自然杀伤细胞(NK细胞)是先天免疫细胞的主要组成部分，在抗癌免疫中起着至关重要的作用。NK细胞可以非特异性地杀伤靶细胞，其对靶细胞的识别不受主要组织相容性复合体(MHC)的限制。NK细胞也可以不依赖抗体和预先激活来对抗肿瘤细胞。NK细胞的来源丰富，其中脐带血(UCB)是其重要来源之一，基于脐带血来源的NK细胞免疫疗法正在开展越来越多的研究。近年来，脐带血来源的NK细胞已经被成功用于对抗肿瘤细胞[1]。

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脐带血NK细胞的优点

NK细胞有多种来源，包括外周血(PB)、脐带血(UCB)、诱导多能干细胞和胚胎干细胞。其中脐带血来源的NK细胞被视为一种潜在的“现成”产品，具有以下优势。脐带血可以方便地收集和冻存，基于大量储存的脐带血(包括冻存和新鲜脐带血)，因此被视为NK细胞潜在的“现成”产品。同时，长期低温保存不会影响脐带血NK细胞的扩增能力和活性。单个脐带血单位可以生产100多个剂量的NK细胞用于临床，这表明脐带血NK细胞具有很强的体外增殖能力[2]。

在脐带血中，NK细胞约占淋巴细胞的30%；相比之下，外周血中NK细胞只占淋巴细胞的10%。NK细胞是造血干细胞移植后第一个恢复的免疫细胞，在移植后的免疫重建中起着关键作用。脐带血来源的NK细胞比外周血来源的NK细胞更年轻，有更强的增殖能力。并且脐带血中的T细胞很少，多是不成熟的，大大降低了移植物抗宿主病(GVHD)的发生。此外，脐带血来源的NK细胞中CXCR4的表达水平高于外周血NK细胞，有更好的骨髓归巢能力[3]。

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脐带血NK细胞的扩增

为了满足临床需要，研究人员开发了多种扩增方法来提高NK细胞的数量和活性，包括IL-2、IL-12、IL-15和IL-18在内的多种纯细胞因子方法来扩增NK细胞[4]，利用人工抗原提呈细胞结合细胞因子方法体外扩增NK细胞等，获得了纯度和数量均令人满意的NK细胞。

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修饰脐带血NK细胞

为了更有效、特异性地对抗肿瘤细胞，研究人员试图通过各种方法修饰脐带血来源的NK细胞。

1.增强激活

脐带血来源的NK细胞可以通过增加激活受体的表达或降低抑制受体的表达来增强抗肿瘤活性。上调激活受体的表达可增强NK细胞的活性，如NKG2D。此外，NK细胞也可以通过降低抑制性受体(如NKG2A)的表达而被激活（如图）。在白血病患者中，通过阻断NKG2A的表达，NK细胞的细胞毒作用得到恢复[5]。

2.靶向肿瘤抗原

免疫疗法是当下肿瘤治疗领域最具前景的发展方向之一，CAR-NK疗法呈现出越来越热的趋势。CAR-NK疗法全称嵌合抗原受体NK细胞免疫疗法，该疗法通过基因重组技术，获得表达嵌合抗原受体（CARs)的NK细胞，再经纯化、体外扩增和活化，将CAR-NK细胞输注回患者体内，使其能特异性识别、结合肿瘤细胞表面抗原，行使杀灭肿瘤细胞的功能。

近年来，各种CAR被改造成CAR-NK细胞来特异性地杀死CD19、EPCAM或CD33阳性肿瘤细胞，这些细胞显示出强大的抗肿瘤效果，其中脐带血NK细胞也已成功进行了修饰（如图）。例如，整合CAR-CD19基因、IL-15基因和基于caspase 9的诱导自杀基因(IC9)的逆转录病毒载体可以成功地转导进脐血NK细胞，成功地杀伤CD19阳性细胞和白血病细胞，并显著延长了试验小鼠的存活时间。

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脐带血NK细胞在临床中的应用

从已发表的临床试验结果来看，脐带血NK细胞可以在急性髓系白血病、多发性骨髓瘤和CD19淋巴瘤的高危癌症中诱导应答，不良反应相对较少，且无移植物抗宿主病。

1.未修饰的脐带血NK细胞

未修饰的脐带血NK细胞有两项临床试验获得较好结果。一项临床试验表明，从脐血CD34+造血干细胞和祖细胞扩增的NK细胞在老年急性髓系白血病(AML)患者中进行了成功的过继转移，这些患者在治疗后无GVHD和NK细胞输注相关毒性反应，处于完全缓解状态，4例微小残留病(MRD)阳性患者中有2例转为阴性，持续6个月[6]。

此外，脐带血NK细胞还可以联合自体造血干细胞移植治疗复发难治性多发性骨髓瘤患者[7]，平均随访21个月后获得了非常好的部分缓解，没有GVHD和NK细胞输注相关的毒性反应。

2.修饰的脐带血NK细胞

目前已经开发出多种脐带血来源的CAR-NK细胞，根据肿瘤抗原特异性地杀死肿瘤细胞，显示出强大的抗肿瘤活性，并且几乎不会引起细胞因子释放综合征、神经毒性和靶点毒性等风险。一项基于CAR-UCB-NK细胞的临床研究表明，接受细胞治疗的CD19淋巴瘤患者中，大多数患者对治疗有较快的反应，且CAR-NK细胞维持在低水平至少12个月。到目前为止，所有患者均未观察到GVHD、细胞因子释放综合征、神经毒性等不良反应[8]。

脐带血来源的NK细胞免疫疗法对癌症患者有很大的治疗潜力。尽管脐带血中NK细胞数量较少，且NK细胞表型不成熟，但经体外扩增后，NK细胞的数量和功能均有明显改善，显示出较强的抗肿瘤效果。未来，将脐带血NK细胞与化疗药物、抗体或造血干细胞移植相结合的多模式疗法将使癌症患者受益，成为一种非常有前景的选择。

图：修饰脐带血NK细胞的策略

参考文献：

[1] Zhao XY, Cai L, Hu Y, Wang HF, et al. Cord-blood natural killer cell-based immunotherapy for cancer. Front Immunol. (2020)11:2752

[2] Liu E, Tong Y, Dotti G, Shaim H, Savoldo B, Mukherjee M, et al. Cord blood NK cells engineered to express IL-15 and a CD19-targeted CAR show long-term persistence and potent antitumor activity. Leukemia. (2018)32:520-31.10.1038

[3] Luevano M, Daryouzeh M, Alnabhan R, Querol S, Khakoo S, Madrigal A, et al. The unique profile of cord blood natural killer cells balances incomplete maturation and effective killing function upon activation. Hum Immunol. (2012)73:248-57.10.1016  

[4] Chabannon C, Mfarrej B, Guia S, Ugolini S, Devillier R, Blaise D, et al. Manufacturing Natural Killer Cells as Medicinal Products. Front Immunol. (2016) 7:504. 10.3389

[5] Ruggeri L, Urbani E, André P, Mancusi A, Tosti A, Topini F, et al. Effects of anti-NKG2A antibody administration on leukemia and normal hematopoietic cells. Haematologica. (2016) 101:626-33. 10.3324

[6] Dolstra H, Roeven MWH, Spanholtz J, Hangalapura BN, Tordoir M, Maas F, et al. Successful Transfer of Umbilical Cord Blood CD34(+) Hematopoietic Stem and Progenitor-derived NK Cells in Older Acute Myeloid Leukemia Patients. Clin Cancer

Res. (2017) 23:4107-18. 10.1158

[7] Shah N, Li L, McCarty J, Kaur I, Yvon E, Shaim H, et al. Phase I study of cord

blood-derived natural killer cells combined with autologous stem cell transplantation

in multiple myeloma. Br J Haematol. (2017) 177:457-66. 10.1111

[8] Liu E, Marin D, Banerjee P, Macapinlac HA, Thompson P, Basar R, et al. Use of CAR-Transduced Natural Killer Cells in CD19-Positive Lymphoid Tumors. N Engl J

Med. (2020) 382:545-53. 10.1056