综述：重编程抗肿瘤免疫：NK细胞策略以应对免疫抑制性肿瘤微环境

《Advanced Science》：Reprogramming Antitumor Immunity: NK Cell Strategies to Navigate the Immunosuppressive Tumor Microenvironment

这篇综述系统梳理了肿瘤微环境（TME）如何阻碍免疫治疗，并重点阐述了自然杀伤（NK）细胞作为新一代细胞治疗平台的潜力。文章深入探讨了工程化NK细胞（如CAR-NK）的设计、优化策略（如细胞因子武装、代谢适应），以及未来通过体内递送（如病毒载体、mRNA/LNP）实现CAR-NK疗法的前沿方向，旨在克服实体瘤治疗中的持久性、浸润和免疫抑制等核心挑战。

　　

1 引言

恶性肿瘤在进化过程中形成了复杂的免疫逃逸策略。经典的“3C”模型概括了这些策略：伪装（Camouflage，逃避免疫识别）、胁迫（Coercion，重编程原生免疫细胞以支持肿瘤生长）和细胞保护（Cytoprotection，发展对免疫介导杀伤的内在抵抗）。这些机制共同损害了免疫应答的效力。以T细胞为基础的过继性疗法，在免疫抑制性肿瘤微环境（TME）中会迅速耗竭，这促使人们探索替代性的效应细胞平台。自然杀伤（NK）细胞，作为先天免疫系统的关键效应器，因其不依赖抗原呈递、可快速识别并杀伤靶细胞的能力，成为极具吸引力的下一代疗法基础。

2 免疫抑制性TME是免疫治疗的主要障碍

实体瘤建立的TME从物理、代谢和信号层面全面限制了包括T细胞和NK细胞在内的细胞毒性淋巴细胞的功能。

• •
  物理与细胞屏障：癌症相关成纤维细胞（CAFs）重塑细胞外基质（ECM），分泌转化生长因子-β（TGF-β）等抑制性细胞因子，形成致密的基质，将淋巴细胞物理性排斥在外。髓源性抑制细胞（MDSCs）和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）则通过产生前列腺素E2（PGE2）、白细胞介素-10（IL-10）、TGF-β，以及消耗精氨酸（通过精氨酸酶）和色氨酸（通过吲哚胺2,3-双加氧酶，IDO）来抑制免疫。
• •
  代谢抑制：TME中的代谢失调是免疫功能障碍的汇聚机制。IDO介导的色氨酸耗竭和犬尿氨酸积累、细胞外腺苷通过A_2A/A_2B受体传递信号、乳酸酸中毒以及精氨酸耗竭，共同削弱了干扰素-γ（IFN-γ）和肿瘤坏死因子（TNF）的产生，破坏线粒体功能，并干扰T细胞和NK细胞内的CD3ζ、ZAP-70和MAP激酶通路。
• •
  检查点信号：T细胞和NK细胞会上调多种免疫检查点通路，包括程序性死亡受体-1（PD-1）、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白-4（CTLA-4）、淋巴细胞激活基因-3（LAG-3）、T细胞免疫球蛋白和粘蛋白结构域-3（TIM-3）和T细胞免疫球蛋白和ITIM结构域（TIGIT），这些通路强制执行耗竭程序。

液体肿瘤（血液肿瘤）的微环境则具有其独特性，例如循环肿瘤细胞（CTCs）受到血小板和中性粒细胞等细胞的“庇护”，骨髓微环境作为免疫抑制枢纽，通过分泌趋化因子CXCL12等招募调节性T细胞（Tregs）并排斥效应淋巴细胞。

3 将NK细胞用作有效的免疫疗法

NK细胞是不需要预先致敏就能识别并清除恶性细胞的先天淋巴细胞。根据表面标志物和功能，人NK细胞主要分为三个亚群：细胞毒性NK1（CD56^dimCD16⁺）、细胞因子产生型NK2（CD56^brightCD16^?）和具有记忆样特性的NK3（CD56^dimCD16⁺CD57⁺NKG2C^high）。

NK细胞的功能由激活信号和抑制信号的平衡决定。它们通过“缺失自我”识别机制，靶向主要组织相容性复合体I类（MHC-I）表达降低的细胞。抑制性受体如杀伤细胞免疫球蛋白样受体（KIRs）和CD94/NKG2A识别MHC-I分子，传递基于免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIM）的信号以维持自身耐受。激活受体则包括介导抗体依赖性细胞毒性（ADCC）的CD16，以及自然细胞毒性受体（NCRs，如NKp30、NKp44、NKp46）和NKG2D等。

NK细胞疗法具有超过T细胞疗法的优势，包括更低的细胞因子释放综合征（CRS）、神经毒性和移植物抗宿主病（GVHD）风险。NK细胞的来源多样，包括外周血（PB）、脐带血（CB）、诱导多能干细胞（iPSCs）和NK-92细胞系，各有其扩增潜力、工程化难易度和临床适用性方面的权衡。

4 增强基于NK细胞的免疫治疗的策略

4.1 CAR-NK细胞工程

NK细胞经过工程化改造表达嵌合抗原受体（CAR），将合成的抗原特异性识别与NK细胞固有的肿瘤监视能力相结合。这种双重靶向机制可以降低因抗原丢失而导致的肿瘤逃逸风险。临床研究中，CAR-NK细胞已显示出良好的安全性。

CAR的设计最初为T细胞优化，但有效的CAR-NK设计需要适应NK特异的信号生物学。除了使用源自T细胞的共刺激结构域（如CD28、4-1BB），也正在探索NK特异的信号组件，如2B4、DAP12和DAP10。将CAR信号与IL-15或NKG2D-DAP12等NK特异性衔接子信号耦合的设计，在维持TME样条件下的功能方面尤其具有前景。

4.2 克服TME抑制与代谢功能障碍

TME中的多种因素限制NK细胞功能。

• •
  对抗TGF-β：TGF-β广泛抑制NK细胞。对策包括表达显性负性TGF-β受体（dnTGFβRII）、利用CRISPR敲除TGFBR2基因，或设计TGF-β“转换受体”，将胞外TGF-β结合域与DAP12等激活模块融合，从而将抑制信号转化为刺激信号。
• •
  应对代谢压力：乳酸积累和活性氧（ROS）会损害NK细胞功能。通过抑制单羧酸转运蛋白4（MCT4）或敲除乳酸脱氢酶A（LDHA）来改善乳酸代谢；通过IL-15启动激活硫氧还蛋白-1（Trx1）抗氧化程序来抵抗ROS。
• •
  阻断检查点：基因敲除或阻断PD-1、TIGIT、NKG2A等抑制性受体，可以增强NK细胞的脱颗粒、细胞因子产生和持久性。

4.3 细胞因子与趋化因子武装

在营养匮乏的TME中，通过工程化使CAR-NK细胞表达细胞因子（如IL-15、IL-21），可提供自分泌/旁分泌支持，维持细胞增殖、存活和代谢重编程。其中IL-15武装最为有效，它能增强持久性而不像IL-2那样扩增Tregs。

趋化因子武装则通过使NK细胞表达与肿瘤源性趋化因子相匹配的受体（如CXCR2、CXCR4），来改善其向肿瘤部位的浸润和归巢。将细胞因子分泌与趋化因子受体修饰相结合的武装策略也在探索中。

4.4 新型免疫掩蔽策略

为了实现通用的、即用型（off-the-shelf）同种异体NK细胞疗法，需要避免宿主免疫系统的排斥。通过基因组编辑（如CRISPR/Cas9）选择性破坏人类白细胞抗原（HLA）A、B、C分子，并表达PD-L1以减少宿主T细胞识别，同时表达非经典HLA分子（如HLA-E）以抑制宿主NK细胞，是构建通用免疫逃避型细胞疗法的潜在策略。

5 未来方向：体内CAR-NK工程

当前的离体（ex vivo）CAR-NK制造依赖复杂的生产设施和流程，成本高昂。体内（in vivo）CAR工程代表了一种新范式，即通过病毒载体或脂质纳米颗粒（LNP）递送mRNA等非病毒平台，将CAR构建体直接递送至患者体内的免疫细胞，在原地生成工程化效应细胞。

• •
  病毒递送：使用靶向性慢病毒载体等在体内转导循环NK细胞。挑战在于预存的中和抗体、载体免疫原性和被免疫细胞快速清除。
• •
  非病毒递送（mRNA-LNP）：LNP封装CAR-mRNA可实现灵活、短暂的体内基因递送。已在临床前模型中成功生成功能性CAR-T和CAR-NK细胞。挑战在于mRNA在NK细胞内的半衰期短、递送效率（内体逃逸）以及NK细胞特异性靶向配体的选择。

6 结论

NK细胞，特别是经过工程化改造的CAR-NK细胞，为克服TME的免疫抑制屏障提供了充满希望的新平台。通过整合针对TME抑制、代谢压力、检查点信号、细胞因子支持和肿瘤归巢的多重工程策略，可以显著增强其疗效。同时，从复杂的离体制造转向更便捷、可及的体内工程范式，是未来实现该疗法规模化应用和全球可及性的关键。最终，将精确的基因工程与改进的递送策略以及对NK细胞生物学的深入理解相结合，对于释放CAR-NK细胞在实体瘤中的全部治疗潜力至关重要。