NK细胞的功能是什么?

2024-04-02

NK细胞,全称为自然杀伤细胞(Natural Killer Cell),是一种特殊的淋巴细胞。NK细胞是一类无需预先感染病原体即可杀死靶细胞的细胞。这意味着NK细胞具有非特异性杀伤作用,即它们不需要事先识别并适应性地攻击病原体或肿瘤细胞,而是通过检测细胞表面的标志物并对其进行杀伤。


01

“全能型”NK细胞,兼具免疫三大功能


作为先天性免疫细胞,NK细胞(natural killer cell)与其他150多种免疫细胞都不同,它不需要接受免疫系统的特殊指令,也不需要其他细胞的配合,自己单独就能识别并清除病原微生物,是一种兼具免疫监视、免疫应答、免疫记忆三大功能于一身的“全能型”免疫细胞。

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人体的先天性免疫军团主要负责在体内巡逻寻找隐逸的“敌军”,实行“免疫监视”功能,它们就像是免疫细胞军团的“警察”,如中性粒细胞、巨噬细胞等,负责巡逻和勘察“敌情”。而NK细胞更像是先天性免疫军团里的“特警”,它反映更加灵敏机警,一旦发现敌军会第一时间迅速绞杀,甚至不需要任何抗原识别反应就能主动出击。


因此,它的绰号很多:“自然杀伤性细胞”,“人体第一道防线”,“抗衰老界的奇迹”,“抗癌战士”……



除了它天然主动的杀敌能力,NK细胞也与记忆T细胞、B细胞一样具有“免疫记忆”功能,所谓“免疫记忆”,就是在免疫的过程中,一旦与某种异物携带的抗原发生反应后,如果再一次接触同样的抗原刺激,就可以快速启动二次免疫,发挥更强的免疫应答。


作为先天性免疫细胞中具有免疫记忆功能的NK细胞,实在是颠覆了传统认知,它甚至与同样具有记忆功能的T细胞、B细胞不同,它不仅仅是抗原介导的免疫记忆(记忆T/B细胞的记忆模式),它还能“记住”炎症细胞因子的特殊环境。这种特殊性,造成NK细胞可以在下次碰到相同抗原体时就发动快速攻击,还可以在感受到相似的炎症环境后,就产生强烈的杀伤功能。

NK细胞杀伤肿瘤细胞主要通过以下四种方式完成,分别是:


直接杀伤
NK细胞直接通过胞吐作用,释放穿孔素和颗粒酶等细胞毒性颗粒,穿孔素在靶细胞表面穿孔,使颗粒酶进入靶细胞诱导靶细胞凋亡。


诱导细胞凋亡
活化NK细胞表达Fas(CD95)配体和TRAIL(肿瘤坏死因子相关诱导凋亡配体)分子,诱导CD95+靶细胞和TRAIL受体阳性的靶细胞通过内源酶的级联反应发生凋亡,使靶细胞进入程序性凋亡状态。


细胞因子介导杀伤
NK细胞能合成和分泌多种细胞因子(如IFN-γ、TNF-α、IL1、IL5、IL8、IL10和G-CSF等),直接作用于靶细胞,或通过进一步激活其他种类免疫细胞攻击靶细胞。

抗体依赖性细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)

NK细胞低亲和力的CD16分子与靶细胞IgG抗体复合物结合后,活化蛋白酪氨酸激酶(PTK),使PLC γ的酪氨酸磷酸化,裂解膜磷酯酰肌醇为三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油,IP3增加细胞内游离钙浓度,进而释放细胞毒性物质(如穿孔素和颗粒酶)


这也奠定了NK细胞在防癌、抵御病毒、抗衰老上的临床治疗方向。


02

预防癌症:精准排查癌细胞,不错过一个漏网之鱼


与其他免疫细胞不同,NK细胞在识别肿瘤机制上有它特有的方式,甚至可以对其他免疫细胞“遗漏”掉的癌细胞进行精准的“排查”与歼灭。


我们人体每天都会产生约6000个癌细胞,负责日夜“监视”这些癌细胞的就是以NK细胞为主的先天性免疫细胞,但总会有“漏网之鱼”,这是因为癌细胞在不断变异,扰乱视线,让一些免疫细胞(中性粒细胞、DC细胞、巨噬细胞等)无法正确识别并杀死癌细胞。


这个扰乱视线的标志物就是癌细胞独有的表达物质MHC-1类分子,只有在癌细胞表达这个分子时,一些免疫细胞才得以识别出。


但狡猾的癌细胞在生长的早期就会降低MHC-1类分子的表达,用来避开免疫系统监视,然而,这种调节会激活NK细胞,让NK细胞在早期就能发现和消灭癌细胞。


NK细胞的工作机制是,如果细胞表达的MHC-I类分子正常,KIR(抑制性杀伤细吧免疫球蛋白样受体)表达正常,NK细胞就不工作。相反,如果MHC-I 类分子下调,KIR表达降低,NK细胞就容易被激活,一些被激活的NK细胞受体,如NKG2D、NKp30、NKp46和NKp44,可以识别靶细胞上表达的应激诱导配体,从而为NK细胞杀伤靶细胞提供积极的信号,开启杀伤模式。


所以,当具有表达MHC-I类分子较少或缺失的细胞,NK细胞就被激活,这就是“抗癌第一道防线”的真面目。


03

抗击癌症:最有效的广谱抗癌细胞


NK细胞具有广谱的抗肿瘤作用,不显示肿瘤杀伤的特异性和MHC限制性,在机体其它免疫细胞(如T、B细胞)功能低下时,NK细胞的作用尤为重要!


NK细胞对几乎所有常见的癌细胞类型都有杀伤作用,包括肺癌、乳腺癌、肝癌、淋巴癌、食道癌等。而NK细胞的杀敌方式也不拘泥于一种,它的抗癌机制非常多样。


除了被激活释放细胞受体来对抗外敌,NK细胞还可以通过释放穿孔素和颗粒酶或通过死亡受体直接杀死癌细胞;同时还可以通过分泌细胞因子和趋化因子,调节先天性和获得性免疫细胞间接杀死病变细胞;另外,NK细胞还能够与肿瘤细胞表面的抗体相结合,发挥细胞毒性作用杀死靶细胞。


这些都是NK细胞抗癌的作用机制,由于NK细胞抗癌的广谱性,近年来关于NK细胞用于治疗各种癌症的研究也越来越多。


在最新的研究中,NK细胞疗法已经被广泛应用于各种癌症治疗,包括:血液系统肿瘤、神经母细胞瘤、卵巢肿瘤、横纹肌肉瘤、乳腺癌、胃癌等。并在这些研究中取得不错治疗效果。


04

抵御病毒:流感、艾滋、乙肝、丙肝,甚至新冠


NK细胞对产生免疫逃逸的病毒有效,在临床已经证明对这类病毒如对甲型流感病毒、乙肝病毒、艾滋病毒、丙肝病毒均有效,对此次全球肆虐的新冠病毒也同样奏效。


新型冠肺炎病毒属于一种对免疫有干扰的病毒,在血液报告上患有新冠肺炎病毒肺炎的患者淋巴细胞下降,具有特殊病毒影响免疫的特点。所以它能引发大规模感染和传播,病情加重具有一定危重症病例。


NK细胞会杀死被感染的细胞,避免这些细胞成为病毒培养基地,阻止更多病毒的复制产生。

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作为先天性全能型免疫细胞,NK细胞是如何抵御病毒入侵的呢?


首先,NK细胞会发挥间接的免疫介导作用,与机体其他多种免疫细胞相互作用,调节机体的免疫状态和免疫功能,增强免疫系统对病毒免疫反应产生。


其次,NK细胞是人体抵抗癌细胞和病毒感染的第一道防线,可非特异性直接杀伤肿瘤细胞,这种天然杀伤活性既不需要抗原识别等一系列免疫反应介导就可以发挥作用,也不需要抗体参与,且无MHC限制(特殊病毒抵抗免疫系统的一种常见手段)。


是一旦NK细胞的活性降低,它就会从王者退化为青铜,战斗力就会锐减。病毒、细菌和癌细胞就可能逃脱监视,大大增加患病及患癌风险。



05

抗衰老:清除“僵尸细胞”


我们都知道,人的衰老是由于构成人体基本单位的细胞衰老造成的,细胞的衰老=人的衰老=患病概率提高,那些停止生长的细胞在体内不断积累,形成毫无用处的“僵尸细胞”,久而久之会引起衰老相关疾病,如老年退行性疾病、心血管疾病、恶性肿瘤、组织/器官纤维化、糖尿病、骨质疏松症、自身免疫性疾病等等。这些疾病都具有非常高的发病率及死亡率,是人类死亡的重要因素。


衰老是体内“僵尸细胞”堆积的结果,作为先天性免疫细胞的核心细胞,NK细胞正是清除衰老细胞的绝对主力军。


NK细胞“杀敌”迅速,可在5分钟内将衰老细胞、癌细胞、细菌侵染细胞、病毒侵染细胞歼灭,同时可以活化吞噬细胞,增加它对衰老细胞的清理能力,高效密集地保卫我们的身体不受侵害,从而达到延缓衰老、保持年轻态的目的。


另外,还有研究显示,与健康人相比,癌症患者体内的NK细胞活性通常有明显的降低,因此,有效增加NK细胞数量,提高细胞活性被认为是可以直接提升癌症患者免疫力的重要因素。


随着科学界对NK细胞更深入的研究,NK细胞的应用范围越来越广泛。在日本,NK细胞回输作为肿瘤治疗和抗衰保健的有效手段已经常态化;在美国,有关NK细胞的研究如火如荼;在国内,NK细胞也已走上临床研究之路。尽管NK细胞被赋予了更多期望,在抗肿瘤领域展现出非凡前景,但仍然也存在一些问题和挑战,相信随着科学不断发展,NK细胞未来必将在防癌抗癌等领域得到更广泛的应用。


06

NK细胞疗法——抗癌新星


通俗地说,细胞免疫疗法就是采集人体自身免疫细胞,经过体外培养,使其数量倍增,然后再回输到人体。一方面用来消除癌细胞、突变细胞,另一方面激活和增强机体免疫力,控制癌细胞的转移和复发。这类疗法包括CAR-T、TCR-T、NK等,目前在全球被广泛研究。


人类到了25岁以后,免疫力逐步下降,NK细胞数量变得更少,肿瘤患者及肿瘤术后患者体内NK细胞的数量及活性都发生了一定的改变,不能非常有效地发挥抗癌作用。


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