近年来，基于合成免疫学的创新免疫细胞疗法为恶性肿瘤领域带来了新的曙光。区别于传统的化疗方案，包括嵌合抗原受体（CAR）T细胞在内的经过基因改造的免疫细胞能够甄别肿瘤细胞，并利用其细胞毒性对抗肿瘤细胞；CAR-T细胞治疗已经改变了多种恶性肿瘤的治疗格局。然而，这些过继免疫细胞疗法的临床应用依然面临着疗效和来源受限、副作用严重以及价格高昂等诸多挑战。
2022年11月5~12日，第25届全国临床肿瘤学大会暨2022年CSCO学术年会将以线上线下相结合的形式召开。今年CSCO学术年会全体大会中特别邀请田志刚院士出席，阐述合成免疫学概念与认识NK细胞治疗中主要挑战和未来应用，镌刻璀璨治疗初心，书写新时代的细胞治疗之乐！
对大多数种类的肿瘤，特别是实体瘤而言，当前免疫疗法的疗效仍有待提高。原因涉及免疫细胞对肿瘤的识别精准度不足；免疫细胞对肿瘤组织的浸润水平不足；免疫细胞受肿瘤微环境抑制；免疫细胞在肿瘤微环境中会进入耗竭状态等诸多方面。为了提高免疫治疗的有效性和安全性，亟需针对上述问题进一步发展免疫治疗的技术和手段。
从药物的历史角度来看，如果对药物的历史进行粗略划分，化学小分子类药物的历史大于150年，生物大分子类药物历史不到50年，细胞类药物的历史才不到10年的时间，细胞类药物已经成为当前“药物三纪元”的“新宠”
究其原因，在于现在的生物技术和基因工程技术能够赋予细胞巨大想象空间，可以将细胞改造为多功能化、环境友好化、远端遥控化的“智能化”的药物。细胞类药物的制作需要将多个方向的技术融合于一体，可以解决之前的所有药物都不能解决或者难以突破的瓶颈问题。细胞类药物虽然仍面临着市场推广以及实际应用方面的挑战，基础科学研究和技术嵌入也处于起步阶段，却依然引起了学界与商界的高度重视，引起极大的关注。
合成免疫学驱动免疫细胞治疗（逻辑门+定量化+工程化）
1.1合成免疫学的概念
合成免疫学是前沿免疫学理论与现代合成生物学技术高度融合交叉的新兴学科，极大推动了重大疾病的免疫治疗现代理论、技术途径和产品研发的飞速发展。合成免疫学研究拟以肿瘤、自身免疫病、病毒性疾病、器官移植等为疾病谱，采用新型合成免疫学理论和操控技术，通过重塑、纠偏、再造机体的免疫系统，实现重大疾病的免疫治疗和规模化产业化。
合成免疫学实际上是来自于合成生物学的概念。合成生物学是利用基因线路、集成电路、电脑进位制等工科的核心原理运用到对细胞的操作中，现在应用较多的是逻辑门的概念，以此来对细胞进行操作。
原来的生物学概念，只应用了单独的一个分子原件，没有思考如何将这些原件串成一个线路来进行细胞的改造。田院士认为未来的提升版细胞类药物应该是经过基因电路设计使某些基因片段有机的组合在一起来实现更完备的功能。
1.2逻辑门+定量化+工程化
对细胞的操作需要是理性的，要有指导思想，与大分子类药物实验不同，对细胞进行操作的过程中需要提高效率。合成免疫学成为实现这个目标的关键切入点。合成免疫学通过电路逻辑门、化学定量化、产业工程化
实现细胞作为药物，从而推向临床，甚至推向市场。以CAR-T细胞实验成功为例，研究人员将带有一定线路原理的操作应用于细胞中，产生了人体内本不可能存在的细胞，将很多功能元件串成了一个线路来实现。既依据了原来的基础理论，同时因为应用了新的技术又进一步超越了基础理论。
当科研工作者要实现一个功能时，不需要以一一试错的方式，而是通过理性的逻辑线路设计。这种思路使细胞类药物有了极大的发展空间与可能性。在生物学中，过去通过识别一个肿瘤抗原表位来判断肿瘤时，会觉得它的特异性很受挑战，当需要同时都识别肿瘤的两个抗原表位时，肿瘤的特异性大幅增加，非特异性大幅减少，因此逻辑门的设计是非常有用处的。逻辑门让研究者可以更加精准地区分肿瘤细胞和正常细胞。但是精准不仅仅是在筛选的过程中，在对细胞的操作过程中更需要精准，这就要依靠合成免疫学的原理来实现了。
思路进一步打开了科学家们的想象空间。有不少蛋白质不仅能够对化学分子有应答，对光、电、热、磁、声波也可能有应答。如果输进人体内的细胞功能可以用声波操控，例如功能增强或是减弱功能，抑或让细胞死亡等。这意味着输进人体内的细胞就变成了人为可控的，同时意味着细胞也可以智能性响应体内的微环境。不论是使用自体还是异体细胞，都可以经基因处理后再输入人体，这种处理的方式是多样化的。
2.基于NK细胞的下一代免疫治疗
此类基于T细胞的免疫治疗（阻断PD1/PDL1）只对20%左右的肿瘤有效，研究人员仍需要发掘其他抗癌免疫细胞。T细胞只对“高频突变”（在遗传上面突变频率比较高）的肿瘤进行监管，但是低频突变的肿瘤说明正常人可能还有T细胞之外的其他的免疫细胞监管这些肿瘤。
2.1认识NK细胞
NK细胞是一种固有免疫细胞，主要通过细胞膜表面一系列活化性、抑制性受体识别泛特异性的分子模式，对恶性转化或受感染的细胞进行识别和清除。NK细胞是免疫功能实现的第一道防线，其他免疫细胞是后续防线。
NK细胞特点：
1）NK细胞可消灭癌症和病原体。
2）多渠道杀伤、多种识别受体，可针对免疫逃逸的恶性细胞。
3）NK细胞主要在骨髓发育成熟，但也有一些早期前体细胞会在胸腺区、淋巴结或脾脏，甚至可能到肝脏。
4）存在部分记忆功能的NK细胞亚群。
5）NK细胞不仅仅只能针对“外敌”，对机体自身免疫系统以及稳态的维持也起到至关重要的作用。
6）不受MHC限制的细胞毒性、产生细胞因子和免疫记忆等功能，使其成为先天性和适应性免疫应答中的的关键角色。
2.2 NK细胞主要挑战
1. NK细胞与T细胞治疗是免疫治疗的双雄宝剑
-- 中国学者实现在NK细胞治疗领域领跑的机会
2.异体NK细胞可极大解决细胞供源不足问题
--“异体”的科学研究欠缺
3.NK细胞治疗技术瓶颈:扩增/基因修饰/细胞株
--“扩增”依靠对NK细胞发育分化的了解 --“基因”依靠对免疫细胞对肿瘤的识别认识
4.CAR-NK与CAR-T将在细胞治疗中平分秋色
T细胞治疗局限--“肿瘤抗原”的限制
“细胞因子风暴”的风险 T细胞治疗 的局限性
“GVHD”的风险
响NK细胞免疫治疗冲锋号——有两个重要事件：
第一，外周血NK细胞、iPSC-NK细胞、脐血-NK细胞进入规模化生产。
第二，异体CAR-NK细胞同等疗效下避免了CAR-T细胞疗法的毒副作用（在新英格兰医学杂志上面发表的一篇文章发现，以同样一个靶点治疗B淋巴瘤的CD19的CAR-T作为对照，观察CAR-NK治疗的效果，疗效是一样的，但是，NK细胞疗法不会出现CAR-T细胞治疗的副作用）。在所有患者中都没有看到CAR-T细胞治疗常见的细胞因子风暴（CRS）及神经毒性副作用；即使在HLA完全不匹配时，也没有造成移植物抗宿主病（GvHD）的情形。
2.3改造NK细胞-智能设计与人工合成（智能化+定量化+工程化）
2.31CAR/TCR/NCR等肿瘤感受器的合成组装
免疫细胞对肿瘤细胞的精准识别是免疫细胞抗肿瘤疗法的关键。装载合成的抗原识别受体，将在NK细胞对肿瘤细胞的固有识别方式基础上，额外赋予NK细胞以肿瘤特异性识别的能力。
2.32 NK细胞的定向分化与无限量生产技术（规范化+密闭化+自动化控制）
免疫细胞的大规模扩增工艺是实现“货架式”供应“通用型”免疫细胞疗法的一种关键技术。NK细胞定向分化技术主要包含两个环节。首先，人胚胎干细胞以及人多能干细胞在基质细胞等的辅助下产生CD34+CD45+造血干细胞；随后，将富集或流式分选所得的造血干细胞在IL-3、IL-7、IL-15、SCF、FLT3L等细胞因子组合的条件下诱导分化成NK细胞。
研究发现，经由干细胞分化所得的NK细胞与原代NK细胞及NK92细胞系等相比具有等同的效应功能，表明该技术路线可行，能用于免疫治疗用NK细胞的制备。
2.33 NK细胞的功能增效
NK细胞可以进行肿瘤感受器如CAR分子的装载，增强NK细胞识别肿瘤细胞的特异性。
通过使NK细胞过表达肝素酶，有可能提高NK细胞对肿瘤细胞外基质降解能力，提高浸润肿瘤的能力。
NK细胞在肿瘤微环境中往往进入功能低下的免疫耗竭状态，这与NK细胞在肿瘤微环境中异常表达的检查点分子有关。
Eg.杀癌功能10倍强化的新型记忆性NK011细胞;TriKE-armed NK细胞提高NK细胞疗效
2.34 NK细胞的“普适性+定制式+ +货架式”供应
标准化和通用化能解决当下免疫细胞来源不足、价格高昂等问题，同时将利于免疫治疗符合监管的要求。“通用型”免疫细胞疗法的概念应运而生。NK细胞是一种具有杀伤功能的底盘细胞，NK细胞免疫疗法的优势之一是天然具备在同种异体间使用的特点，因而更容易实现“货架式”供应。NK细胞免疫疗法与当前使用较多的自体免疫细胞疗法如CAR-T、TCR-T等）不同，其细胞来源不受限于患者自身，因而可以从来源广泛的健康人获取，从而进行大规模的提前制备。
2.35未来创建“无人值守”的细胞工厂
工业界尝试开发封闭式、自动化、可编程的细胞处理系统，即“细胞工厂”。细胞工厂通过对实验流程进行软硬件编程，实现全流程自动化封闭式操作，从而产出质量稳定、批次间差异小、可重复性较高的细胞产品。细胞工厂”主要覆盖三个主要的生产工艺环节：原材料加工与储存、产品扩容与增能、成品储存与提货。
2.4合成NK细胞进一步思考和探索
2.41 NK细胞现况
人工操控免疫力可能收获季节即将来临。现今在供受体获取淋巴细胞的存储，这是将免疫治疗存储的银行。细胞可以通过合成免疫学、技术来进行可控化、智能化、工程化的操作，使它具有各种各样的功能，提出不仅仅在肿瘤，而且在感染、自身免疫性疾病、器官移植、抗衰老中细胞治疗的发展和应用都有巨大的空间，引起了高度关注。
NK细胞来源十分广泛，制备主要的四大来源来自NK-92细胞系、脐带血、外周血以及多能干细胞。现阶段更佳推荐外周血制备来源的NK细胞。主要优势：1.制备时间长短。不同来源制备NK细胞所有培养周期大不一样。2.外周血NK细胞表达受体更多。
与CAR-T细胞相比，CAR-NK领域的探索依然不够深入。鉴于NK细胞来源广泛，信息众多，如果能够建立一个毒性较小、疗效维持时间更长的异体基因CAR-NK治疗策略，则将有助于在肿瘤领域进一步扩展其应用前景。
2.42对于未来的展望
利用nk 细胞开展免疫治疗两大路径
nk 细胞输注治疗补充NK细胞缺陷。
抗体类药物恢复体内NK功能。
合成生物学带领下科学界更深入的研究，多个研究机构与市场在NK细胞治疗早日实行新的运行机制，才能真正将 NK细胞市场化，早日惠及患者！
[1] 田志刚.合成免疫学与NK细胞治疗. 第25届全国临床肿瘤学大会暨2022年CSCO学术年会
[2]毕嘉成,田志刚.(2022).合成免疫学与未来NK细胞免疫治疗. 合成生物学(01),22-34.
[3] Sabbah M，Jondreville L，Lacan C，Norol F，Vieillard V，Roos-Weil D，Nguyen S. CAR-NK Cells：A Chimeric Hope or a Promising Therapy? Cancers（Basel）. 2022 Aug 8；14（15）：3839. doi：10.3390/cancers14153839. PMID：35954502；PMCID：PMC9367380.
[4] 国科健康集团青岛中心.田志刚院士眼中的NK细胞：治愈癌症的新希望. https://mp.weixin.qq.com/s/krZf6B9cD-8bNScwZwISTA
[5] Laskowski, T.J., Biederstädt, A. & Rezvani, K. Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy.Nat Rev Cancer(2022).
[6] Maskalenko et al., Harnessing natural killer cells for cancer immunotherapy: dispatching the first responders.Nature Reviews Drug Discovery, (2022).
[7] Cichocki F, Goodridge J, Bjordahl R, Mahmood S, Davis ZB, Gaidarova S, Abujarour R, Groff B, Witty AD, Wang H, Tuininga K, Kodal B, Felices M, Bonello GB, Huffman J, Dailey T, Lee TT, Walcheck B, Valamehr B, Miller JS. Dual-antigen targeted off-the-shelf NK cells show durable response and prevent antigen escape in lymphoma and leukemia. Blood. 2022 Aug 2:blood.2021015184. doi: 10.1182/blood.2021015184. Epub ahead of print. PMID: 35917442.
[8] Ruihao Huang, Qin Wen, et al. OFF-THE-SHELF CD33 CAR-NK CELL THERAPY FOR RELAPSE/REFRACTORY AML: FIRST-IN-HUMAN, PHASE I TRIAL.
https://library.ehaweb.org/eha/2022/eha2022-congress/356997/ruihao.huang.off-the-shelf.cd33.car-nk.cell.therapy.for.relapse.refractory.aml.html?f=listing%3D0%2Abrowseby%3D8%2Asortby%3D1%2Asearch%3Ds133
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