記憶性NK細(xì)胞的研究進(jìn)展①

付笑迎 吳長(zhǎng)有 （中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)教研室,廣州 510080）

記憶性NK細(xì)胞的研究進(jìn)展①

付笑迎 吳長(zhǎng)有 （中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)教研室,廣州 510080）

自然殺傷細(xì)胞（NaturalKiller cells,NK cells）作為固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分,可以在無(wú)預(yù)先活化的情況下對(duì)病原體的入侵作出快速?gòu)V泛的應(yīng)答,殺傷靶細(xì)胞并釋放細(xì)胞因子,尤其是IFN-γ。然而最近的研究表明,NK細(xì)胞跨越了傳統(tǒng)意義上固有免疫和適應(yīng)性免疫的界限,不僅發(fā)揮固有免疫的作用,而且具備適應(yīng)性免疫的所有特點(diǎn)甚至包括記憶性,通過識(shí)別活化性受體或細(xì)胞因子可以誘導(dǎo)記憶性NK細(xì)胞的形成。而且,記憶性NK細(xì)胞具有特異性并可長(zhǎng)期存在于宿主體內(nèi),當(dāng)再次受到相應(yīng)抗原刺激時(shí),記憶性NK細(xì)胞可以為宿主提供更快更強(qiáng)的免疫保護(hù)作用。這些研究為進(jìn)一步揭示NK細(xì)胞的免疫學(xué)功能及其臨床應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

1 NK細(xì)胞的固有免疫功能

免疫系統(tǒng)是由固有免疫應(yīng)答和適應(yīng)性免疫應(yīng)答共同組成并發(fā)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(shè)下了第一道防線,而適應(yīng)性免疫細(xì)胞T細(xì)胞和B細(xì)胞為機(jī)體提供長(zhǎng)期持續(xù)的特異性免疫應(yīng)答。從系統(tǒng)發(fā)生學(xué)的觀點(diǎn)看,固有免疫系統(tǒng)先于適應(yīng)性免疫系統(tǒng)形成并同時(shí)存在于植物和動(dòng)物體中[1]。雖然固有免疫系統(tǒng)是初始的,但固有免疫細(xì)胞可以通過種系編碼識(shí)別受體識(shí)別不同的病原體并產(chǎn)生免疫應(yīng)答[2]。另外,一些研究顯示無(wú)脊椎動(dòng)物的固有免疫系統(tǒng)可以誘導(dǎo)產(chǎn)生特異性記憶樣應(yīng)答[3]。因此,人們意識(shí)到固有免疫系統(tǒng)及固有免疫細(xì)胞比先前認(rèn)識(shí)的更復(fù)雜更精密。

NK細(xì)胞作為固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分,無(wú)需抗原的預(yù)先刺激與活化即可發(fā)揮細(xì)胞毒效應(yīng),并可分泌多種細(xì)胞因子及趨化因子,為適應(yīng)性免疫應(yīng)答的啟動(dòng)提供第一道防線[4,5]。與T細(xì)胞和B細(xì)胞不同的是,NK細(xì)胞并不發(fā)生體細(xì)胞基因重排,而是依賴于一定數(shù)量的NK細(xì)胞抑制性及活化性受體（NKRs）識(shí)別MHCI類分子,類似MHCI類分子及其它配體[6]。NK細(xì)胞的自我耐受是通過“執(zhí)照”機(jī)制,即在獲得功能前,NK細(xì)胞表面抑制性受體與自身MHC分子的結(jié)合[7,8]。NK細(xì)胞的效應(yīng)功能受宿主或病原體的調(diào)控,可以由NK細(xì)胞表面活化性受體與宿主或病原體細(xì)胞表面配體的結(jié)合而啟動(dòng)[9]。NK細(xì)胞也會(huì)對(duì)其它信號(hào)作出應(yīng)答,尤其是抗原提呈細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子,誘導(dǎo)NK細(xì)胞對(duì)病原體的入侵發(fā)揮早期的宿主應(yīng)答[10]。

2 半抗原誘導(dǎo)記憶性NK細(xì)胞的產(chǎn)生

2006年,在接觸性過敏反應(yīng)的動(dòng)物模型中,von Andrian等[11]證明NK細(xì)胞對(duì)預(yù)先接觸過的特異性抗原具有記憶性。接觸性過敏反應(yīng),即抗原特異性受體識(shí)別半抗原蛋白,由T細(xì)胞和B細(xì)胞介導(dǎo)的遲發(fā)性過敏反應(yīng),可以在RAG缺陷型小鼠（缺乏T細(xì)胞和B細(xì)胞）體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生,卻不能在RAG及IL-2受體γ鏈雙缺陷型小鼠（缺乏T、B細(xì)胞及NK細(xì)胞）體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生[11]。該半抗原特異性“記憶”可以通過過繼轉(zhuǎn)輸已致敏供體鼠的肝NK細(xì)胞獲得,初始受體鼠即可獲得不依賴于T細(xì)胞和B細(xì)胞介導(dǎo)接觸性過敏反應(yīng)的能力[11]。研究顯示這一記憶應(yīng)答的能力可以持續(xù)一個(gè)月,并且再次加強(qiáng)應(yīng)答只能由預(yù)先致敏宿主的半抗原而非其它無(wú)關(guān)抗原誘導(dǎo),即具有特異性[11]。這些研究結(jié)果表明NK細(xì)胞具有產(chǎn)生抗原特異性再次應(yīng)答的能力[11]。

然而,這一研究并未闡明哪一NK細(xì)胞亞群對(duì)半抗原產(chǎn)生特異性記憶應(yīng)答及NK細(xì)胞介導(dǎo)接觸性過敏反應(yīng)的機(jī)制。而且,更多問題引人深思:NK細(xì)胞的什么受體識(shí)別了靶細(xì)胞表面的半抗原?半抗原配體的本質(zhì)是什么?為什么是肝中而非脾臟中的NK細(xì)胞發(fā)揮再次應(yīng)答的作用?為什么在自然選擇的進(jìn)化過程中,NK細(xì)胞獲得了抵御半抗原的再次應(yīng)答能力?難道NK細(xì)胞在進(jìn)化過程中產(chǎn)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(xì)胞

最近,在MCMV（小鼠感染巨細(xì)胞病毒）模型中,人們證明NK細(xì)胞具備幾乎所有適應(yīng)性免疫的特點(diǎn)包括記憶性[12]。研究的結(jié)果表明,約50%的NK細(xì)胞表面表達(dá)NK細(xì)胞活化性受體Ly49H,特異性識(shí)別小鼠巨細(xì)胞病毒蛋白m157[12]。在感染巨細(xì)胞病毒前,將少量NK細(xì)胞過繼轉(zhuǎn)輸?shù)饺狈y49H+NK細(xì)胞的小鼠體內(nèi),感染病毒后,Ly49H+NK細(xì)胞增殖了1 000倍。增殖的NK細(xì)胞在病毒清除前持續(xù)存在于宿主體內(nèi)數(shù)周并表現(xiàn)為活化表型,CD69及NKG2D的表達(dá)均升高并產(chǎn)生IFN-γ,之后逐漸凋亡至初始的細(xì)胞數(shù)量,即形成記憶性NK細(xì)胞[12]。與未受感染的初始NK細(xì)胞相比,記憶NK細(xì)胞有能力產(chǎn)生更多的IFN-γ,并能更迅速地脫顆粒發(fā)揮殺傷功能。過繼轉(zhuǎn)輸同等數(shù)量的初始NK細(xì)胞或記憶性NK細(xì)胞至新生鼠體內(nèi),當(dāng)新生鼠感染巨細(xì)胞病毒后,觀察其生存率。轉(zhuǎn)輸記憶性NK細(xì)胞的新生鼠生存率更高,而當(dāng)阻斷Ly49H這一受體時(shí),生存率即下降[12]。由此可見,記憶性NK細(xì)胞對(duì)感染的病毒具有記憶性,當(dāng)再次感染巨細(xì)胞病毒時(shí),記憶性NK細(xì)胞可以發(fā)揮更強(qiáng)的保護(hù)作用[12]。因此,作為進(jìn)化的橋梁,NK細(xì)胞同時(shí)具備了固有免疫及適應(yīng)性免疫的特點(diǎn)甚至記憶性。通過對(duì)基因序列的分析顯示,T細(xì)胞活化后分子序列發(fā)生了改變,經(jīng)過增殖、凋亡,成為記憶細(xì)胞。同樣地,今后對(duì)靜止NK細(xì)胞、活化NK細(xì)胞及記憶NK細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)分析會(huì)幫助人們了解NK細(xì)胞在受到病毒感染后是如何成為長(zhǎng)壽命的記憶細(xì)胞并持續(xù)存在數(shù)月的。綜合前面的研究結(jié)果,將促使人們重新認(rèn)識(shí)對(duì)免疫系統(tǒng)的傳統(tǒng)分類。

4 細(xì)胞因子誘導(dǎo)記憶性NK細(xì)胞的產(chǎn)生

更新的研究顯示,細(xì)胞因子可以誘導(dǎo)NK細(xì)胞產(chǎn)生記憶樣NK細(xì)胞,當(dāng)受到再次刺激時(shí),可以產(chǎn)生更多的IFN-γ[13]。在免疫應(yīng)答中,NK細(xì)胞的活化依賴于細(xì)胞因子信號(hào)而非特異性抗原受體?？乖岢始?xì)胞分泌的多種細(xì)胞因子,如IL-1、IL-12、IL-15和IL-18都會(huì)對(duì)NK細(xì)胞的活化起作用,即通過細(xì)胞因子的刺激啟動(dòng)NK細(xì)胞對(duì)多種感染情況作出有效的免疫應(yīng)答[10]。為了確定NK細(xì)胞是否具有免疫記憶的特性,Cooper等[13]建立了體內(nèi)過繼轉(zhuǎn)輸模型,由IL-12及IL-18活化的NK細(xì)胞過繼轉(zhuǎn)輸?shù)轿词艽碳さ男∈篌w內(nèi)。與對(duì)照組不同的是,當(dāng)受到細(xì)胞因子再次刺激時(shí),活化的NK細(xì)胞可以產(chǎn)生更強(qiáng)的免疫應(yīng)答,即可以分泌更多的IFN-γ。然而,記憶性NK細(xì)胞不表達(dá)顆粒酶B蛋白,與初始NK細(xì)胞對(duì)靶細(xì)胞的殺傷作用并無(wú)不同[13]。這一研究表明,當(dāng)NK細(xì)胞受到再次刺激時(shí),其應(yīng)答發(fā)生了根本的改變。NK細(xì)胞這一特有的記憶性效應(yīng)可以持續(xù)至少三周,相對(duì)于NK細(xì)胞一周到17天的半衰期來(lái)說,是相對(duì)較長(zhǎng)的一段時(shí)間[14]。細(xì)胞因子活化的NK細(xì)胞在過繼轉(zhuǎn)輸后,在體內(nèi)發(fā)生增殖,有趣的是,子細(xì)胞亦具有類似的記憶性表型[13]。因此,記憶性NK細(xì)胞可以穩(wěn)定存在并具有遺傳性,提示細(xì)胞因子單一的活化信號(hào)即可引起一群成熟NK細(xì)胞活力增強(qiáng)。

5 結(jié)論

綜上所述,研究表明NK細(xì)胞亦具備適應(yīng)性免疫細(xì)胞獨(dú)有的記憶性,活化受體識(shí)別或細(xì)胞因子活化即可以誘導(dǎo)記憶性NK細(xì)胞的產(chǎn)生。雖然這兩種誘導(dǎo)記憶細(xì)胞產(chǎn)生模式之間的關(guān)系有待闡明,但可以確信的是記憶性NK細(xì)胞的功能是增強(qiáng)的。這些研究給了我們新的啟示,其它固有免疫細(xì)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(duì)適應(yīng)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]。

1 Janeway C J,Medzhitov R.Innate immune recognition[J].Annu Rev Immunol,2002;20:197-216.

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

3 Kurtz J,Franz K.Innate defence:evidence formemory in invertebrate immunity[J].Nature,2003;425（6953）:37-38.

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.

8 Gasser S,Raulet DH.Activation and self-tolerance of natural killer cells[J].Immunol Rev,2006;214:130-142.

9 Arase H,Mocarski E S,Campbell A Eetal.Direct recognition of cytomegalovirusby activating and inhibitory NK cell receptors[J].Science,2002;296（5571）:1323-1326.

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(zhǎng)有.免疫記憶與疫苗研究開發(fā)[J].中國(guó)免疫學(xué)雜志,2005;21（1）:4-7.

16 吳長(zhǎng)有,劉 杰,楊濱燕etal.人周圍血NK細(xì)胞亞群、表型和生物學(xué)特征[J].中國(guó)免疫學(xué)雜志,2005;21（7）:483-486.

17 吳長(zhǎng)有.初始和記憶T細(xì)胞的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代免疫學(xué),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(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（20070558213）

付笑迎（1985年-）,女,在讀博士;

及指導(dǎo)教師:吳長(zhǎng)有（1955年-）,男,教授,博士生導(dǎo)師,課題負(fù)責(zé)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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