为什么肿瘤细胞怕NK细胞？我们可以自主生产NK细胞吗？
小杨 / 2024-09-26 09:23:04
百欧博伟生物：自然杀伤细胞属于大颗粒淋巴细胞,是固有免疫系统中的重要成员,在肺脏､脾脏､肝脏､淋巴结､肠道及外周等组织中广泛存在,在机体抵抗病毒感染和清除肿瘤细胞中发挥重要功能｡
NK细胞作为重要的固有免疫细胞之一，其功能非常复杂多样。它们不仅能够通过释放穿孔素、效应分子或借助死亡受体/配体途径直接杀死靶细胞，还能通过释放各种细胞因子和趋化因子等，发挥免疫调节作用，从而参与病毒感染、自身免疫疾病以及肿瘤等多种疾病的发生与发展过程。
近年来的研究表明，
NK细胞不仅参与组织修复，还促进母胎耐受等病理生理过程。目前，基于NK细胞的免疫治疗已经被应用于肿瘤和病毒感染等疾病，展现出广阔的临床应用潜力。
由于组织微环境的复杂性以及肿瘤的异质性等因素，NK细胞免疫治疗在临床上的疗效仍需提升。因此，深入研究NK细胞活化及功能调控机制，并探索增强其功能的新方法，将为相关疾病的治疗带来新的方向和思路。
在1970年代，Herberman RR在研究中意外发现，正常小鼠的脾脏中存在一类可以直接攻击肿瘤细胞的淋巴细胞，这与需要经过抗原刺激并发挥特定杀伤作用的T细胞显著不同。
随后，研究人员在人的外周血中也发现了功能类似的细胞亚群。这些细胞无需事先致敏，不受MHC限制，因此能够识别并消灭异常细胞，因此被称为“自然杀伤细胞”。
越来越多的研究发现，NK细胞已经超出了传统固有免疫的界限，不仅能够发挥固有免疫的功能，还展现了适应性免疫的诸多特征，例如抗原呈递和免疫记忆等。
在人体中，NK细胞通常被定义为CD56+细胞群。根据CD56分子的表达，NK细胞可分为两个主要亚群。具备更高成熟度和杀伤能力的亚群是外周血中的主要NK细胞，而在淋巴结中，则以具有免疫调节功能的NK细胞亚群占比较大。
在小鼠中，NK细胞通常被定义为CD3-NKp46+或CD3-NKI.1+的细胞群体，并且可以根据KLRG1、CD11b、CD27和CD226等分子的表达进一步区分不同发育和成熟阶段的亚群。
此外，近期研究表明，传统NK细胞亚群在多个方面存在显著差异，它们在维持组织局部环境的稳态、免疫监视以及免疫耐受中扮演着重要角色。
NK细胞是机体先天免疫系统中关键的免疫细胞，它们在免疫防御、监控及自我平衡等方面发挥着重要作用。NK细胞能够迅速响应病毒感染的细胞或肿瘤细胞，因此成为抵御感染和肿瘤的首要防线。
相较于T细胞，NK细胞能够直接识别并攻击靶细胞，不受MHC的限制，也不需要抗体，因此在临床应用上具备显著优势。NK细胞的活化与其表面受体的表达有着密切关系，这一过程取决于多种抑制性和活化性受体之间的平衡。
抑制性受体主要识别MHCI类分子，而活化性受体则能够辨认MHCI类及非MHCI类分子。
在正常情况下，NK细胞表面的抑制性受体与活化性受体会与正常组织细胞上的MHCI类分子结合。由于抑制性受体对MHCI类分子的亲和力较强，因此其作用占据主导地位，这使得NK细胞不会攻击自身的正常组织细胞。
当靶细胞表面的MHCI类分子出现异常情况，比如病毒感染或肿瘤细胞导致该分子的表达减少或缺失时，抑制性受体的识别能力也会受到影响。这时，NK细胞的一类活化性受体能够通过识别靶细胞表面非MHCI类的分子发挥杀伤作用，从而实现免疫监视和免疫清除功能。
肿瘤细胞通过自身的因素限制NK细胞的活化、成熟及功能：首先，肿瘤细胞降低了NK细胞活化受体配体的表达，从而抑制了其活化。其次，肿瘤细胞增加MHCI类分子的表达，为NK细胞传递抑制信号，进一步阻碍其激活。
此外，肿瘤细胞能够通过分泌TGF-p、IDO、PEG2和腺苷等物质，抑制NK细胞的功能；或者通过降低NK细胞表面IL-15受体的表达来阻碍其成熟，从而导致不成熟表型的NK细胞在肿瘤微环境中积累，使得其抗肿瘤能力明显下降。
肿瘤微环境因素对NK细胞功能的抑制：肿瘤细胞或其他基质细胞通过分泌多种因子，招募或激活不同类型的抑制性免疫细胞。这些免疫细胞则通过表达多种抑制性分子来削弱NK细胞的杀伤能力。例如，MDSC或其他基质细胞能够通过表达膜结合型TGF-β来降低NK细胞中NKG2D的水平。
另一方面，肿瘤细胞能够激活血小板，而这些血小板通过上调肿瘤细胞表面抑制性受体的配体并下调活化性受体的配质表达。此外，覆盖在肿瘤细胞表面的血小板还可以分泌抑制性分子，从而帮助肿瘤细胞躲避NK细胞的攻击。
综上所述，肿瘤细胞及其微环境通过多种机制引起TINK细胞数量的减少和功能的异常。因此，进一步探讨肿瘤微环境对TINK细胞表型及功能的影响，并识别调控NK细胞的重要微环境因素，将为提升其抗肿瘤能力和逆转“耗竭”状态提供新的思路。
已有研究表明，NK细胞的代谢状况与其表型、活化及效应功能之间存在紧密关联。研究发现，NK细胞以葡萄糖为主要能源，而葡萄糖代谢水平的提升对于其最佳效应功能的发挥至关重要，这包括了细胞因子的分泌以及细胞毒性活性。
研究发现，在静息状态下，小鼠的脾脏NK细胞代谢活性较低，且更倾向通过氧化磷酸化途径为细胞提供能量。对此进行短暂刺激，无论是使用细胞因子还是激活受体抗体，都不会显著改变其代谢方式。
然而，若将细胞因子的刺激时间延长至3-5天，NK细胞的代谢方式会显著变化。糖酵解和氧化磷酸化的水平都会明显提高，以满足特定的能量需求和生物合成要求。进一步研究显示，当用2-脱氧葡萄糖这一糖酵解抑制剂处理NK细胞时，其效应功能能够明显下调。
在人类外周血的NK细胞中也发现了类似的现象，经过细胞因子的激活后，这些NK细胞的代谢水平有所提高，其中CD56bright NK细胞的代谢活动要明显高于CD56dim NK细胞。
活化后的NK细胞需提升自身的生物合成和能量供给，以便产生大量IFN-γ并发挥其效应功能。
通过使用2-DG来抑制NK细胞的糖酵解，或采用寡霉素来阻止氧化磷酸化，都会显著影响人类NK细胞产生IFN-y和颗粒酶的能力。以上研究表明，NK细胞的代谢状态与其功能密切相关。
二、NAD的代谢功能研究
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸在细胞内起着关键作用，作为氧化还原酶的氢和电子载体，它通过代谢过程接受高能电子，并生成NADH。之后，这些电子通过电子传递链被转移，从而合成ATP。
因此，NAD+被视为连接细胞代谢与信号传播的重要中心，其浓度的变化能够调节线粒体功能、代谢、昼夜节律、细胞增殖、DNA修复及表观遗传修饰等生物过程，从而参与调控细胞存活、衰老、免疫反应、炎症以及肿瘤等生理和病理现象。
1、NAD+的生物合成
细胞内NAD+的平衡依赖于NAD+循环、生物合成及消耗之间的动态协调。NAD+可以通过线粒体电子传递链或催化反应中NADH的氧化而获得，例如丙酮酸转化为乳酸、α-酮丁酸转变为α-羟基丁酸，草酰乙酸转换为苹果酸等过程。
哺乳动物细胞内同时存在三种NAD+的合成途径：一种是从色氨酸进行的从头合成；另一种是通过食物中的烟酸和烟酸单核苷酸所形成的Preiss-Handler途径；还有一种则是利用烟酰胺或烟酰胺核苷(NR)进行拯救。
然而，在衰老、炎症和肿瘤等疾病中，NAD+的代谢平衡可能会因其生成减少或消耗增加而受到影响。因此，恢复或修正NAD+代谢的平衡已成为针对这些疾病的重要治疗策略之一，也是该领域备受关注的研究热点。
2、2 NAD+的代谢与免疫调节
近期研究发现，NAD+代谢在调节免疫细胞的稳态、活化、分化及其功能方面起着重要作用。与T细胞相关的研究表明，NAD+代谢可以调控CD4+ T细胞的凋亡和分化，同时补充外源性NAD+能够促进其上调。
FN-y+IL10+CD4+T细胞的比例能够有效减缓实验性脑脊髓膜炎（EAE）的进展，而补充NAD+或抑制NAD+消耗酶CD38的活性则显著提升了杂交瘤细胞或CAR-T细胞的抗肿瘤效果。
增加NAD+也能提升肿瘤浸润T细胞的杀伤能力，从而增强CAR-T和PD1抗体的抗肿瘤效果。
在关于巨噬细胞的研究中，NAD+的从头合成途径与补救合成途径对巨噬细胞功能的调控至关重要。阻断NAD+的补救合成路径会导致巨噬细胞在能量代谢和吞噬功能上出现异常，以及引发不可控炎症反应；而恢复衰老巨噬细胞中的NAD+合成机制则可以显著提升其功能状态。
相反，过量的NAD+水平会促进巨噬细胞向M1极化，从而参与结肠炎的发生和发展。而NAD+合成抑制剂FK866则能够诱导巨噬细胞呈现M2表型，并减轻肠道炎症的严重程度。
此外，补救合成途径产生的NAD+通过激活组蛋白去乙酰化酶SIRT5，调节髓源抑制细胞MDSCs中趋化因子CXCR4的表达，从而促进其在肿瘤组织中的聚集，对抑制性免疫微环境的建立具有重要影响。
三、总结
恶性肿瘤现已成为人类健康的第二大致死原因，癌症的防治已经成为全球重要的公共卫生议题。明确肿瘤发生机制以及开发新的治疗手段，是医学研究领域迫切需要解决的重要任务。
免疫细胞数量的减少或功能失调/耗竭，导致机体的免疫监视能力受到影响，这在肿瘤的发生、发展、预后和治疗中起着关键作用。以免疫干预为基础的肿瘤免疫疗法在2013年被评选为《科学》年度十大科技成就之首，成为癌症治疗的重要转折点。
以PD-1抗体为代表的肿瘤免疫治疗已获得美国FDA的批准，并展示了显著的临床效果。然而，临床研究表明，目前的免疫治疗策略效果仍然相对有限，因此识别关键限制因素并进一步优化治疗方案具有重要的临床价值。
NK细胞是除了T细胞和B细胞之外的第三类淋巴细胞，属于天然免疫系统的一部分。它们在抗肿瘤免疫中展现出独特的优势，无需事先接触抗原即可快速被肿瘤细胞激活，从而发挥直接杀伤能力。
另一方面，NK细胞能够通过分泌细胞因子来调节多种免疫细胞，从而维持免疫平衡。由于NK细胞在抗肿瘤方面的效果更迅速、适用范围更广且来源丰富、副作用较小等优点，通过体外活化、扩增或基因修饰的NK细胞已经成为肿瘤免疫治疗的重要手段。
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