從新冠病毒機理上,探討NK細(xì)胞治療的可行性
2019年末,被國際病毒分類委員會命名為嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2”(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)的冠狀病毒開始流行,造成嚴(yán)重感染以及部分患者死亡,引起全世界的重視。2020年1月20日,國家衛(wèi)健委高級別專家組成員高福院士表示SARS-CoV-2是目前已知的第7種冠狀病毒,其余6種分別是人冠狀病毒299E(human?coronavirus 299E,HCoV-299E)、人冠狀病毒OC43(human coronavirus OC43,HCoV-OC43)、人冠狀病毒NL63?(human coronavirus NL63,HCoV-NL63)、人冠狀病毒HKU1(human coronavirus HKU1,HCoV-HKU1)、嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus,SARS-CoV)和中東呼吸綜合征冠狀病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus,MERS-CoV)[1]。
冠狀病毒是具有外套膜的正鏈單股RNA病毒,1937年最先從雞身上分離出來,平均直徑100 nm,呈球形或橢圓形,病毒有包膜,包膜上存在棘突,整個病毒像日冕。其遺傳物質(zhì)是已知RNA病毒中最大的,多數(shù)感染野生動物,通過呼吸道分泌物排出體外,經(jīng)口液、噴嚏、接觸傳染、也通過空氣飛沫傳播,感染高峰期在秋冬和早春。其中SARS冠狀病毒的變種曾引起了2003的非典型性肺炎[2]。

SARS-CoV-2病毒傳染性強、危害大。目前,沒有特效的治療藥物,研究一套有效的治療方案仍非常必要。肺的上皮是人體內(nèi)環(huán)境中與外界接觸最大的表面,直接接觸吸入空氣中的病毒和細(xì)菌,從鼻咽到肺泡膜整個呼吸道的第一道防線是由先天免疫系統(tǒng)構(gòu)成的[3]。因此,建議應(yīng)用具有直接殺滅病毒感染細(xì)胞特性和免疫調(diào)節(jié)功能的圍產(chǎn)組織來源NK細(xì)胞回輸治療SARS-CoV-2感染肺炎患者。
據(jù)現(xiàn)有資料,SARS-CoV-2病毒主要是通過表面S蛋白與宿主細(xì)胞上的受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin converting enzyme 2,ACE2)等結(jié)合進(jìn)入宿主細(xì)胞[4],在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行增殖并擴散。臨床上病毒會引起患者全身性炎癥、高鐵血紅蛋白血癥、血流動力學(xué)不穩(wěn)定以及多器官衰竭的細(xì)胞因子風(fēng)暴綜合征(cytokine storm syndrome,CSS)[5],據(jù)報道,在重癥監(jiān)護病房(intensive care unit,ICU)的重癥患者體內(nèi)白細(xì)胞介素2(interleukin 2,IL-2)、IL-7、IL-10[6]、粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor,G-CSF)、干擾素誘導(dǎo)蛋白10(interferon-inducible protein10,IP10)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)、巨噬細(xì)胞炎性蛋白1α(macrophage inflammatory protein 1α,MIP1α)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)的血漿濃度高[7]。目前有兩大治療難點:第一,病毒藏在細(xì)胞內(nèi),沒有特效藥;第二,嚴(yán)重病毒感染患者,免疫系統(tǒng)失調(diào)。

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自然殺傷(natural killer,NK)細(xì)胞由造血干細(xì)胞發(fā)育而來,是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分,是一類獨特的淋巴細(xì)胞亞群,占外周血淋巴細(xì)胞總數(shù)的10%~15%[8],總數(shù)以脾臟>肺>骨髓>外周血>淋巴結(jié)>肝臟>胸腺的順序分布,表面標(biāo)志物有CD3-、CD19-、CD16+、CD56+。成熟階段的 NK 細(xì)胞根據(jù)表型分為CD56低表達(dá)CD16高表達(dá)(CD56dimCD16+)細(xì)胞[9]、CD56高表達(dá)CD16不表達(dá)(CD56brightCD16-)細(xì)胞、CD56不表達(dá)CD16高表達(dá)(CD56negCD16+)細(xì)胞3個亞群[10],占比約90%的CD56dimCD16+ NK細(xì)胞,以殺傷功能為主;占比約10%的CD56brightCD16-細(xì)胞,以分泌細(xì)胞因子為主。
NK細(xì)胞參與對多種病毒的免疫應(yīng)答反應(yīng),NK細(xì)胞不同于T細(xì)胞、B細(xì)胞,是一類無需預(yù)先致敏就能非特異性殺傷病毒感染細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的淋巴細(xì)胞[11],NK細(xì)胞已被運用于治療多類疾病,疫情期間,國家衛(wèi)健委下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第二版)》提到可試用α干擾素(interferon α, IFN-α)霧化吸入,NK細(xì)胞可以大量產(chǎn)生干擾素[12],其中的IFN-γ還被證明可以較為有效的預(yù)防或治療埃博拉病毒[13]。
01.NK細(xì)胞生物學(xué)功能
NK細(xì)胞的主要功能是免疫防御、免疫監(jiān)視和自身穩(wěn)定。具有獨立的功能,發(fā)揮殺傷活性無需預(yù)先致敏[14],不受主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex,MHC)分子限制[15],病毒感染的細(xì)胞由于MHCⅠ類分子表達(dá)下降,可逃避T細(xì)胞識別,但能激活NK細(xì)胞,從而與T細(xì)胞互補協(xié)同起免疫防御作用。NK細(xì)胞發(fā)揮作用時對正常細(xì)胞沒有損傷,且對外界刺激應(yīng)答迅速,識別度高,強度大,是抗病毒階段的第一道免疫殺傷防線。具備強大的細(xì)胞因子和趨化因子分泌功能,有助于啟動和活化包括T細(xì)胞、B細(xì)胞在內(nèi)的其他免疫細(xì)胞,發(fā)揮機體整體免疫水平[16]。

目前,NK細(xì)胞在抗病毒免疫中的作用已經(jīng)得到了驗證,包括丙型肝炎病毒[17]、EB病毒(Epstein-Barr virus,EBV)[18]、乙型肝炎病毒[19]、巨細(xì)胞病毒[20]、甲型流感病毒[21]、艾滋病毒[22]等,所以從已知的NK細(xì)胞作用機制和SARS-CoV-2的特點上看,理論上來說治療應(yīng)該有效。
02.NK細(xì)胞的抗病毒機制
當(dāng)機體被病毒感染后,免疫系統(tǒng)會識別并產(chǎn)生相應(yīng)的免疫反應(yīng),增加淋巴細(xì)胞數(shù)量抵抗病毒,殺傷病毒轉(zhuǎn)染的靶細(xì)胞。但特殊的病毒(SARS病毒和SARS-CoV-2等)不但轉(zhuǎn)染正常細(xì)胞,而且干擾免疫系統(tǒng)。所以可運用NK細(xì)胞的抗病毒機制,既有直接殺傷,又有免疫調(diào)節(jié)。
直接殺傷功能發(fā)揮作用無需預(yù)先致敏,單獨識別和攻擊異化的細(xì)胞。例如,經(jīng)由受體Fcγ受體Ⅲ(Fc receptor Ⅲ,F(xiàn)cγRIII/CD16)結(jié)合被抗體包被的病毒感染細(xì)胞會激活NK細(xì)胞[23],通過這種識別模式,NK細(xì)胞對幾乎所有病毒感染細(xì)胞都具有特異性。
體內(nèi)循環(huán)的NK細(xì)胞通常處于休眠狀態(tài),當(dāng)識別到被病毒轉(zhuǎn)染的靶細(xì)胞后就會被激活,通過釋放穿孔素在靶細(xì)胞表面穿孔,產(chǎn)生裂解顆粒(顆粒酶、顆粒溶素),這些分子可誘導(dǎo)靶細(xì)胞死亡。與此同時,分泌的細(xì)胞因子γ干擾素(interferon γ,IFN-γ)、多種腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF)、IL-3等,通過與樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞相互作用來形成免疫應(yīng)答。

活化的NK細(xì)胞表面可表達(dá)凋亡相關(guān)因子Fas配體(Fas ligand,F(xiàn)asL)[24]和腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TNF-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL),靶細(xì)胞進(jìn)入程序性凋亡狀態(tài)。
免疫調(diào)節(jié)功能,當(dāng)人體免疫功能正常發(fā)揮作用時,可有效的抵御大部分疾病,如果免疫力過強或過弱,便導(dǎo)致不同程度的疾病。NK細(xì)胞則具有免疫調(diào)節(jié)功能[25],通過細(xì)胞因子調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)境,維持體內(nèi)免疫平衡。臨床研究發(fā)現(xiàn),NK細(xì)胞與機體的其他免疫細(xì)胞通過相互作用平衡免疫狀態(tài)和免疫功能。
03.NK細(xì)胞的抗新冠病毒有效性
正常的機體組織細(xì)胞MHC I類分子與NK細(xì)胞表面的殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體(killer cell immnoglobulin-like receptor,KIR)結(jié)合產(chǎn)生抑制信號,避免了NK對自身健康細(xì)胞的誤傷,根據(jù)以往的臨床研究結(jié)果,回輸應(yīng)用NK細(xì)胞沒有發(fā)現(xiàn)不良副作用[26],已具備了作為臨床應(yīng)用的安全性和有效性。

圖片來自文獻(xiàn)28
據(jù)報道,已有多項NK細(xì)胞治療臨床試驗項目同時開展,例如:
①課題: “臍血NK細(xì)胞聯(lián)合臍血間充質(zhì)干細(xì)胞用于治療新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)的臨床研究 (ChiCTR2000029817) ”;評估聯(lián)合臍血分離出的NK細(xì)胞與間充質(zhì)干細(xì)胞治療新冠肺炎的安全性與有效性。
②2020年4月2日,美國FDA批準(zhǔn)允許在人體中測試:“一種來源于胎盤干細(xì)胞的同種異體現(xiàn)貨型NK細(xì)胞療法CYNK-001治療COVID-19的療效”;將開展的I/II期臨床試驗預(yù)計招募86例COVID-19成人患者,研究人員認(rèn)為NK細(xì)胞進(jìn)入患者體內(nèi)后可殺死被新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)感染的人體細(xì)胞,并解決免疫系統(tǒng)導(dǎo)致的炎癥問題。
③河南省新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院朱武凌教授: “臍帶血NK細(xì)胞治療冠狀病毒感染重癥患者的臨床研究(201100311100)”;針對應(yīng)急救治新型冠狀病毒感染發(fā)病的患者和高危人群感染開展臨床研究。

綜上所述,COVID-19可以說是人類近代史上最嚴(yán)重的流行病,但SARS-CoV-2的感染機制尚不完全清楚,臨床治療主要以對癥治療為主[27],鑒于傳播還在繼續(xù),疫苗開發(fā)耗時又長。因此可使用安全、有效、便利的圍產(chǎn)組織來源的NK細(xì)胞,其長期冷凍保存也不會影響分離出的NK細(xì)胞擴增能力與免疫調(diào)節(jié)功能,圍產(chǎn)組織來源的NK細(xì)胞更加年輕,增殖能力更強,靶細(xì)胞殺傷效率也更高,將其應(yīng)用于SARS-CoV-2感染肺炎的預(yù)防和治療,前景可期。
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