在2020年,全球范围内新确诊的癌症病例高达1929万例,而中国就占据了其中的457万例,这一数字相当于全球总数的23.7%,使中国不幸成为全球癌症发病率最高的国家。因此,寻找更加先进和有效的癌症治疗手段,对中国而言,既是一个迫切的需求,也是一个不得不面对的挑战。
针对肿瘤患者的生存与治疗,我们通常采用多元化的治疗策略,这些策略包括但不限于手术切除、放射治疗、化学疗法、基于肽的新抗原疫苗、基因治疗、溶瘤病毒疗法、RNA疫苗、光热疗法(PTT)以及纳米材料介导治疗等。
尽管治疗方法多样,但这些策略都存在一些固有的缺陷,如脱靶效应、严重的毒性反应、药物递送困难以及移植物抗宿主病等,这些问题都在一定程度上阻碍了癌症治疗效果的进一步提升。
与上述传统治疗方法不同,各种细胞免疫疗法为癌症治疗带来了新的希望。这些疗法包括肿瘤浸润性淋巴细胞(TIL)、自然杀伤细胞(NKs)、巨噬细胞(Mφ)、细胞因子诱导的杀伤细胞(CIKs)、CAR-T细胞或CAR-NK细胞等。
在这些细胞免疫疗法中,基于同种异体NK细胞的免疫疗法因其能够同时调节先天性和适应性免疫反应,而展现出在免疫防御和癌症治疗方面的独特优势。相较于其他疗法,这种疗法具有更为显著的特征和潜力。
近年来,NK细胞的来源日益多样化,涵盖了外周血、脐带血、骨髓、造血干细胞(HSCs)、胚胎干细胞(ESCs)、诱导多能干细胞(iPSCs),以及特定的NK细胞系(例如NK-92、YT细胞)。
其中,脐带血与外周血因其各自独特的优势,成为NK细胞制备的主要来源,备受关注并展现出良好的应用潜力。
南开大学发表在《美国肿瘤研究杂志》最新的一项研究从生物学表型和转录特征方面验证了脐血NK和外周血NK的多维特性,并表明脐血NK在细胞活力和细胞毒性方面的优势。
一,细胞活力
为了深入理解外周血(PB)和脐带血(CB)中常驻(rNKs)与活化(aNKs)NK细胞的多种生物学特性,研究者首先集中富集了单核细胞(MNCs),并采纳了一种基于“3ILs”(三种白细胞介素)的NK细胞活化与扩增方案。
在形态学观察上,无论是PB来源还是CB来源的常驻NK细胞,在初始阶段(第0天)均呈现出典型的球形外观。然而,随着体外分化过程的进行,这些细胞逐渐形成了团块结构(图1A)。通过流式细胞术(FCM)分析,研究者发现,在初始阶段(第0天),CB中常驻NK细胞的比例高于PB中的相应细胞。
在经过14天的扩增与活化处理后,CB-NK组中总NK细胞(CD3-CD56+)和总活化NK细胞(CD3-CD56+CD16+)的百分比均超过了PB-NK组。此外,通过活细胞计数,研究者还观察到CB-NK组中的MNCs数量和NK细胞总数均高于PB-NK组。
与PB-NK相比,CB-NK在体外扩增与活化方面展现出了更为优越的性能。
二,扩增与活化
在初步确认了NK细胞的表型特征之后,作者进一步致力于探究不同亚群之间的相似点与差异点。
FCM图像及统计分析结果清晰地表明,与常驻的外周血NK细胞(PB-NKs)相比,常驻的脐带血NK细胞(CB-NKs)中NKG2A亚群的比例显著更高,而NKp46亚群的比例则相对较低。然而,当我们将目光转向活化的PB-NKs与扩增后的CB-NKs(第14天)时,情况则截然不同。在扩增的CB-NKs中,观察到了NKG2D、NKp46以及NKp44亚群比例的显著上升。
通过FCM检测,研究者发现,在PB-NK组中,7-AAD和Annexin V双标记的凋亡NK细胞比例高于CB-NK组。然而,当仅考虑7-AADAnnexin V(可能标记存在误差或特定状态的细胞,这里假设为单一标记的表述需调整以避免混淆)和Annexin V单标记的亚群时,两组的比例呈现出相反的趋势。至于NK细胞在细胞周期中的分布,即处于G0/G1期、S期和G2/M期的NK亚群,PB-NK组与CB-NK组之间的差异并不明显。
综上所述,扩增后的PB-NKs与CB-NKs在NK亚群组成及凋亡细胞比例上展现出不同的特点。
三,细胞毒性
为了评估NK细胞的细胞毒性能力,研究者将PB-NK或CB-NK与髓系白血病细胞系K562进行了共培养实验。实验结果显示,在不同效应细胞与靶细胞比例(E:T比分别为3:1、1:1、1:3、1:5)的条件下,经过8小时的共培养,CB-NK组中表达CD107a的NK细胞百分比相较于PB-NK组有所降低。然而,值得注意的是,尽管CB-NK在CD107a表达上表现较低,但在不同E:T比例下,其对K562肿瘤细胞的杀伤能力却高于PB-NK。
综上所述,研究数据揭示出CB-NKs在针对K562肿瘤细胞的细胞毒性方面展现出了优于PB-NKs的性能。
四,相似性和多样性
在完成了对NK细胞生物特性的比较之后,研究者进一步从转录组层面深入探索了CB-NK与PB-NK之间的相似性和差异性。
通过基因表达的方框图和累积分布图的展示,研究者发现CB-NKs与PB-NKs在基因表达谱上确实存在一定的共性。
此外,主成分分析(PCA)的结果也表明,CB-NKs与PB-NKs在分布上并未呈现出明显的倾向性差异。
根据文氏图和火山图的呈现,相较于PB-NKs,CB-NKs中有622个基因表达上调,834个基因表达下调。在PB-NK(包括PB-1、PB-2、PB-3)与CB-NK(包括CB-1、CB-2、CB-3)各自组内,样本间显示出更强的聚类趋势,表明组内相似性较高。
同时,通过Circos图和可变剪切事件(VSE)图的观察,研究者并未发现PB-NKs与CB-NKs在遗传变异或VSE基因分布上存在显著差异。
该文作者全面而深入地探讨了脐血来源的CB-NKs与外周血来源的PB-NKs在多个维度上的特性,并明确指出CB-NKs在细胞活力及细胞毒性方面展现出了相对的优势。
基于现有研究,我们认为脐带血(UCB)来源的NK细胞相较于外周血来源的NK细胞,在以下几个方面展现出更为突出的优势:
1,高含量的NK细胞:相较于外周血,脐带血中NK细胞的含量更为充沛,其比例更高。
2,年轻且增殖力强:脐带血NK细胞处于更为年轻的状态,具备出色的增殖能力。
3,免疫耐受性强:脐带血NK细胞具有独特的免疫特性,即在同种异体移植时无需严格的HLA匹配。
4,高效的抗肿瘤活性:脐带血来源的NK细胞对癌细胞的靶向杀伤效率显著更高,这使其在肿瘤免疫治疗领域具有巨大的潜力。
5,良好的冷冻保存与复苏效果:即使经过长期的深低温冷冻保存,脐带血NK细胞的扩增能力和抗肿瘤效应功能依然能够得到有效保留。
综上所述,脐带血NK细胞凭借其独特的生物学属性、卓越的增殖能力以及在冷冻复苏后依然保持的高效性能,在细胞免疫治疗领域,特别是针对抗肿瘤治疗方面,展现出了极为突出的优势和潜力。
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