記憶性NK細胞的研究進展①

付笑迎 吳長有 （中山大學中山醫學院免疫學教研室,廣州 510080）

記憶性NK細胞的研究進展①

付笑迎 吳長有 （中山大學中山醫學院免疫學教研室,廣州 510080）

自然殺傷細胞（NaturalKiller cells,NK cells）作為固有免疫系統的重要組成部分,可以在無預先活化的情況下對病原體的入侵作出快速廣泛的應答,殺傷靶細胞并釋放細胞因子,尤其是IFN-γ。然而最近的研究表明,NK細胞跨越了傳統意義上固有免疫和適應性免疫的界限,不僅發揮固有免疫的作用,而且具備適應性免疫的所有特點甚至包括記憶性,通過識別活化性受體或細胞因子可以誘導記憶性NK細胞的形成。而且,記憶性NK細胞具有特異性并可長期存在于宿主體內,當再次受到相應抗原刺激時,記憶性NK細胞可以為宿主提供更快更強的免疫保護作用。這些研究為進一步揭示NK細胞的免疫學功能及其臨床應用提供了科學依據。

1 NK細胞的固有免疫功能

免疫系統是由固有免疫應答和適應性免疫應答共同組成并發揮作用以有效地抵御病原體的入侵[1]。固有免疫為抵御病原體設下了第一道防線,而適應性免疫細胞T細胞和B細胞為機體提供長期持續的特異性免疫應答。從系統發生學的觀點看,固有免疫系統先于適應性免疫系統形成并同時存在于植物和動物體中[1]。雖然固有免疫系統是初始的,但固有免疫細胞可以通過種系編碼識別受體識別不同的病原體并產生免疫應答[2]。另外,一些研究顯示無脊椎動物的固有免疫系統可以誘導產生特異性記憶樣應答[3]。因此,人們意識到固有免疫系統及固有免疫細胞比先前認識的更復雜更精密。

NK細胞作為固有免疫系統的重要組成部分,無需抗原的預先刺激與活化即可發揮細胞毒效應,并可分泌多種細胞因子及趨化因子,為適應性免疫應答的啟動提供第一道防線[4,5]。與T細胞和B細胞不同的是,NK細胞并不發生體細胞基因重排,而是依賴于一定數量的NK細胞抑制性及活化性受體（NKRs）識別MHCI類分子,類似MHCI類分子及其它配體[6]。NK細胞的自我耐受是通過“執照”機制,即在獲得功能前,NK細胞表面抑制性受體與自身MHC分子的結合[7,8]。NK細胞的效應功能受宿主或病原體的調控,可以由NK細胞表面活化性受體與宿主或病原體細胞表面配體的結合而啟動[9]。NK細胞也會對其它信號作出應答,尤其是抗原提呈細胞分泌的細胞因子,誘導NK細胞對病原體的入侵發揮早期的宿主應答[10]。

2 半抗原誘導記憶性NK細胞的產生

2006年,在接觸性過敏反應的動物模型中,von Andrian等[11]證明NK細胞對預先接觸過的特異性抗原具有記憶性。接觸性過敏反應,即抗原特異性受體識別半抗原蛋白,由T細胞和B細胞介導的遲發性過敏反應,可以在RAG缺陷型小鼠（缺乏T細胞和B細胞）體內誘導產生,卻不能在RAG及IL-2受體γ鏈雙缺陷型小鼠（缺乏T、B細胞及NK細胞）體內誘導產生[11]。該半抗原特異性“記憶”可以通過過繼轉輸已致敏供體鼠的肝NK細胞獲得,初始受體鼠即可獲得不依賴于T細胞和B細胞介導接觸性過敏反應的能力[11]。研究顯示這一記憶應答的能力可以持續一個月,并且再次加強應答只能由預先致敏宿主的半抗原而非其它無關抗原誘導,即具有特異性[11]。這些研究結果表明NK細胞具有產生抗原特異性再次應答的能力[11]。

然而,這一研究并未闡明哪一NK細胞亞群對半抗原產生特異性記憶應答及NK細胞介導接觸性過敏反應的機制。而且,更多問題引人深思:NK細胞的什么受體識別了靶細胞表面的半抗原?半抗原配體的本質是什么?為什么是肝中而非脾臟中的NK細胞發揮再次應答的作用?為什么在自然選擇的進化過程中,NK細胞獲得了抵御半抗原的再次應答能力?難道NK細胞在進化過程中產生了特異性配體并獲得免疫記憶以抵御病原體?

3 MCMV模型中的記憶性NK細胞

最近,在MCMV（小鼠感染巨細胞病毒）模型中,人們證明NK細胞具備幾乎所有適應性免疫的特點包括記憶性[12]。研究的結果表明,約50%的NK細胞表面表達NK細胞活化性受體Ly49H,特異性識別小鼠巨細胞病毒蛋白m157[12]。在感染巨細胞病毒前,將少量NK細胞過繼轉輸到缺乏Ly49H+NK細胞的小鼠體內,感染病毒后,Ly49H+NK細胞增殖了1 000倍。增殖的NK細胞在病毒清除前持續存在于宿主體內數周并表現為活化表型,CD69及NKG2D的表達均升高并產生IFN-γ,之后逐漸凋亡至初始的細胞數量,即形成記憶性NK細胞[12]。與未受感染的初始NK細胞相比,記憶NK細胞有能力產生更多的IFN-γ,并能更迅速地脫顆粒發揮殺傷功能。過繼轉輸同等數量的初始NK細胞或記憶性NK細胞至新生鼠體內,當新生鼠感染巨細胞病毒后,觀察其生存率。轉輸記憶性NK細胞的新生鼠生存率更高,而當阻斷Ly49H這一受體時,生存率即下降[12]。由此可見,記憶性NK細胞對感染的病毒具有記憶性,當再次感染巨細胞病毒時,記憶性NK細胞可以發揮更強的保護作用[12]。因此,作為進化的橋梁,NK細胞同時具備了固有免疫及適應性免疫的特點甚至記憶性。通過對基因序列的分析顯示,T細胞活化后分子序列發生了改變,經過增殖、凋亡,成為記憶細胞。同樣地,今后對靜止NK細胞、活化NK細胞及記憶NK細胞的基因轉錄表達分析會幫助人們了解NK細胞在受到病毒感染后是如何成為長壽命的記憶細胞并持續存在數月的。綜合前面的研究結果,將促使人們重新認識對免疫系統的傳統分類。

4 細胞因子誘導記憶性NK細胞的產生

更新的研究顯示,細胞因子可以誘導NK細胞產生記憶樣NK細胞,當受到再次刺激時,可以產生更多的IFN-γ[13]。在免疫應答中,NK細胞的活化依賴于細胞因子信號而非特異性抗原受體?？乖岢始毎置诘亩喾N細胞因子,如IL-1、IL-12、IL-15和IL-18都會對NK細胞的活化起作用,即通過細胞因子的刺激啟動NK細胞對多種感染情況作出有效的免疫應答[10]。為了確定NK細胞是否具有免疫記憶的特性,Cooper等[13]建立了體內過繼轉輸模型,由IL-12及IL-18活化的NK細胞過繼轉輸到未受刺激的小鼠體內。與對照組不同的是,當受到細胞因子再次刺激時,活化的NK細胞可以產生更強的免疫應答,即可以分泌更多的IFN-γ。然而,記憶性NK細胞不表達顆粒酶B蛋白,與初始NK細胞對靶細胞的殺傷作用并無不同[13]。這一研究表明,當NK細胞受到再次刺激時,其應答發生了根本的改變。NK細胞這一特有的記憶性效應可以持續至少三周,相對于NK細胞一周到17天的半衰期來說,是相對較長的一段時間[14]。細胞因子活化的NK細胞在過繼轉輸后,在體內發生增殖,有趣的是,子細胞亦具有類似的記憶性表型[13]。因此,記憶性NK細胞可以穩定存在并具有遺傳性,提示細胞因子單一的活化信號即可引起一群成熟NK細胞活力增強。

5 結論

綜上所述,研究表明NK細胞亦具備適應性免疫細胞獨有的記憶性,活化受體識別或細胞因子活化即可以誘導記憶性NK細胞的產生。雖然這兩種誘導記憶細胞產生模式之間的關系有待闡明,但可以確信的是記憶性NK細胞的功能是增強的。這些研究給了我們新的啟示,其它固有免疫細胞是否也存在記憶性的可能?這為我們控制操縱固有免疫的記憶提供了新策略,對適應性免疫記憶受損的人群,尤其新生兒及免疫缺陷的病人有利,并為今后疫苗的研究及制備提供了新思路和新策略[15-17]。

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2 Kumar H,Kawai T,Akira S.Pathogen recognition in the innate immune response[J].Biochem J,2009;420（1）:1-16.

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4 Biron CA,Brossay L.NK cells and NKT cells in innate defense against viral infections[J].Curr Opin Immunol,2001;13（4）:458-464.

5 LodoenM B,Lanier L L.Naturalkiller cells as an initial defense against pathogens[J].Curr Opin Immunol,2006;18（4）:391-398.

6 Bryceson Y T,Long EO.Line of attack:NK cell specificity and integration of signals[J].Curr Opin Immunol,2008;20（3）:344-352.

7 Kim S,Poursine-Laurent J,Truscott SMetal.Licensing of natural killer cellsby hostmajor histocompatibility complex class Imolecules[J].Nature,2005;436（7051）:709-713.

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10 Moretta L,Ferlazzo G,Bottino Cetal.Effector and regulatory events during naturalkiller-dendritic cellinteractions[J].Immunol Rev,2006;214:219-228.

11 O'Leary JG,GoodarziM,Drayton D Letal.T cell-and B cell independent adaptive immunitymediated by natural killer cells[J].Nature Immunol,2006;7:507-516.

12 Sun JC,Beilke JN,Lanier L L.Adaptive immune features of natural killer cells[J].Nature,2009;457（7229）:557-561.

13 CooperM A,Elliott JM,Keyel PAetal.Cytokine-inducedmemory-like naturalkiller cells[J].Proc Natl Acad Sci USA,2009;106（6）:1915-1919.

14 Jamieson AM,Isnard P,Dorfman JRetal.Turnover and proliferation of NK cells in steady state and lymphopenic conditions[J].J Immunol,2004;172（2）:864-870.

15 吳長有.免疫記憶與疫苗研究開發[J].中國免疫學雜志,2005;21（1）:4-7.

16 吳長有,劉 杰,楊濱燕etal.人周圍血NK細胞亞群、表型和生物學特征[J].中國免疫學雜志,2005;21（7）:483-486.

17 吳長有.初始和記憶T細胞的研究進展[J].現代免疫學,2005;25（5）:353-356.

[收稿2010-07-29 修回2010-08-05]

（編輯 許四平）

R392.12

A

1000-484X（2010）12-1141-02

10.3969/j.issn.1000-484X.2010.12.021

①本文為教育部2007年度高等學校博士學科點專項科研基金（20070558213）

付笑迎（1985年-）,女,在讀博士;

及指導教師:吳長有（1955年-）,男,教授,博士生導師,課題負責人,主要從事免疫記憶與疫苗方面的研究,E-mail:changyou-wu@yahoo.com。

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