NK細胞基礎生物學：抗腫瘤和腫瘤免疫

撰文：挑食的免疫喵

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NK細胞全稱自然殺傷細胞（Natural Killer Cell），具有細胞毒性和免疫調節雙重功能。NK細胞源自骨髓造血幹細胞，通過識別自體MHC I分子的訓練後獲得區分「敵我」的能力。

1 NK細胞的基礎生物學

NK細胞來源於CD34+共淋巴祖細胞。據估計，NK細胞的半衰期大約為7~10天，它佔人類外周血淋巴細胞總數的10-15%，也存在於脾臟、肝臟、肺、骨髓和淋巴結中，它們通過與DC細胞（樹突狀細胞）的相互作用發揮關鍵的免疫調節功能。NK細胞是第一組固有淋巴樣細胞的典型成員，聚集在一起，以獲得分泌IFN-γ的能力。終末分化的NK細胞缺乏B淋巴細胞（CD19-）和T淋巴細胞（CD3-）的表型標記，CD56是NK細胞特徵的標誌。

通常，它們被區別出來從其大小，以及含有穿孔素和顆粒酶的細胞質顆粒，這是NK細胞殺傷活性的重要效應。

NK細胞根據CD56的表達水平被進一步區分：dim和bright。CD56dim是一種完全成熟的NK細胞，佔外周血NK細胞的90%，主要起介導細胞毒性的作用；另一方面，CD56 Bright是一種不成熟的細胞因子產生的細胞。NK細胞缺乏基因重排抗原受體，但仍能識別和直接裂解異常細胞，無需事先致敏。這是通過在NK細胞表面表達的一組成熟而獨特的受體來實現的，這些受體通過與被感染和惡變的細胞上的配體相互作用而激活。雖然配體仍未完全表徵，但NK細胞受體的分類依據其作用：激活、抑制和混合功能。它們還表達細胞因子受體，包括IL-2R、IL-4R、IL-10R、IL-12R、IL-15R、IL-18R和IL-21R等，以及TGFβR。

下圖概述了NK細胞活動的主要受體。

激活受體，包括天然細胞毒性受體，由NKp30、44和46組成。NKp30識別帶B7-H6腫瘤抗原，NKp44結合病毒血凝素和血凝素神經氨酸酶以及其他腫瘤相關配體。NKp 46抑制小鼠轉移瘤生長。Fcγ-RIIIa（CD16）是另一種激活受體，可觸發ADCC（抗體依賴的細胞毒性）。

抑制性受體，包括CD161、CLRG1、PD1、TIM3、LAG 3、CD96和TIGIT。具有混合功能的NK細胞受體包括KTR（殺傷細胞Ig樣受體）和NKG2受體：KIR2DS、KIR2B4和KIR3DS與其他具有抑制作用的KIR不同。

同樣，NKG2A受體抑制NK活性，而NKG2D信號傳導激活信號，通過與腫瘤細胞上選擇性表達的特定應激誘導配體（MICA、MICB和病毒UL16結合蛋白）結合，啟動細胞毒活性。

2 NK細胞抗腫瘤活性

NK細胞對腫瘤細胞具有天然的殺傷作用，也是IFN-γ、TNF-α、GM-CSF（粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子）等細胞因子和趨化因子的主要來源。這些細胞因子參與其他淋巴細胞的招募和功能，例如增強抗原特異性T細胞反應，以及與DC細胞和中性粒細胞的調節交叉調節網絡。

NK細胞一旦遇到腫瘤細胞，就會釋放穿孔素和顆粒酶，分別穿透細胞質膜並觸發細胞凋亡。這些細胞被NK細胞認為是「非自我」，因為它們的MHC-I的減少/缺乏，而MHC-I在身體幾乎每一個健康細胞上都有表達。這種選擇性攻擊可以通過一種創造的「耐受性」過程來實現，即成熟的 NK 細胞識別正常細胞的MHC-I，並觸發一個抑制信號（通過免疫受體酪氨酸基抑制基）來阻止對這些『自我』細胞的酪氨酸激活信號。

當 NK 細胞遇到減少/缺乏MHC-I的異常細胞時，抑制受體不被激活，激活信號未被抑制，從而引發裂解攻擊。建立「自我」耐受性的原因是「NK許可」過程，即在NK細胞功能發育過程中，NK細胞上的抑制受體與其同源的MHCⅠ類配體配對，從而賦予對自身抗原的耐受性。

在耐受過程之外，抑制受體不僅對抗激活受體，而且通過自身識別抑制受體的發育，參與對成熟NK細胞識別自我的「教育」：在NK細胞成熟過程中，NK細胞隨機表達個體抑制性KIR基因，直到有一種不同的抑制受體組合識別出MHC-I 信號。

另一種針對腫瘤細胞的方法是通過CD16受體（FCγRIIIA）在NK細胞上表達。活化後，NK細胞能有效地識別與腫瘤細胞結合的IgG抗體的Fc部分，並通過ADCC溶解結合抗體的細胞。

3 NK細胞：激活適應性免疫系統的橋梁

在細胞毒性反應的同時，NK細胞釋放的細胞因子和趨化因子進一步吸引其他NK細胞、DC細胞和各種T 細胞。腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等促炎細胞因子通過NK細胞FASL與腫瘤細胞Fas複合物的相互作用誘導腫瘤細胞壞死，從而誘導靶細胞凋亡。其他趨化因子（如CCl 3、CCl4、CCl5和CCl10）通過化學梯度將免疫效應細胞定向到腫瘤部位，而其他如IL-10和IL-6則在產生部位增強免疫活性。例如，通過釋放CCL 5、XCL 1和XCL 2，NK細胞促進DC細胞進入實體腫瘤。

同樣地，淋巴結中NK細胞的激活促進了IFN-γ的釋放，通過吸收額外的免疫效應細胞，包括抗原提呈細胞（巨噬細胞和DC細胞），誘導促炎性腫瘤微環境，最終驅動TH1免疫反應，動員T細胞進入淋巴結，並從CD8+T細胞分化為細胞毒性T淋巴細胞。最後，NK細胞通過攻擊未成熟的DC細胞和保留成熟的DC細胞，以保證免疫應答的質量。

4 與NK細胞相關的腫瘤免疫逃逸的機制

NK細胞與MHC-I分子之間的關鍵相互作用是防止自身免疫破壞的重要機制，也是腫瘤細胞逃避免疫系統導致NK細胞失能的關鍵機制。對不同腫瘤類型的多項研究表明，當腫瘤內NKG2D激活的NK細胞相對於外周血中的比例較高時，對轉移有積極的預後價值和風險預測。

腫瘤細胞逃避NK細胞免疫監視的一種方法是，將NK細胞與KIR受體結合後識別為自身的MHCⅠ類分子表達。其他的腫瘤逃逸方式也被描述，包括通過PD-1與PD-L1的相互作用來抑制免疫反應，類似於T細胞抑制。

NK2GD配體、MICA和MICB從腫瘤細胞表面脫落是腫瘤逃逸的另一個主要機制，同樣，腫瘤細胞通過產生TGF-β和Kynurenine而進化出下調NK細胞NKG2D表達，也是一種策略。正是由於我們對這些逃逸機制的具體理解，我們才制定了以NK細胞為基礎的治療策略。

5 腫瘤微環境和NK細胞抗腫瘤活性

腫瘤微環境（Tumor microenvironment ，TME）在腫瘤細胞逃避 NK 細胞免疫監視中起著重要作用。TME是一種破壞正常血液供應和血管生成的環境，並通過基質、代謝和免疫抑制等機制的激活而誘導低氧環境。這種低氧環境破壞了NK 細胞的多種功能，為腫瘤的擴張、生長和轉移創造了有利的環境。微環境可通過腫瘤源因子、自噬調節殺傷、調節癌細胞代謝和腫瘤衍生小泡，導致NK 細胞功能受損。

低氧是產生免疫抑制性TME的關鍵因素之一。低氧腫瘤細胞通過抑制NKG2D激活受體的表達和產生TGF-β而產生細胞因子。這些細胞因子通過抑制NKG2D激活受體的表達和分泌而產生細胞因子，包括Treg細胞的上調。通過產生HIF1-α，MDSCs分化為腫瘤相關巨噬細胞，表現出M2反應，並從癌細胞中切割Fas配體，導致NK細胞和CTL細胞功能受損。

除了創造一個免疫抑制環境外，低氧還會破壞 NK 細胞的功能和細胞毒性，增加 TME 中的乳酸和腺苷。乳酸通過破壞 NK 細胞功能pH值和腺苷升高導致抑制 IL-2 刺激的 NK 細胞釋放TNF-α ，並抑制NK 細胞的增殖和細胞毒性功能。免疫抑制腫瘤微環境在抑制 NK 細胞激活方面特別重要，如上所述。

然而，NK 細胞在實體腫瘤中的療效的一個挑戰是與其腫瘤部位趨性有關。趨化因子梯度的解除是阻止 NK細胞趨性到實體腫瘤部位的主要機制。

另一個挑戰是適當的歸巢和腫瘤浸潤與不良的病理性血管生成有關，血管生成是一個實質性的屏障適當的 NK 細胞傳遞和細胞向腫瘤部位的外滲，並介導免疫抑制。

6 NK細胞和腫瘤幹細胞

腫瘤幹細胞（Cancer Stem Cells，CSCs）是腫瘤中能夠通過不對稱細胞分裂自我更新的少數細胞群，是腫瘤細胞異質性的基礎。

一般來說，CSCs缺乏統一的表面標記。然而，正是由於缺乏/下調MHC-I的表達，引起了研究者關於NK細胞在針對CSCs方面治療的興趣。這一觀點在結直腸癌和膠質母細胞瘤得到證實，在接受化療的患者檢測到CSCs的富集，隨後NK細胞有效地靶向CSCs。

NK 細胞的另一種非細胞毒性作用最近被描述為「分裂無力」，NK 細胞與 TME中的單核細胞和巨噬細胞相互作用，導致非能細胞不具有細胞毒性，而是分泌細胞因子，從而促進 CSCs 的分化，使它們對標準更加敏感。CSCs 對腫瘤增殖、復發和轉移的重要性他們對標準細胞毒性治療的耐藥性，靶向 CSCs 已成為腫瘤學的一個興趣領域，為發展新的治療方式開闢新的機會。

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