Nat Immunol | 敲除SMAD4增强人源NK细胞抗肿瘤功能

撰文 | 风

同种异体NK细胞以及CAR-NK过继治疗在一些血液系统恶性肿瘤中表现出良好的临床疗效，但在实体瘤中效果有限，主要归因于肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）对于NK的抑制作用【1,2】（详见BioArt报道：）。其中，TGFβ-SMAD信号通路介导的抑制信号发挥重要作用【3】。在NK细胞中，TGFβ通过SMAD2/3/4抑制IFNγ的产生和细胞毒性，也能抑制NK的增殖和活化受体（NKp30和NKG2D）的表达【4】。许多TGFβ通路抑制剂被尝试用于临床【5】。然而，系统性TGFβ抑制剂增加药物不良事件风险。其他干预NK细胞TGFβ的方法如敲除TGFβ受体正在测试中。因此，更多的靶向策略值得进一步探索。

近日，西班牙巴塞罗那庞培法布拉大学Aura Muntasell团队在Nature Immunology杂志在线发表了题为Enhancing human NK cell antitumor function by knocking out SMAD4 to counteract TGFβ and activin A suppression的研究文章。该文章揭示敲除SMAD4是一种增强NK细胞抗肿瘤活性的有效策略，为改善NK细胞的肿瘤免疫疗法提供新的途径。

首先，数据库分析发现TGFβ1下调NK细胞效应分子（GZMB、PRF1、IFNG和TNF）表达但上调组织驻留基因表达（ZNF683和ITGAE）。与此同时，作者分离2名伴有SMAD4单倍体不足的青少年息肉病综合征患者（JPS）NK细胞发现相比于野生型细胞，SMAD4+/-NK细胞对TGFβ1诱导的颗粒酶B和NKG2D表达下调不敏感，提示SMAD4可以作为干预的靶点。因此，作者假设敲减SMAD4可以改善NK细胞的抗肿瘤作用。通过Cas9-RNP技术，作者构建人SMAD4KO NK细胞。SMAD4KO NK在TGFβ1刺激时SMAD2、SMAD7和TGFβRII的表达与野生型NK一致。此外，RNA-seq分析指出该技术的实施并没有明显的脱靶效应。总之，作者通过Cas9-RNP技术安全、有效且特异的构建了人SMAD4KO NK细胞。

随后，作者评估SMAD4KO NK细胞的性质。转录组学揭示TGFβ1显著改变NK细胞的转录特征，例如下调颗粒酶、活化受体、趋化因子和细胞因子受体等。然而，SMAD4KO NK细胞却抵抗TGFβ1引起的这些改变，维持NK活化特征。体外实验进一步证实SMAD4KO NK细胞可以在TGFβ1存在时保持增殖和效应功能。总之，NK细胞SMAD4敲除抑制TGFβ1引起功能受损。体外杀伤实验确证SMAD4KO NK即使在TGFβ1存在时依然保持效应功能。体内NSG小鼠皮下移植瘤同样证实SMAD4KO NK相比于野生型NK细胞具有更稳定的抗肿瘤效果。总之，这些数据表明NK细胞SMAD4敲除不仅不影响NK细胞正常生理，还可以抵抗TGFβ1引起的NK功能受损，增强抗肿瘤效果。不仅如此，考虑到TGFβ1引起NK细胞黏附和趋化相关基因表达，且SMAD4KO NK也能抵抗这些改变。作者在体外3D肿瘤球模型中发现，尽管SMAD4KO NK和野生型NK具有一样的浸润数量，但SMAD4KO NK细胞浸润的位置更深，表明SMAD4KO NK具有更好的肿瘤组织穿透能力。

值得注意的是，作者在体外3D肿瘤球模型中发现相比于TGFβRI抑制剂SB-431542处理，SMAD4KO NK细胞在相同TGFβ1刺激时的肿瘤杀伤功能更好，提示SMAD4KO NK细胞在保留SMAD4非依赖的TGFβ信号通路的优势。SMAD4信号通路也能被其他TGFβ超家族成员激活，尤其是activin A可以抑制NK细胞功能。体外实验证实Activin A不能影响SMAD4KO NK细胞，但是显著抑制野生型NK细胞效应功能。因此，SMAD4KO NK细胞也能抵抗activin A引起的NK细胞功能抑制。

最后，作者评估SMAD4敲除的临床转化潜力。目前，临床使用的NK产品包括anti-CD19-CAR-NK细胞、脐带血干细胞来源NK和外周血扩增NK细胞。作者分别在这些细胞中使用前述方法构建SMAD4敲除NK细胞。令人振奋的是，SMAD4敲除在稳定条件下并不影响NK细胞性质，但是均能在TGFβ1刺激时维持更好的抗肿瘤效果，证实靶向NK细胞SMAD4敲除策略具有良好的临床转化潜力。

综上所述，这项研究揭示敲除SMAD4通过抵抗TGFβ和activin A引起的NK细胞功能抑制改善其抗肿瘤活性，为基于NK细胞的肿瘤免疫疗法提供新的改进策略。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41590-025-02103-z

制版人： 十一

参考文献

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2. Enli, Liu., David, Marin., Pinaki, Banerjee., Homer A, Macapinlac., Philip, Thompson., Rafet, Basar., Lucila, Nassif Kerbauy., et al.(2020). Use of CAR-Transduced Natural Killer Cells in CD19-Positive Lymphoid Tumors.N Engl J Med, 382(6), 0. doi:10.1056/NEJMoa1910607

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5. Daniele V F, Tauriello., Elena, Sancho., Eduard, Batlle.(2021). Overcoming TGFβ-mediated immune evasion in cancer.Nat Rev Cancer,22(1), 0. doi:10.1038/s41568-021-00413-6

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