人类自然杀伤细胞(NK)可以通过其IgG-Fc受体靶向肿瘤抗原，与抗体Fc区相互作用识别癌细胞表面蛋白质。 目前，针对癌细胞抗原的单克隆抗体常被用来治疗各种恶性肿瘤。NK细胞通过一种称为抗体依赖细胞介导的细胞毒性(ADCC)作用杀死抗体结合的肿瘤细胞。本文主要介绍单克隆抗体如何介导人NK细胞发挥ADCC功能。
单克隆抗体结构与ADCC作用
单克隆抗体(mAbs)免疫疗法广泛应用于血液瘤和实体瘤，这种疗法的意义在于它们对肿瘤细胞的直接和间接作用，分别由抗体的抗原结合片段(Fab)和片段结晶区(Fc区)发挥作用（图1）。 Fab可以以激动或拮抗的方式调节肿瘤细胞表面标记物的功能，而Fc区域可以被白细胞上的Fc受体(FcR)识别，通过该受体可以激发各种效应功能，包括抗体依赖的细胞介导的细胞毒性(ADCC)作用。这一过程是自然杀伤(NK)细胞的关键杀伤机制。 这些人体内的先天淋巴细胞只能通过IgG-Fc受体CD16A (FcγRIIIA)识别与肿瘤结合的抗体。CD16A的两个等位基因以较低或较高的亲和力与IgG结合。据报道，CD16A高亲和力等位基因的纯合癌症患者对各种恶性肿瘤的单抗治疗有显著更好的反应。研究表明，单抗治疗效果与CD16A的高亲和力结合呈正相关，通过修饰抗体的Fc部分可以增强NK细胞靶向肿瘤抗原。 图1. 单克隆抗体结构 市场上有超过100种单克隆抗体(mAbs)被用作癌症免疫疗法，它们具有多种作用机制，包括检查点抑制剂、靶向辐射或毒素、阻断细胞生长和诱导白细胞效应功能等。超过30种FDA批准的单克隆抗体均靶向各种肿瘤抗原。 第一个用于治疗癌症的单克隆抗体疗法是利妥昔单抗(Rituximab)，现在仍被广泛使用。这种治疗性的单抗能识别CD20，大大提高了B细胞恶性肿瘤患者的生存率，包括非霍奇金淋巴瘤(NHL)和滤泡性淋巴瘤。接受环磷酰胺、阿霉素、长春新碱和泼尼松(CHOP)标准化疗的滤泡性淋巴瘤患者4年总生存期为69%，而在接受CHOP联合美罗华（利妥昔单抗注射液）治疗的患者中，这一比例上升至91%(R-CHOP)（图2）。 图2. CHOP标准化疗联合美罗华治疗效果 抗体依赖细胞介导的细胞毒性(ADCC)作用在利妥昔单抗治疗中发挥了主要作用。这一作用主要由自然杀伤细胞(NK)介导，自然杀伤细胞是天然免疫系统的淋巴细胞，它在机体中寻找转化和病毒感染的细胞。NK细胞的ADCC是由CD16A介导的，CD16A是一种由FCRG3A编码的片段可结晶(Fc)受体(FcR)，可与IgG结合。 表达CD16A的NK细胞是外周血中的主要亚群（约90%），是增强内源性NK细胞介导的ADCC作用的主要细胞群体（图3）。改善NK细胞介导的ADCC的机制已被证明可以提高依赖这一过程清除肿瘤的治疗效果。有几种方法旨在提高CD16A与单克隆抗体之间的结合亲和力，包括通过氨基酸取代或糖工程直接修饰单克隆抗体，以及修饰Fc受体。 图3. 人外周血自然杀伤(NK)细胞亚群流式分析
NK细胞——细胞毒性淋巴细胞
在单抗治疗中，NK细胞是介导抗肿瘤ADCC作用的驱动免疫细胞（图4）。它们占人循环淋巴细胞的5-20%，NK细胞不表达T细胞受体。一小部分循环NK细胞表达高水平的CD56，称为CD56bright，被认为是不成熟的NK细胞，这些细胞在受到刺激时主要释放促炎细胞因子。成熟的NK细胞(CD56dim)利用多种活化受体直接附着并杀死靶细胞，这一过程称为自然细胞毒性。 在细胞表面结合的IgG抗体存在下，NK细胞通过FcR间接识别靶细胞，导致ADCC。这些细胞溶解事件由NK细胞和靶细胞之间的界面上形成的溶解突触启动。NK细胞中的F-肌动蛋白在突触积聚，溶解颗粒沿微管组织中心向目标细胞极化，随后将其内容物(包括穿孔素和颗粒酶B)排出。 图4. ADCC作用示意图
Fc受体的分布情况
在人体中，有三类Fc受体(FcγRs)可以结合IgG：FcγRI (CD64)、FcγRII (CD32)、FcγRIII (CD16)。 白细胞表达的FcγR诱导其激活(CD64、CD32A、CD32C、CD16A和CD16B)或抑制(CD32B)来调节免疫反应和信号阈值。促炎和抗炎细胞因子可以调节细胞表面FcγRs的水平。对于CD64，人类基因组包含三个高度同源的FCGR1家族成员(FCGR1A，FCGR1B和FCGR1C)；然而，只有FCGR1A编码的功能性FcγR，能够与IgG1和IgG3结合。 CD64由单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞表达，由激活的中性粒细胞上调。在结合免疫复合物或抗体调理细胞后，CD64通过与FcεR1γ的结合诱导细胞活化，从而产生进一步的吞噬和抗原呈递。作为人体中唯一高亲和力FcγR，CD64与IgG单体结合的亲和力比其他FcγRs高一到两个数量级。白细胞活化后，由内而外的信号传导进一步提高了CD64与IgG结合的亲和力。例如，在中性粒细胞或单核细胞的细胞因子刺激过程中，CD64通过细胞骨架重排和蛋白磷酸酶1（PP1）的产生在细胞膜上形成更多的簇。
总结
单克隆抗体作为现代生物制药中最大的类别之一，每年处于持续增长中，随之也出现了对单抗疗法的耐受性，对药物机制的深入研究有助于揭示耐受机理。 最近的研究表明，可通过修饰Fab和Fc区来解决对mAb疗法的耐受。对于后者，这涉及到各种类型的Fc工程来改变糖基化和氨基酸残基来增强ADCC作用。另一种方法，则是利用增强的FcγRs工程NK细胞间接优化单克隆抗体疗效。 相信随着对单抗药物机制和肿瘤耐药性的进一步研究，免疫疗法和靶向药物将提供多样化的组合选择，防止肿瘤逃逸变异，并实现持久治疗。 原创内容未经授权，禁止转载至其他平台。
参考文献： Dixon K J, Wu J, Walcheck B. Engineering Anti-Tumor Monoclonal Antibodies and Fc Receptors to Enhance ADCC by Human NK Cells[J]. Cancers, 2021, 13(2): 312. Fisher R I, LeBlanc M, Press O W, et al. New treatment options have changed the survival of patients with follicular lymphoma[J]. Journal of Clinical Oncology, 2005, 23(33): 8447-8452. Poli A, Michel T, Thérésine M, et al. CD56bright natural killer (NK) cells: an important NK cell subset[J]. Immunology, 2009, 126(4): 458-465. Van der Horst H J, Nijhof I S, Mutis T, et al. Fc-Engineered Antibodies with Enhanced Fc-Effector Function for the Treatment of B-Cell Malignancies[J]. Cancers, 2020, 12(10): 3041. |
