记忆性NK细胞的研究进展①

付笑迎 吴长有 （中山大学中山医学院免疫学教研室,广州 510080）

记忆性NK细胞的研究进展①

付笑迎 吴长有 （中山大学中山医学院免疫学教研室,广州 510080）

自然杀伤细胞（NaturalKiller cells,NK cells）作为固有免疫系统的重要组成部分,可以在无预先活化的情况下对病原体的入侵作出快速广泛的应答,杀伤靶细胞并释放细胞因子,尤其是IFN-γ。然而最近的研究表明,NK细胞跨越了传统意义上固有免疫和适应性免疫的界限,不仅发挥固有免疫的作用,而且具备适应性免疫的所有特点甚至包括记忆性,通过识别活化性受体或细胞因子可以诱导记忆性NK细胞的形成。而且,记忆性NK细胞具有特异性并可长期存在于宿主体内,当再次受到相应抗原刺激时,记忆性NK细胞可以为宿主提供更快更强的免疫保护作用。这些研究为进一步揭示NK细胞的免疫学功能及其临床应用提供了科学依据。

1 NK细胞的固有免疫功能

免疫系统是由固有免疫应答和适应性免疫应答共同组成并发挥作用以有效地抵御病原体的入侵[1]。固有免疫为抵御病原体设下了第一道防线,而适应性免疫细胞T细胞和B细胞为机体提供长期持续的特异性免疫应答。从系统发生学的观点看,固有免疫系统先于适应性免疫系统形成并同时存在于植物和动物体中[1]。虽然固有免疫系统是初始的,但固有免疫细胞可以通过种系编码识别受体识别不同的病原体并产生免疫应答[2]。另外,一些研究显示无脊椎动物的固有免疫系统可以诱导产生特异性记忆样应答[3]。因此,人们意识到固有免疫系统及固有免疫细胞比先前认识的更复杂更精密。

NK细胞作为固有免疫系统的重要组成部分,无需抗原的预先刺激与活化即可发挥细胞毒效应,并可分泌多种细胞因子及趋化因子,为适应性免疫应答的启动提供第一道防线[4,5]。与T细胞和B细胞不同的是,NK细胞并不发生体细胞基因重排,而是依赖于一定数量的NK细胞抑制性及活化性受体（NKRs）识别MHCI类分子,类似MHCI类分子及其它配体[6]。NK细胞的自我耐受是通过“执照”机制,即在获得功能前,NK细胞表面抑制性受体与自身MHC分子的结合[7,8]。NK细胞的效应功能受宿主或病原体的调控,可以由NK细胞表面活化性受体与宿主或病原体细胞表面配体的结合而启动[9]。NK细胞也会对其它信号作出应答,尤其是抗原提呈细胞分泌的细胞因子,诱导NK细胞对病原体的入侵发挥早期的宿主应答[10]。

2 半抗原诱导记忆性NK细胞的产生

2006年,在接触性过敏反应的动物模型中,von Andrian等[11]证明NK细胞对预先接触过的特异性抗原具有记忆性。接触性过敏反应,即抗原特异性受体识别半抗原蛋白,由T细胞和B细胞介导的迟发性过敏反应,可以在RAG缺陷型小鼠（缺乏T细胞和B细胞）体内诱导产生,却不能在RAG及IL-2受体γ链双缺陷型小鼠（缺乏T、B细胞及NK细胞）体内诱导产生[11]。该半抗原特异性“记忆”可以通过过继转输已致敏供体鼠的肝NK细胞获得,初始受体鼠即可获得不依赖于T细胞和B细胞介导接触性过敏反应的能力[11]。研究显示这一记忆应答的能力可以持续一个月,并且再次加强应答只能由预先致敏宿主的半抗原而非其它无关抗原诱导,即具有特异性[11]。这些研究结果表明NK细胞具有产生抗原特异性再次应答的能力[11]。

然而,这一研究并未阐明哪一NK细胞亚群对半抗原产生特异性记忆应答及NK细胞介导接触性过敏反应的机制。而且,更多问题引人深思:NK细胞的什么受体识别了靶细胞表面的半抗原?半抗原配体的本质是什么?为什么是肝中而非脾脏中的NK细胞发挥再次应答的作用?为什么在自然选择的进化过程中,NK细胞获得了抵御半抗原的再次应答能力?难道NK细胞在进化过程中产生了特异性配体并获得免疫记忆以抵御病原体?

3 MCMV模型中的记忆性NK细胞

最近,在MCMV（小鼠感染巨细胞病毒）模型中,人们证明NK细胞具备几乎所有适应性免疫的特点包括记忆性[12]。研究的结果表明,约50%的NK细胞表面表达NK细胞活化性受体Ly49H,特异性识别小鼠巨细胞病毒蛋白m157[12]。在感染巨细胞病毒前,将少量NK细胞过继转输到缺乏Ly49H+NK细胞的小鼠体内,感染病毒后,Ly49H+NK细胞增殖了1 000倍。增殖的NK细胞在病毒清除前持续存在于宿主体内数周并表现为活化表型,CD69及NKG2D的表达均升高并产生IFN-γ,之后逐渐凋亡至初始的细胞数量,即形成记忆性NK细胞[12]。与未受感染的初始NK细胞相比,记忆NK细胞有能力产生更多的IFN-γ,并能更迅速地脱颗粒发挥杀伤功能。过继转输同等数量的初始NK细胞或记忆性NK细胞至新生鼠体内,当新生鼠感染巨细胞病毒后,观察其生存率。转输记忆性NK细胞的新生鼠生存率更高,而当阻断Ly49H这一受体时,生存率即下降[12]。由此可见,记忆性NK细胞对感染的病毒具有记忆性,当再次感染巨细胞病毒时,记忆性NK细胞可以发挥更强的保护作用[12]。因此,作为进化的桥梁,NK细胞同时具备了固有免疫及适应性免疫的特点甚至记忆性。通过对基因序列的分析显示,T细胞活化后分子序列发生了改变,经过增殖、凋亡,成为记忆细胞。同样地,今后对静止NK细胞、活化NK细胞及记忆NK细胞的基因转录表达分析会帮助人们了解NK细胞在受到病毒感染后是如何成为长寿命的记忆细胞并持续存在数月的。综合前面的研究结果,将促使人们重新认识对免疫系统的传统分类。

4 细胞因子诱导记忆性NK细胞的产生

更新的研究显示,细胞因子可以诱导NK细胞产生记忆样NK细胞,当受到再次刺激时,可以产生更多的IFN-γ[13]。在免疫应答中,NK细胞的活化依赖于细胞因子信号而非特异性抗原受体。抗原提呈细胞分泌的多种细胞因子,如IL-1、IL-12、IL-15和IL-18都会对NK细胞的活化起作用,即通过细胞因子的刺激启动NK细胞对多种感染情况作出有效的免疫应答[10]。为了确定NK细胞是否具有免疫记忆的特性,Cooper等[13]建立了体内过继转输模型,由IL-12及IL-18活化的NK细胞过继转输到未受刺激的小鼠体内。与对照组不同的是,当受到细胞因子再次刺激时,活化的NK细胞可以产生更强的免疫应答,即可以分泌更多的IFN-γ。然而,记忆性NK细胞不表达颗粒酶B蛋白,与初始NK细胞对靶细胞的杀伤作用并无不同[13]。这一研究表明,当NK细胞受到再次刺激时,其应答发生了根本的改变。NK细胞这一特有的记忆性效应可以持续至少三周,相对于NK细胞一周到17天的半衰期来说,是相对较长的一段时间[14]。细胞因子活化的NK细胞在过继转输后,在体内发生增殖,有趣的是,子细胞亦具有类似的记忆性表型[13]。因此,记忆性NK细胞可以稳定存在并具有遗传性,提示细胞因子单一的活化信号即可引起一群成熟NK细胞活力增强。

5 结论

综上所述,研究表明NK细胞亦具备适应性免疫细胞独有的记忆性,活化受体识别或细胞因子活化即可以诱导记忆性NK细胞的产生。虽然这两种诱导记忆细胞产生模式之间的关系有待阐明,但可以确信的是记忆性NK细胞的功能是增强的。这些研究给了我们新的启示,其它固有免疫细胞是否也存在记忆性的可能?这为我们控制操纵固有免疫的记忆提供了新策略,对适应性免疫记忆受损的人群,尤其新生儿及免疫缺陷的病人有利,并为今后疫苗的研究及制备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 吴长有.免疫记忆与疫苗研究开发[J].中国免疫学杂志,2005;21（1）:4-7.

16 吴长有,刘 杰,杨滨燕etal.人周围血NK细胞亚群、表型和生物学特征[J].中国免疫学杂志,2005;21（7）:483-486.

17 吴长有.初始和记忆T细胞的研究进展[J].现代免疫学,2005;25（5）:353-356.

[收稿2010-07-29 修回2010-08-05]

（编辑 许四平）

R392.12

A

1000-484X（2010）12-1141-02

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

①本文为教育部2007年度高等学校博士学科点专项科研基金（20070558213）

付笑迎（1985年-）,女,在读博士;

及指导教师:吴长有（1955年-）,男,教授,博士生导师,课题负责人,主要从事免疫记忆与疫苗方面的研究,E-mail:changyou-wu@yahoo.com。

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