nk细胞识别肿瘤细胞和正常细胞（NK细胞基础生物学）

撰文：挑食的免疫喵

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NK细胞全称自然杀伤细胞（Natural Killer Cell），具有细胞毒性和免疫调节双重功能。NK细胞源自骨髓造血干细胞，通过识别自体MHC I分子的训练后获得区分“敌我”的能力。

1 NK细胞的基础生物学

NK细胞来源于CD34 共淋巴祖细胞。据估计，NK细胞的半衰期大约为7~10天，它占人类外周血淋巴细胞总数的10-15%，也存在于脾脏、肝脏、肺、骨髓和淋巴结中，它们通过与DC细胞（树突状细胞）的相互作用发挥关键的免疫调节功能。NK细胞是第一组固有淋巴样细胞的典型成员，聚集在一起，以获得分泌IFN-γ的能力。终末分化的NK细胞缺乏B淋巴细胞（CD19-）和T淋巴细胞（CD3-）的表型标记，CD56是NK细胞特征的标志。

通常，它们被区别出来从其大小，以及含有穿孔素和颗粒酶的细胞质颗粒，这是NK细胞杀伤活性的重要效应。

NK细胞根据CD56的表达水平被进一步区分：dim和bright。CD56dim是一种完全成熟的NK细胞，占外周血NK细胞的90%，主要起介导细胞毒性的作用；另一方面，CD56 Bright是一种不成熟的细胞因子产生的细胞。NK细胞缺乏基因重排抗原受体，但仍能识别和直接裂解异常细胞，无需事先致敏。这是通过在NK细胞表面表达的一组成熟而独特的受体来实现的，这些受体通过与被感染和恶变的细胞上的配体相互作用而激活。虽然配体仍未完全表征，但NK细胞受体的分类依据其作用：激活、抑制和混合功能。它们还表达细胞因子受体，包括IL-2R、IL-4R、IL-10R、IL-12R、IL-15R、IL-18R和IL-21R等，以及TGFβR。

下图概述了NK细胞活动的主要受体。

激活受体，包括天然细胞毒性受体，由NKp30、44和46组成。NKp30识别带B7-H6肿瘤抗原，NKp44结合病毒血凝素和血凝素神经氨酸酶以及其他肿瘤相关配体。NKp 46抑制小鼠转移瘤生长。Fcγ-RIIIa（CD16）是另一种激活受体，可触发ADCC（抗体依赖的细胞毒性）。

抑制性受体，包括CD161、CLRG1、PD1、TIM3、LAG 3、CD96和TIGIT。具有混合功能的NK细胞受体包括KTR（杀伤细胞Ig样受体）和NKG2受体：KIR2DS、KIR2B4和KIR3DS与其他具有抑制作用的KIR不同。

同样，NKG2A受体抑制NK活性，而NKG2D信号传导激活信号，通过与肿瘤细胞上选择性表达的特定应激诱导配体（MICA、MICB和病毒UL16结合蛋白）结合，启动细胞毒活性。

2 NK细胞抗肿瘤活性

NK细胞对肿瘤细胞具有天然的杀伤作用，也是IFN-γ、TNF-α、GM-CSF（粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子）等细胞因子和趋化因子的主要来源。这些细胞因子参与其他淋巴细胞的招募和功能，例如增强抗原特异性T细胞反应，以及与DC细胞和中性粒细胞的调节交叉调节网络。

NK细胞一旦遇到肿瘤细胞，就会释放穿孔素和颗粒酶，分别穿透细胞质膜并触发细胞凋亡。这些细胞被NK细胞认为是“非自我”，因为它们的MHC-I的减少/缺乏，而MHC-I在身体几乎每一个健康细胞上都有表达。这种选择性攻击可以通过一种创造的“耐受性”过程来实现，即成熟的 NK 细胞识别正常细胞的MHC-I，并触发一个抑制信号（通过免疫受体酪氨酸基抑制基）来阻止对这些‘自我’细胞的酪氨酸激活信号。

当 NK 细胞遇到减少/缺乏MHC-I的异常细胞时，抑制受体不被激活，激活信号未被抑制，从而引发裂解攻击。建立“自我”耐受性的原因是“NK许可”过程，即在NK细胞功能发育过程中，NK细胞上的抑制受体与其同源的MHCⅠ类配体配对，从而赋予对自身抗原的耐受性。

在耐受过程之外，抑制受体不仅对抗激活受体，而且通过自身识别抑制受体的发育，参与对成熟NK细胞识别自我的“教育”：在NK细胞成熟过程中，NK细胞随机表达个体抑制性KIR基因，直到有一种不同的抑制受体组合识别出MHC-I 信号。

另一种针对肿瘤细胞的方法是通过CD16受体（FCγRIIIA）在NK细胞上表达。活化后，NK细胞能有效地识别与肿瘤细胞结合的IgG抗体的Fc部分，并通过ADCC溶解结合抗体的细胞。

3 NK细胞：激活适应性免疫系统的桥梁

在细胞毒性反应的同时，NK细胞释放的细胞因子和趋化因子进一步吸引其他NK细胞、DC细胞和各种T 细胞。肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等促炎细胞因子通过NK细胞FASL与肿瘤细胞Fas复合物的相互作用诱导肿瘤细胞坏死，从而诱导靶细胞凋亡。其他趋化因子（如CCl 3、CCl4、CCl5和CCl10）通过化学梯度将免疫效应细胞定向到肿瘤部位，而其他如IL-10和IL-6则在产生部位增强免疫活性。例如，通过释放CCL 5、XCL 1和XCL 2，NK细胞促进DC细胞进入实体肿瘤。

同样地，淋巴结中NK细胞的激活促进了IFN-γ的释放，通过吸收额外的免疫效应细胞，包括抗原提呈细胞（巨噬细胞和DC细胞），诱导促炎性肿瘤微环境，最终驱动TH1免疫反应，动员T细胞进入淋巴结，并从CD8 T细胞分化为细胞毒性T淋巴细胞。最后，NK细胞通过攻击未成熟的DC细胞和保留成熟的DC细胞，以保证免疫应答的质量。

4 与NK细胞相关的肿瘤免疫逃逸的机制

NK细胞与MHC-I分子之间的关键相互作用是防止自身免疫破坏的重要机制，也是肿瘤细胞逃避免疫系统导致NK细胞失能的关键机制。对不同肿瘤类型的多项研究表明，当肿瘤内NKG2D激活的NK细胞相对于外周血中的比例较高时，对转移有积极的预后价值和风险预测。

肿瘤细胞逃避NK细胞免疫监视的一种方法是，将NK细胞与KIR受体结合后识别为自身的MHCⅠ类分子表达。其他的肿瘤逃逸方式也被描述，包括通过PD-1与PD-L1的相互作用来抑制免疫反应，类似于T细胞抑制。

NK2GD配体、MICA和MICB从肿瘤细胞表面脱落是肿瘤逃逸的另一个主要机制，同样，肿瘤细胞通过产生TGF-β和Kynurenine而进化出下调NK细胞NKG2D表达，也是一种策略。正是由于我们对这些逃逸机制的具体理解，我们才制定了以NK细胞为基础的治疗策略。

5 肿瘤微环境和NK细胞抗肿瘤活性

肿瘤微环境（Tumor microenvironment ，TME）在肿瘤细胞逃避 NK 细胞免疫监视中起着重要作用。TME是一种破坏正常血液供应和血管生成的环境，并通过基质、代谢和免疫抑制等机制的激活而诱导低氧环境。这种低氧环境破坏了NK 细胞的多种功能，为肿瘤的扩张、生长和转移创造了有利的环境。微环境可通过肿瘤源因子、自噬调节杀伤、调节癌细胞代谢和肿瘤衍生小泡，导致NK 细胞功能受损。

低氧是产生免疫抑制性TME的关键因素之一。低氧肿瘤细胞通过抑制NKG2D激活受体的表达和产生TGF-β而产生细胞因子。这些细胞因子通过抑制NKG2D激活受体的表达和分泌而产生细胞因子，包括Treg细胞的上调。通过产生HIF1-α，MDSCs分化为肿瘤相关巨噬细胞，表现出M2反应，并从癌细胞中切割Fas配体，导致NK细胞和CTL细胞功能受损。

除了创造一个免疫抑制环境外，低氧还会破坏 NK 细胞的功能和细胞毒性，增加 TME 中的乳酸和腺苷。乳酸通过破坏 NK 细胞功能pH值和腺苷升高导致抑制 IL-2 刺激的 NK 细胞释放TNF-α ，并抑制NK 细胞的增殖和细胞毒性功能。免疫抑制肿瘤微环境在抑制 NK 细胞激活方面特别重要，如上所述。

然而，NK 细胞在实体肿瘤中的疗效的一个挑战是与其肿瘤部位趋性有关。趋化因子梯度的解除是阻止 NK细胞趋性到实体肿瘤部位的主要机制。

另一个挑战是适当的归巢和肿瘤浸润与不良的病理性血管生成有关，血管生成是一个实质性的屏障适当的 NK 细胞传递和细胞向肿瘤部位的外渗，并介导免疫抑制。

6 NK细胞和肿瘤干细胞

肿瘤干细胞（Cancer Stem Cells，CSCs）是肿瘤中能够通过不对称细胞分裂自我更新的少数细胞群，是肿瘤细胞异质性的基础。

一般来说，CSCs缺乏统一的表面标记。然而，正是由于缺乏/下调MHC-I的表达，引起了研究者关于NK细胞在针对CSCs方面治疗的兴趣。这一观点在结直肠癌和胶质母细胞瘤得到证实，在接受化疗的患者检测到CSCs的富集，随后NK细胞有效地靶向CSCs。

NK 细胞的另一种非细胞毒性作用最近被描述为“分裂无力”，NK 细胞与 TME中的单核细胞和巨噬细胞相互作用，导致非能细胞不具有细胞毒性，而是分泌细胞因子，从而促进 CSCs 的分化，使它们对标准更加敏感。CSCs 对肿瘤增殖、复发和转移的重要性他们对标准细胞毒性治疗的耐药性，靶向 CSCs 已成为肿瘤学的一个兴趣领域，为发展新的治疗方式开辟新的机会。

主要参考文献

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