [8] NK-клетки отличаются от естественных клеток-киллеров Т (NKT) фенотипически, по происхождению и по соответствующим эффекторным функциям; часто активность NKT-клеток стимулирует активность NK-клеток путем секреции интерферона гамма . В отличие от NKT-клеток, NK-клетки не экспрессируют рецепторы антигенов Т-клеток (TCR) или пан-маркеры Т CD3 или поверхностные иммуноглобулины (Ig) рецепторов В-клеток , но они обычно экспрессируют поверхностные маркеры CD16 (FcγRIII) и CD57 у людей, NK1.1 или NK1.2 у мышей C57BL/6 . Маркер клеточной поверхности NKp46 в настоящее время представляет собой еще один предпочтительный маркер NK-клеток, экспрессируемый как у людей, так и у нескольких штаммов мышей (включая мышей BALB/c ) и у трех распространенных видов обезьян. [9] [10]
За пределами врожденного иммунитета как активирующие, так и ингибирующие рецепторы NK-клеток играют важную функциональную роль в самотолерантности и поддержании активности NK-клеток. NK-клетки также играют роль в адаптивном иммунном ответе : [11] многочисленные эксперименты продемонстрировали их способность легко приспосабливаться к непосредственному окружению и формировать антиген-специфическую иммунологическую память , фундаментальную для реагирования на вторичные инфекции с тем же антигеном. [12] Роль NK-клеток как во врожденном, так и в адаптивном иммунном ответе становится все более важной в исследованиях, использующих активность NK-клеток в качестве потенциальной терапии рака и терапии ВИЧ. [13] [14]
В ранних экспериментах по клеточно-опосредованной цитотоксичности против опухолевых клеток-мишеней, как у онкологических больных, так и у животных моделей, исследователи постоянно наблюдали то, что называлось «естественной» реактивностью; то есть, определенная популяция клеток, казалось, была способна уничтожать опухолевые клетки, не будучи предварительно сенсибилизированной к ним. Первое опубликованное исследование, утверждающее, что необработанные лимфоидные клетки способны давать естественный иммунитет к опухолям, было проведено доктором Генри Смитом в Медицинской школе Университета Лидса в 1966 году [15] , что привело к выводу, что «феномен, по-видимому, является выражением защитных механизмов против роста опухоли, присутствующих у нормальных мышей». Другие исследователи также делали похожие наблюдения, но поскольку эти открытия не соответствовали устоявшейся модели в то время, многие изначально считали эти наблюдения артефактами. [16]
К 1973 году активность «естественного убийства» была установлена среди большого количества видов, и существование отдельной линии клеток, обладающих этой способностью, было постулировано. Открытие того, что уникальный тип лимфоцитов отвечает за «естественную» или спонтанную цитотоксичность, было сделано в начале 1970-х годов докторантом Рольфом Кисслингом и постдокторантом Хью Проссом на мышах [17] и Хью Проссом и докторантом Микаэлем Йондалом на людях. [18] [19] Работа на мышах и людях проводилась под руководством профессоров Евы Кляйн и Ганса Вигцелла, соответственно, из Каролинского института в Стокгольме. Исследования Кисслинга включали хорошо охарактеризованную способность Т-лимфоцитов атаковать опухолевые клетки, против которых они были ранее иммунизированы. Просс и Йондал изучали клеточно-опосредованную цитотоксичность в нормальной крови человека и влияние удаления различных клеток, несущих рецепторы, на эту цитотоксичность. Позже в том же году Рональд Герберман опубликовал схожие данные относительно уникальной природы мышиных эффекторных клеток. [20] Человеческие данные были подтверждены, по большей части, Уэстом и др. [21] с использованием схожих методов и той же линии эритролейкозных клеток-мишеней, K562 . K562 очень чувствителен к лизису человеческими NK-клетками, и на протяжении десятилетий анализ высвобождения хрома K562 51 стал наиболее часто используемым анализом для обнаружения функциональной активности человеческих NK-клеток. [22] Его почти универсальное использование означало, что экспериментальные данные могут легко сравниваться различными лабораториями по всему миру.
Используя прерывистое центрифугирование плотности, а позднее и моноклональные антитела , естественная способность убивать была сопоставлена с подмножеством больших гранулярных лимфоцитов, известных сегодня как NK-клетки. Демонстрация того, что изолированные градиентом плотности большие гранулярные лимфоциты отвечают за активность человеческих NK, сделанная Тимоненом и Сакселой в 1980 году [23] , была первым случаем, когда NK-клетки были визуализированы микроскопически, и стала крупным прорывом в этой области.
NK-клетки можно классифицировать как CD56 bright или CD56 dim . [24] [25] [5] CD56 bright NK-клетки похожи на Т-хелперные клетки в оказании своего влияния путем высвобождения цитокинов . [25] CD56 bright NK-клетки составляют большинство NK-клеток, обнаруживаясь в костном мозге, вторичной лимфоидной ткани, печени и коже. [5] CD56 bright NK-клетки характеризуются преимущественным уничтожением высокопролиферативных клеток, [26] и, таким образом, могут играть иммунорегуляторную роль. CD56 dim NK-клетки в основном обнаруживаются в периферической крови , [5] и характеризуются способностью убивать клетки. [25] CD56 dim NK-клетки всегда являются CD16- положительными (CD16 является ключевым медиатором антителозависимой клеточной цитотоксичности , или ADCC). [25] CD56 bright может перейти в CD56 dim , приобретя CD16. [5]
NK-клетки могут уничтожать инфицированные вирусом клетки посредством опосредованной CD16 ADCC. [27] У всех пациентов с коронавирусной болезнью 2019 года (COVID-19) наблюдаются истощенные яркие NK-клетки CD56, но тусклые CD56 истощены только у пациентов с тяжелой формой COVID-19. [27]
Рецепторы NK-клеток также можно дифференцировать на основе функции. Рецепторы естественной цитотоксичности напрямую вызывают апоптоз (смерть клетки) после связывания с лигандом Fas , который напрямую указывает на инфицирование клетки. Рецепторы, независимые от MHC (описанные выше), используют альтернативный путь для индукции апоптоза в инфицированных клетках. Активация естественных клеток-киллеров определяется балансом стимуляции ингибирующего и активирующего рецепторов. Например, если сигнал ингибирующего рецептора более выражен, то активность NK-клеток будет ингибироваться; аналогично, если активирующий сигнал является доминирующим, то произойдет активация NK-клеток. [28]
Типы рецепторов NK-клеток (включая ингибирующие, а также некоторые активирующие члены) различаются по структуре, вот несколько примеров:
NK-клетки цитотоксичны ; небольшие гранулы в их цитоплазме содержат белки, такие как перфорин и протеазы, известные как гранзимы . При высвобождении в непосредственной близости от клетки, предназначенной для уничтожения, перфорин образует поры в клеточной мембране клетки-мишени, создавая водный канал, через который могут проникать гранзимы и связанные с ними молекулы, вызывая либо апоптоз , либо осмотический лизис клеток. Различие между апоптозом и лизисом клеток важно в иммунологии : лизис инфицированной вирусом клетки может потенциально высвободить вирионы , тогда как апоптоз приводит к разрушению вируса внутри. α-дефензины , антимикробные молекулы, также секретируются NK-клетками и напрямую убивают бактерии, разрушая их клеточные стенки способом, аналогичным тому, что делают нейтрофилы . [8]
Инфицированные клетки обычно опсонизируются антителами для обнаружения иммунными клетками. Антитела, которые связываются с антигенами, могут распознаваться рецепторами FcγRIII ( CD16 ), экспрессируемыми на NK-клетках, что приводит к активации NK, высвобождению цитолитических гранул и последующему апоптозу клеток . Это основной механизм уничтожения некоторых моноклональных антител, таких как ритуксимаб (ритуксан) , офатумумаб (аззера) и другие. Вклад антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности в уничтожение опухолевых клеток можно измерить с помощью специального теста, который использует NK-92 , бессмертную линию NK-подобных клеток, лицензированную NantKwest, Inc.: реакция клеток NK-92, которые были трансфицированы высокоаффинным рецептором Fc, сравнивается с реакцией «дикого типа» NK-92, который не экспрессирует рецептор Fc. [33]
Цитокины играют решающую роль в активации NK-клеток. Поскольку это стрессовые молекулы, высвобождаемые клетками при вирусной инфекции, они служат для подачи сигнала NK-клетке о наличии вирусных патогенов в пораженной области. Цитокины, участвующие в активации NK, включают IL-12 , IL-15 , IL-18 , IL-2 и CCL5 . NK-клетки активируются в ответ на интерфероны или цитокины, вырабатываемые макрофагами. Они служат для сдерживания вирусных инфекций, в то время как адаптивный иммунный ответ генерирует антигенспецифические цитотоксические Т-клетки , которые могут устранить инфекцию. NK-клетки работают для контроля вирусных инфекций, секретируя IFNγ и TNFα . IFNγ активирует макрофаги для фагоцитоза и лизиса, а TNFα действует, способствуя прямому уничтожению опухолевых клеток NK. Пациенты с дефицитом NK-клеток оказываются очень восприимчивыми к ранним фазам инфекции вируса герпеса. [Необходима ссылка]
Для того, чтобы NK-клетки защищали организм от вирусов и других патогенов , им требуются механизмы, которые позволяют определить, инфицирована ли клетка или нет. Точные механизмы остаются предметом текущих исследований, но считается, что в них участвует распознавание состояния «измененного себя». Для контроля своей цитотоксической активности NK-клетки обладают двумя типами поверхностных рецепторов : активирующими рецепторами и ингибирующими рецепторами, включая иммуноглобулин-подобные рецепторы клеток-киллеров . Большинство из этих рецепторов не являются уникальными для NK-клеток и могут присутствовать также в некоторых подгруппах Т-клеток .
Ингибирующие рецепторы распознают аллели MHC класса I , что может объяснить, почему NK-клетки преимущественно убивают клетки, обладающие низким уровнем молекул MHC класса I. Этот режим взаимодействия NK-клеток с мишенью известен как «отсутствующее самораспознавание», термин, введенный Класом Карре и его коллегами в конце 90-х годов. Молекулы MHC класса I являются основным механизмом, с помощью которого клетки демонстрируют вирусные или опухолевые антигены цитотоксическим Т-клеткам. Распространенная эволюционная адаптация к этому наблюдается как у внутриклеточных микробов , так и у опухолей: хроническая понижающая регуляция молекул MHC I, что делает пораженные клетки невидимыми для Т-клеток, позволяя им избегать иммунитета, опосредованного Т-клетками. NK-клетки, по-видимому, развились как эволюционный ответ на эту адаптацию (потеря MHC устраняет действие CD4/CD8, поэтому для выполнения этой функции развилась другая иммунная клетка). [34]
Естественные клетки-киллеры часто лишены антигенспецифических поверхностных рецепторов клеток, поэтому являются частью врожденного иммунитета, то есть способны реагировать немедленно без предварительного воздействия патогена. Как у мышей, так и у людей можно увидеть, что NK играют роль в иммунологическом надзоре за опухолями, напрямую вызывая гибель опухолевых клеток (NK действуют как цитолитические эффекторные лимфоциты), даже при отсутствии молекул поверхностной адгезии и антигенных пептидов. Эта роль NK-клеток имеет решающее значение для успеха иммунной системы, особенно потому, что Т-клетки не способны распознавать патогены при отсутствии поверхностных антигенов. [4] Обнаружение опухолевых клеток приводит к активации NK-клеток и последующей выработке и высвобождению цитокинов.
Если опухолевые клетки не вызывают воспаления, они также будут рассматриваться как собственные и не будут вызывать ответ Т-клеток. NK-клетки продуцируют ряд цитокинов, включая фактор некроза опухоли α ( TNFα ), IFNγ и интерлейкин ( IL-10 ). TNFα и IL-10 действуют как провоспалительные и иммунодепрессанты соответственно. Активация NK-клеток и последующее производство цитолитических эффекторных клеток воздействуют на макрофаги , дендритные клетки и нейтрофилы , что впоследствии обеспечивает антигенспецифические ответы Т- и В-клеток. Вместо того чтобы действовать через антигенспецифические рецепторы, лизис опухолевых клеток NK-клетками опосредуется альтернативными рецепторами, включая NKG2D , NKp44, NKp46, NKp30 и DNAM. [28] NKG2D — это дисульфидный гомодимер , который распознает ряд лигандов, включая ULBP и MICA , которые обычно экспрессируются на опухолевых клетках. Роль интерфейса дендритные клетки—NK-клетки в иммунобиологии была изучена и определена как критически важная для понимания сложной иммунной системы. [ необходима цитата ]
NK-клетки, наряду с макрофагами и несколькими другими типами клеток, экспрессируют молекулу Fc-рецептора (FcR) (FC-gamma-RIII = CD16), активирующий биохимический рецептор , который связывает Fc- часть антител класса IgG . Это позволяет NK-клеткам нацеливаться на клетки, против которых был гуморальный ответ , и лизировать клетки посредством антителозависимой цитотоксичности (ADCC). Этот ответ зависит от сродства Fc-рецептора, экспрессируемого на NK-клетках, который может иметь высокое, промежуточное и низкое сродство к Fc-части антитела. Это сродство определяется аминокислотой в положении 158 белка, которая может быть фенилаланином (аллель F) или валином (аллель V). Лица с высоким сродством FcRgammRIII (аллель 158 V/V) лучше реагируют на терапию антителами. Это было показано для пациентов с лимфомой, которым было назначено антитело Ритуксан. Пациенты, экспрессирующие аллель 158 V/V, показали лучший противоопухолевый ответ. Только 15–25% популяции экспрессируют аллель 158 V/V. Чтобы определить вклад моноклональных антител в ADCC, клетки NK-92 («чистая» линия NK-клеток) были трансфицированы геном для высокоаффинного FcR.
Естественные клетки-киллеры (NK-клетки) и макрофаги играют важную роль в уничтожении стареющих клеток . [35] Естественные клетки-киллеры напрямую убивают стареющие клетки и вырабатывают цитокины , которые активируют макрофаги, удаляющие стареющие клетки. [35]
Естественные клетки-киллеры могут использовать рецепторы NKG2D для обнаружения стареющих клеток и убивать эти клетки с помощью цитолитического белка перфорина , формирующего поры . [36] Цитотоксические Т-лимфоциты CD8+ также используют рецепторы NKG2D для обнаружения стареющих клеток и способствуют убийству, подобному NK-клеткам. [36] Например, у пациентов с болезнью Паркинсона уровни естественных клеток-киллеров повышаются, поскольку они разрушают агрегаты альфа-синуклеина, разрушают стареющие нейроны и ослабляют нейровоспаление лейкоцитами в центральной нервной системе. [37]
Способность генерировать клетки памяти после первичной инфекции и последующая быстрая иммунная активация и ответ на последующие инфекции тем же антигеном являются основополагающими для роли, которую Т- и В-клетки играют в адаптивном иммунном ответе. В течение многих лет NK-клетки считались частью врожденной иммунной системы. Однако в последнее время все больше данных свидетельствуют о том, что NK-клетки могут демонстрировать несколько особенностей, которые обычно приписываются адаптивным иммунным клеткам (например, реакции Т-клеток), такие как динамическое расширение и сокращение подмножеств, увеличение продолжительности жизни и форма иммунологической памяти, характеризующаяся более мощным ответом при вторичном столкновении с тем же антигеном. [38] [39] На мышах большинство исследований проводилось с мышиным цитомегаловирусом (MCMV) и на моделях реакций гиперчувствительности к гаптену. В частности, в модели MCMV были обнаружены защитные функции памяти NK-клеток, индуцированных MCMV [40] , и было продемонстрировано, что прямое распознавание лиганда MCMV m157 рецептором Ly49 имеет решающее значение для генерации адаптивных ответов NK-клеток. [40] У людей большинство исследований было сосредоточено на расширении подмножества NK-клеток, несущих активирующий рецептор NKG2C ( KLRC2 ). Такие расширения наблюдались в первую очередь в ответ на цитомегаловирус человека (HCMV), [41], но также и при других инфекциях, включая хантавирус , вирус чикунгунья , ВИЧ или вирусный гепатит . Однако вызывают ли эти вирусные инфекции расширение адаптивных NKG2C+ NK-клеток или другие инфекции приводят к повторной активации латентного HCMV (как предполагалось для гепатита [42] ), остается областью изучения. Примечательно, что недавние исследования показывают, что адаптивные NK-клетки могут использовать активирующий рецептор NKG2C ( KLRC2 ) для прямого связывания с пептидными антигенами, полученными из человеческого цитомегаловируса , и отвечать на распознавание пептидов активацией, расширением и дифференциацией [43] , что является механизмом реагирования на вирусные инфекции, который ранее был известен только для Т-клеток адаптивной иммунной системы .
Поскольку большинство беременностей происходит у двух родителей, ткани которых не совпадают, успешная беременность требует подавления иммунной системы матери . Считается, что NK-клетки являются важным типом клеток в этом процессе. [44] Эти клетки известны как « маточные NK-клетки » (uNK-клетки), и они отличаются от периферических NK-клеток. Они находятся в подгруппе CD56 bright NK-клеток, обладающих высокой секрецией цитокинов, но с низкой цитотоксической способностью и относительно похожих на периферические CD56 bright NK-клетки, с несколько иным профилем рецепторов. [44] Эти uNK-клетки являются наиболее многочисленными лейкоцитами, присутствующими в матке на ранних сроках беременности, представляя около 70% лейкоцитов здесь, но то, откуда они берутся, остается спорным. [45]
Эти NK-клетки обладают способностью вызывать цитотоксичность клеток in vitro , но на более низком уровне, чем периферические NK-клетки, несмотря на содержание перфорина . [46] Отсутствие цитотоксичности in vivo может быть связано с наличием лигандов для их ингибирующих рецепторов. Клетки трофобласта подавляют HLA-A и HLA-B , чтобы защититься от гибели, опосредованной цитотоксическими Т-клетками . Обычно это запускает NK-клетки, не распознавая себя; однако эти клетки выживают. Считается, что избирательное удержание HLA-E (который является лигандом для рецептора ингибитора NK-клеток NKG2A ) и HLA-G (который является лигандом для рецептора ингибитора NK-клеток KIR2DL4 ) трофобластом защищает его от смерти, опосредованной NK-клетками. [44]
Маточные NK-клетки не показали значительной разницы у женщин с повторными выкидышами по сравнению с контрольной группой. Однако у женщин с повторными выкидышами наблюдается более высокий процент периферических NK-клеток, чем в контрольной группе. [47]
NK-клетки секретируют высокий уровень цитокинов, которые помогают опосредовать их функцию. NK-клетки взаимодействуют с HLA-C для выработки цитокинов, необходимых для трофобластической пролиферации. Некоторые важные цитокины, которые они секретируют, включают TNF-α , IL-10 , IFN-γ , GM-CSF и TGF-β , среди прочих. [44] Например, IFN-γ расширяет и истончает стенки спиральных артерий матери , чтобы усилить приток крови к месту имплантации. [48]
Сбрасывая ложные растворимые лиганды NKG2D , опухолевые клетки могут избегать иммунных реакций. Эти растворимые лиганды NKG2D связываются с рецепторами NKG2D NK-клеток, активируя ложный ответ NK и, следовательно, создавая конкуренцию за рецепторный участок. [4] Этот метод уклонения встречается при раке простаты . Кроме того, опухоли рака простаты могут уклоняться от распознавания клетками CD8 из-за их способности подавлять экспрессию молекул MHC класса 1. Этот пример иммунного уклонения фактически подчеркивает важность NK-клеток в наблюдении за опухолями и ответе, поскольку клетки CD8 могут, следовательно, действовать на опухолевые клетки только в ответ на инициированную NK выработку цитокинов (адаптивный иммунный ответ). [49]
Экспериментальное лечение с использованием NK-клеток привело к чрезмерному производству цитокинов и даже септическому шоку . Истощение воспалительного цитокина интерферона гамма обратило эффект. [ необходима цитата ]
Сообщалось, что инфильтрирующие опухоль NK-клетки играют решающую роль в содействии гибели клеток, вызванной лекарственными средствами, при тройном негативном раке молочной железы у человека. [50] Поскольку NK-клетки распознают клетки-мишени, когда они экспрессируют чужеродные антигены HLA (но не собственные), аутологичные (собственные пациенту) инфузии NK-клеток не показали никаких противоопухолевых эффектов. Вместо этого исследователи работают над использованием аллогенных клеток из периферической крови, что требует удаления всех Т-клеток перед инфузией пациентам, чтобы исключить риск реакции «трансплантат против хозяина» , которая может быть фатальной. Этого можно достичь с помощью иммуномагнитной колонки (CliniMACS). Кроме того, из-за ограниченного количества NK-клеток в крови (только 10% лимфоцитов являются NK-клетками), их количество необходимо увеличить в культуре. Это может занять несколько недель, и выход зависит от донора.
Химерные антигенные рецепторы (CAR) — это генетически модифицированные рецепторы, нацеленные на антигены клеточной поверхности , которые обеспечивают ценный подход к повышению эффективности эффекторных клеток. CAR вызывают высокоаффинное связывание эффекторных клеток, несущих эти рецепторы, с клетками, экспрессирующими целевой антиген, тем самым снижая порог клеточной активации и индуцируя эффекторные функции. [51]
CAR T-клетки в настоящее время являются довольно известным методом клеточной терапии . Однако более широкое использование ограничено несколькими фундаментальными проблемами: Высокая стоимость терапии CAR T-клеток, что обусловлено необходимостью создания специфических CAR T-клеток для каждого пациента; необходимость использования только аутологичных T-клеток из-за высокого риска РТПХ при использовании аллогенных T-клеток; невозможность реинфузии CAR T-клеток, если у пациента происходит рецидив или наблюдается низкая выживаемость CAR T-клеток; CAR T-терапия также имеет высокую токсичность, в основном из-за продукции IFN-γ и последующей индукции CRS ( синдром высвобождения цитокинов ) и/или нейротоксичности . [52]
Использование CAR NK-клеток не ограничивается необходимостью создания клеток, специфичных для пациента, и в то же время GvHD не вызывается NK-клетками, что устраняет необходимость в аутологичных клетках. [53] Токсические эффекты CAR T-терапии, такие как CSR, не наблюдались при использовании CAR NK-клеток. Таким образом, NK-клетки считаются интересным вариантом «готового» продукта. По сравнению с CAR T-клетками, CAR NK-клетки сохраняют неизменную экспрессию рецепторов, активирующих NK-клетки. Таким образом, NK-клетки распознают и убивают опухолевые клетки, даже если из-за стратегии избегания опухоли на опухолевых клетках экспрессия лиганда для рецептора CAR снижается. [52]
NK-клетки, полученные из пуповинной крови, использовались для создания CAR.CD19 NK-клеток. Эти клетки способны самостоятельно продуцировать цитокин IL-15 , тем самым усиливая аутокринную/паракринную экспрессию и устойчивость in vivo . Введение этих модифицированных NK-клеток не связано с развитием CSR, нейротоксичности или GvHD. [51]
Продукт FT596 является первым «готовым к использованию», универсальным и аллогенным CAR NK-клеточным продуктом, полученным из iPSC, который был разрешен для использования в клинических исследованиях в США. [54] Он состоит из анти-CD19 CAR, оптимизированного для NK-клеток с трансмембранным доменом для рецептора активации NKG2D , костимулирующего домена 2B4 и сигнального домена CD3ζ. Были добавлены два дополнительных ключевых компонента: 1) высокоаффинный, нерасщепляемый Fc-рецептор CD16 (hnCD16), который обеспечивает нацеливание на опухоль и усиление антителозависимой цитотоксичности клеток без негативной регуляции, в сочетании с 2) терапевтическим моноклональным антителом, нацеливающимся на опухолевые клетки, и белком слияния рецептора IL-15/IL-15 (IL-15RF), способствующим цитокин-независимой персистенции. [55]
Более эффективным способом получения большого количества NK-клеток является расширение клеток NK-92 , линии NK-клеток со всеми характеристиками высокоактивных клеток естественных киллеров крови (NK), но с гораздо более широкой и высокой цитотоксичностью. Клетки NK-92 непрерывно растут в культуре и могут быть расширены до клинических значений в мешках или биореакторах. [56] Клинические исследования показали, что клетки NK-92 безопасны и проявляют противоопухолевую активность у пациентов с раком легких или поджелудочной железы, меланомой и лимфомой. [57] [58] Когда клетки NK-92 происходят от пациента с лимфомой, их необходимо облучить перед инфузией. [59] [60] Однако предпринимаются попытки спроектировать клетки, чтобы исключить необходимость в облучении. Облученные клетки сохраняют полную цитотоксичность. NK-92 являются аллогенными (от донора, отличного от реципиента), но в клинических исследованиях не было показано, что они вызывают значительную реакцию хозяина. [61] [62]
Немодифицированные клетки NK-92 лишены CD-16, что делает их неспособными выполнять антителозависимую клеточную цитотоксичность (ADCC); однако клетки были сконструированы для экспрессии высокоаффинного Fc-рецептора (CD16A, 158V), генетически связанного с IL-2, который связан с эндоплазматическим ретикулумом (ER). [63] [64] Эти высокоаффинные клетки NK-92 могут выполнять ADCC и имеют значительно расширенную терапевтическую полезность. [65] [66] [67] [68]
Клетки NK-92 также были сконструированы для экспрессии химерных антигенных рецепторов (CAR) в подходе, аналогичном используемому для Т-клеток. Примером этого является клетка, полученная из NK-92, сконструированная как с CD16, так и с анти-PD-L1 CAR; в настоящее время находится в стадии клинической разработки для онкологических показаний. [69] [70] [71] Был создан клинический вариант NK-92, который экспрессирует CAR для HER2 (ErbB2) [72] и находится в клиническом исследовании на пациентах с HER2-положительной глиобластомой . [73] Было создано несколько других клинических клонов, экспрессирующих CAR для PD-L1, CD19, HER-2 и EGFR. [74] [66] Высокоаффинные NK-клетки, нацеленные на PD-L1, были введены ряду пациентов с солидными опухолями в исследовании фазы I/II, которое находится в стадии реализации. [75]
В исследовании, проведенном в Бостонской детской больнице в сотрудничестве с Институтом рака Дана-Фарбер , в котором иммунодефицитные мыши заразились лимфомами от инфекции ВЭБ , рецептор, активирующий NK, называемый NKG2D, был объединен со стимулирующей частью Fc антитела ВЭБ. Слияние NKG2D-Fc оказалось способным уменьшить рост опухоли и продлить выживаемость реципиентов. В модели трансплантации лимфом, подпитываемых LMP1, слияние NKG2D-Fc оказалось способным уменьшить рост опухоли и продлить выживаемость реципиентов.
При лимфоме Ходжкина, при которой злокачественные клетки Ходжкина-Рид-Штернберга обычно имеют дефицит HLA класса I, иммунное уклонение отчасти опосредовано перекосом в сторону истощенного фенотипа NK-клеток PD-1hi, и повторная активация этих NK-клеток, по-видимому, является одним из механизмов действия, вызванного блокадой контрольных точек. [76]
Передача сигналов через TLR может эффективно активировать эффекторные функции NK-клеток in vitro и in vivo . Затем лиганды TLR потенциально способны усиливать эффекторные функции NK-клеток во время противоопухолевой иммунотерапии NK-клеток . [30]
Трастузумаб — это моноклональное антитело против HER2 , которое используется для лечения рака молочной железы HER2+ . [77] NK-клетки играют важную роль в терапевтическом эффекте трастузумаба, поскольку NK-клетки распознают покрытые антителами раковые клетки, что вызывает реакцию ADCC (антителозависимая клеточная цитотоксичность). Лиганд TLR используется в дополнение к трастузумабу в качестве средства для усиления его эффекта. Полисахарид крестин , который извлекается из Trametes versicolor , является мощным лигандом TLR-2 и, таким образом, активирует NK-клетки, индуцирует выработку IFNg и усиливает ADCC, вызванную распознаванием клеток, покрытых трастузумабом. [78]
Стимуляция TLR-7 индуцирует экспрессию IFN типа I и других провоспалительных цитокинов, таких как IL-1b , IL-6 и IL-12 . Мыши, страдающие лимфомой RMA-S, чувствительной к NK-клеткам, лечились молекулой SC1. SC1 — это новый низкомолекулярный агонист TLR-7, и его повторное введение, как сообщается, активировало NK-клетки в зависимости от TLR-7 и IFN типа I, тем самым обращая вспять анергию NK-клеток , что в конечном итоге приводит к лизису опухоли. [79]
VTX-2337 является селективным агонистом TLR-8 и вместе с моноклональным антителом цетуксимабом использовался в качестве потенциальной терапии для лечения рецидивирующего или метастатического плоскоклеточного рака головы и шеи . Результаты показали, что NK-клетки стали более реактивными к лечению антителом цетуксимабом после предварительного лечения VTX-2337. Это указывает на то, что стимуляция TLR-8 и последующая активация инфламмасомы усиливают реакцию ADCC, опосредованную CD-16, у пациентов, получавших лечение антителом цетуксимабом . [80]
NK-клетки играют роль в контроле инфекции ВИЧ-1 . TLR являются мощными усилителями врожденного противовирусного иммунитета и потенциально могут обратить вспять латентность ВИЧ-1. Инкубация мононуклеарных клеток периферической крови с новым мощным лигандом TLR-9 MGN1703 привела к усилению эффекторных функций NK-клеток, таким образом значительно подавляя распространение ВИЧ-1 в культуре аутологичных CD4+ T-клеток . Стимуляция TLR-9 в NK-клетках вызвала сильный противовирусный врожденный иммунный ответ, увеличение транскрипции ВИЧ-1 (что указывает на обратимость латентности вируса), а также усилила подавление инфекций ВИЧ-1, опосредованное NK-клетками, в аутологичных CD4+ T-клетках. [81]
Недавние исследования показывают, что специфические взаимодействия генов KIR-MHC класса I могут контролировать врожденную генетическую устойчивость к определенным вирусным инфекциям, включая ВИЧ и его последующее развитие СПИДа . [8] Было обнаружено, что определенные аллотипы HLA определяют прогрессирование ВИЧ в СПИД; примером являются аллели HLA-B57 и HLA-B27 , которые, как было обнаружено, задерживают прогрессирование от ВИЧ к СПИДу. Это очевидно, поскольку у пациентов, экспрессирующих эти аллели HLA, наблюдаются более низкие вирусные нагрузки и более постепенное снижение количества CD4 + T -клеток. Несмотря на значительные исследования и собранные данные об измерении генетической корреляции аллелей HLA и аллотипов KIR, пока не сделан окончательный вывод о том, какая комбинация обеспечивает снижение восприимчивости к ВИЧ и СПИДу.
NK-клетки могут оказывать иммунное давление на ВИЧ, которое ранее было описано только для Т-клеток и антител. [82] ВИЧ мутирует, чтобы избежать обнаружения NK-клетками. [82]
Большая часть наших текущих знаний получена из исследований мышиных селезеночных и человеческих периферических NK-клеток. Однако в последние годы были описаны популяции NK-клеток, находящихся в тканях. [83] [84] Эти NK-клетки, находящиеся в тканях, имеют транскрипционное сходство с тканерезидентными Т-клетками памяти, описанными ранее. Однако тканерезидентные NK-клетки не обязательно имеют фенотип памяти, и на самом деле большинство тканерезидентных NK-клеток являются функционально незрелыми. [85] Эти специализированные подмножества NK-клеток могут играть роль в гомеостазе органов. Например, NK-клетки обогащены в печени человека определенным фенотипом и принимают участие в контроле фиброза печени. [86] [87] Тканерезидентные NK-клетки также были идентифицированы в таких местах, как костный мозг, селезенка, а в последнее время — в легких, кишечнике и лимфатических узлах. В этих местах тканерезидентные NK-клетки могут выступать в качестве резервуара для поддержания незрелых NK-клеток у людей на протяжении всей жизни. [85]
Естественные клетки-киллеры исследуются как новое лечение для пациентов с острым миелоидным лейкозом (ОМЛ), и цитокин-индуцированные клетки памяти, подобные NK, показали многообещающие результаты благодаря своей усиленной противолейкозной функциональности. [88] Было показано, что этот тип NK-клеток усиливает выработку интерферона-γ и цитотоксичность против линий лейкозных клеток и первичных бластов ОМЛ у пациентов. [88] Во время клинического испытания фазы 1 пять из девяти пациентов продемонстрировали клинический ответ на лечение, а у четырех пациентов наступила полная ремиссия, что говорит о том, что эти NK-клетки имеют большой потенциал в качестве успешного подхода к трансляционной иммунотерапии для пациентов с ОМЛ в будущем. [88]