《细胞和分子免疫学》 > 第七章 淋巴细胞群及其亚群

第三节 自然杀伤细胞

自然杀伤细胞(natural killer cell, NK)是机体重要的免疫细胞,不仅与抗肿瘤、抗病毒感染和免疫调节有关,而且在某些情况下参与超敏反应和自身免疫性疾病的发生。

 

一、NK细胞的来原

NK细胞确切的来源还不十分清楚,一般变人直接从骨髓中衍生,其安育成熟信赖于骨髓的微环境。小鼠和人的体外实验表明,胸腺细胞在体外IL-2等细胞因子存在条件下培养也可诱导出NK细胞。小鼠脾脏在体内IL-3诱导下可促进NK细胞的分化。NK细胞主要分布于外周血中,占PBMC5-10%,淋巴结和骨髓中也有NK活性,但水平较外周血低。

由于NK细胞具有部分T细胞分化抗原,如80-90%NK细胞CD2+,20-30%NK细胞CD3+(表达CD3ζ链),30%NK细胞CD8+(α/α)和75-90%NK细胞CD38+,而且NK细胞具有IL-2中亲和性受体,在IL-2刺激下可发生增殖反应,活化NK细胞可产生IFN-γ,因此一般认为NK细胞与T细胞在发育上关系更为密切。

 

二、NK细胞的表型

与T细胞、B细胞相比,NK细胞表面标志的特异性是相对的。人NK细胞mIg-,部分NK细胞CD2、CD3和CD8阳性,表达IL-2受体β链(P75,CD122),CD11b/CD18阳性。目前常用检测NK细胞的标记有CD16、CD56、CD57、CD59、CD11b、CD94和LAK-1(见表7-10)。

最近发现的一种稳定表达在NK和LAK细胞表面的LAK-1分子,120kDa,NK细胞在IL-2条件下培养30天LAK-1仍为阳性,而HNK-1(CD57)和CD16部分消失。LAK的杀伤活性可被抗LAK-1McAb所抑制。

表7-10 检测人NK细胞常用的标志

CD/代表性McAb识别膜成分主要反应细胞NK细胞中的阳性率(%)
CD16/HUNK2,Leu11FcγRⅢNK,粒细胞,巨噬细胞,T亚群80~90
CD56/NKH1,Leu19N-CAM(神经细胞粘附分子)的异构体NK,激活淋巴细胞,NKC>95
CD57/HNK-1,Leu7gp110NK,T、B亚群,NEC50~70
CD59/NEM-43gp18~20,GPI联接分子活化NK,广泛分布 
CD11b/Mol,OKM1Mac-1分子的α链NK,粒细胞,单核细胞80~90
CD94/HP3Bi43/43kDa(同源二聚体)NK 
未命名/LAK-1120kDaNK,LAK 

表7-11 NK细胞和其它细胞毒效应细胞的表面标志(%)

表面标志NK细胞T细胞单核细胞中性粒细胞
CD270~90>95<5<5
CD820~30(抗ζ)>9500
CD830~4030~40<5<5
CD11b80~9010~15>90>90
CD15<5<560~80>95
CD1680~90<510~15a>95
CD56>95<5<5<5

a:大多数培养的或活化单核细胞均表达CD16

 

三、NK细胞的活化

NK细胞可通过多种途径被活化,包括膜表面的CD2、CD3分子和多种细胞因子。

1.通过CD3分子的ζ链 NK细胞不表达TCR/CD3复合物,但部分NK细胞表达CD3ζ链,当用CD16抗体刺激NK细胞活化时,ζ链发生酪氨酸磷酸化,引起胞浆内Ca2+浓度升高,IP3水平增加,促进细胞因子合成和ADCC作用。

2.通过CD2分子 CD2与CD58相互作用或用CD2McAb刺激可活化NK细胞,CD3ζ链发生酪氨酸磷酸化。

3.自然杀细胞刺激因子 自然杀伤细胞刺激因子(natrualkiller cell stimulatory factor ,NKSF)对NK细胞有刺激作用。

IL-2、IL-12、IFN-α、TNF-α以及白细胞调节素(liukoregulin,LR)对NK细胞的活化和分化有正调节作用,体外培养时加入上述细胞因子可明显提高NK的杀伤活性。前列腺素(PG)E1、E2、D2和肾上腺皮质激素等对NK细胞的活性有抑制作用。

NK细胞表面具有IL-2中亲和性受体,IL-2诱导NK的杀伤活性约需18-24小时,此外,IL-2还可诱导NK细胞的增殖,一般在刺激后3-4天开始发生增殖,其机理为IL-2可诱导NK细胞表达IL-2Rα链,新表达的α链与原先细胞表面的β链和γ链结合形成高亲和性受体,在IL-2存在下刺激NK细胞发生增殖。IL-2诱导NK细胞的活性机理尚不清楚,可能与增加细胞粘附分子的表达,提高对NK抵抗靶细胞的杀伤活性的关,还可能增加NK细胞胞浆中的颗粒以及丝氨酸酯酶mRN的表达,活化和促进杀伤介质的杀作用。

 

四、NK细胞的功能

(一)自然杀伤活性

由于NK细胞的杀伤活性无MHC限制,不依赖抗体,因此称为自然杀伤活性。NK细胞浆丰富,含有较大的嗜天青颗粒,颗粒的含量与NK细胞的杀伤活性呈正相关。NK细胞作用于靶细胞后杀伤作用出现早,在体外1小时、体内4小时即可见到杀伤效应。NK细胞的靶细胞主要有某些肿瘤细胞(包括部分细胞系)、病毒感染细胞、某些自身组织细胞(如血细胞)、寄生虫等,因此NK细胞是机体抗肿瘤、抗感染的重要免疫因素,也参与第Ⅱ型超敏反应和移植物抗宿主反应。

1.识别靶细胞 NK细胞识别靶细胞是非特异性的,这与CTL识别靶细胞机理不同,但确切的机理尚未明了。现已知淋巴细胞功能相关抗原-1(LFA-1)与靶细胞表面的细胞间粘附分子-1(ICAM-1)的作用参与NK细胞的识别过程,抗LFA-1或抗ICAM-1McAb可抑制NK细胞的杀活性。此外CD2与LFA-3(CD58)结合以及CD56也可能介导NK细胞与靶细胞的结合。有关白细胞分化抗原和粘附分子分别参见第一章和第二章。

2.杀伤介质 主要有穿孔素、NK细胞毒因子和TNF等。

(1)穿孔素:穿孔素是一种由NK、CTL、LAK等杀伤细胞胞浆颗粒释放的杀伤靶细胞的介质,有关穿孔素的结构和功能参见本章第二节。从胞浆颗粒中纯化的穿孔素在体外能溶解多种肿瘤细胞,抗穿孔素抗体可抑制杀伤活性。IL-2可提高穿孔素基因的转录。IL-6可以促进IL-2对穿孔素基因转录的诱导作用。丝氨酸酯酶可能有活化穿孔素的作用。

(2)NK细胞毒因子:NK细胞可释放可溶性NK细胞毒因子(Nk cytotoxic factor,NKCF),靶细胞表面有NKCF受体,NKCF与靶细胞结合后可选择性杀伤和裂解靶细胞。

(3)TNF:活化的NK细胞可释放TNF-α和TNF-β(LT),TNF通过①改变靶细胞溶酶体的稳定性,导致多种水解酶外漏;②影响细胞膜磷脂代谢;③改变靶细胞糖代谢使组织中pH降低;④以及活化靶细胞核酸内切酶,降解基因组DNA从而引起程序性细胞死亡等机理杀伤靶细胞。TNF引起细胞死亡过程要明显慢于穿孔素溶解细胞的作用过程。

表7-12 人和小鼠NK敏感和敏感靶细胞

 敏感的靶细胞不敏感的靶细胞
K562髓样白血病细胞Daudi Burkitt 淋巴瘤
Molt-4急性T淋巴细胞白血病细胞Raji Burkitt 淋巴瘤
JM急性T淋巴细胞白血病细胞LiBr黑钯素瘤细胞
Jurkat急性T淋巴细胞白血病细胞 
U-937前单核细胞 
某些新鲜肿瘤细胞 
小鼠Yac-1 Moloney病毒诱导的T淋巴病EL-4 Benzpyrene诱导的胸腺
(A/Sn小鼠)淋巴瘤(C57BL/6)
MPC-11矿物油诱导的浆细胞瘤P815 Methlycholanthrene诱导
(BLAB/c小鼠)的肥大细胞瘤(DBA/2)
X-63 

注:本表中NK不敏感细胞可作为LAK的靶细胞;NK细胞体外在高剂量IL-2诱导下可成为IAK细胞。

(二)ADCC(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)

NK细胞表面具有FcγRⅢA,主要结合人IgG1和IgG3和Fc段(Cγ2、Cγ3功能区),在针对靶细胞特异性IgG抗体的介导下可杀伤相应靶细胞。IL-2和IFN-γ明显增强NK细胞介导的ADCC作用。以前认为在淋巴细胞中由K细胞介导ADCC,但至今仍未发现K细胞特异的表面标记,也不能证实K细胞是否属于一个独立的细胞群,很可能NK是介导ADCC的一个主要淋巴细胞群。具有ADCC功能的细胞群除NK外,还有单核细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞。

(三)分泌细胞因子

活化的NK细胞可合成和分泌多种细胞因子,发挥调节免疫和造血作用以及直接杀伤靶细胞的作用。

此外,NK细胞可抑制PWM体外诱导B细胞的分化及抗体应答,其机理可能通过直接抑制B细胞或抑制辅佐细胞的抗原提呈作用。

表7-13 NK细胞产生的细胞因子

细胞因子静止NK细胞活化的NK细胞
IL-1--
IL-2--
IL-3-+
GM-CSF?++
G-CSF--
M-CSF-+
IFN-α或β-?+
IFN-γ-+
IFN-α-+
TNF-β-+

NK细胞通过自然杀伤和NDCC发挥的细胞毒作用,在机体抗病毒感染、免疫监视中起重要作用。(1)抗病毒感染:NK可选择性地杀伤病毒感染的靶细胞。由辅佐细胞或NK细胞所产生的IFN可协同NK的抗病毒作用,而对正常细胞有保护作用。另一方面,病毒感染细胞表面的病毒抗原和其它表面分子使得其对NK的杀伤细胞作用变得更加敏感。在体外,NK可溶解疱疹病毒、牛痘病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、巨细胞病毒和流感病毒感染的靶细胞。体内试验表明,NK低活性小鼠品系对某些病毒感染更加敏感;注射抑制NK细胞的抗Asialo GM1抗体可加重小鼠流感病毒发生肺炎。此外,NK细胞在体外还可杀伤某些细菌、真菌、原虫等,可能与NK细胞释放某些杀伤介质有关。(2)NK细胞在免疫监视、杀伤突变的肿瘤细胞可能比T细胞具有更重要的作用。某些疾病如Chediak-Higashi或X性联淋巴增殖综合征患者,由于NK功能缺陷对恶性淋巴细胞增殖疾病特别易感。(3)参与骨髓移植后移植物抗白血病效应(graft-versus-leukemiaeffect,GVL):在体外NK细胞可杀伤某些淋巴样和髓样白血病细胞。骨髓移植后数周内,来自供体的NK细胞的PBL中占相当高的比例。此外,在体内NK细胞还可杀伤某引起不成熟细胞如髓髓干细胞、胸腺细胞亚群等。