自然杀伤 (NK) 细胞是先天免疫细胞，在抗肿瘤反应中作为第一道防线发挥着关键作用。为了防止肿瘤发展，NK细胞会在体内寻找异常细胞，并且似乎是免疫监视中的关键参与者。识别出异常细胞后，NK细胞将被激活并摧毁它们。为了发挥其抗肿瘤功能，它们依赖于溶解颗粒的分泌、死亡受体的表达和细胞因子的产生。此外，NK细胞与肿瘤微环境中的其他细胞相互作用。

近日，国际期刊杂志《nature》刊发了一篇“Natural Killer cells at the frontline in the fight against cancer”的评论文章。

为啥说NK细胞是抗击癌症的最前线的“战士”？它与哪些免疫细胞形成人体抗癌第一道防线？

在这篇综述中，我们将首先关注NK细胞是什么，平常在人体主要干什么。第二说明为什么说NK细胞是抗击癌症的最前线“战士”，其次说明NK细胞摧毁癌细胞都有哪些武器，最后，我们将回顾NK细胞与肿瘤微环境中存在的其他免疫细胞的串扰。

文章阐述了以下结论：

• NK细胞是癌症的第一道防线，其天然细胞毒性和介导的 ADCC使其成为癌症免疫监视的重要组成部分。
• NK细胞的武器库中有多种武器，如细胞毒性分子、细胞因子或死亡配体，可用于摧毁癌细胞。
• NK细胞与肿瘤微环境中的先天性或适应性免疫细胞之间的相互作用多种多样且错综复杂，有助于形成抗肿瘤反应。

01NK细胞

NK细胞是免疫反应的第一线防御者，可抵抗传染病和癌症，但它们在自身免疫性疾病和代谢性疾病中也发挥重要作用。它们无需事先启动，因此能够快速作出反应。它们利用能够识别激活和抑制信号的生殖系编码表面受体来识别靶细胞。

如果有更多的激活受体参与，NK细胞就会通过两种不同的途径发挥作用：直接杀死靶细胞或通过产生细胞因子和直接细胞间相互作用来塑造肿瘤微环境。

NK细胞是一个非常多样化的细胞群，存在于大多数组织中。事实上，NK细胞大量存在于外周血、肺部、子宫和肝脏中，淋巴结和扁桃体中的NK细胞数量更少。例如，NK细胞可占子宫淋巴细胞的50%。此外，CD56brightNK细胞在内脏、扁桃体、淋巴结和皮肤中更为常见，而在肝脏、肺和脾脏中，NK细胞主要是CD56dim。

NK细胞平常都在忙什么？

NK细胞是人体免疫系统的重要组成部分，可以通过杀伤肿瘤、病毒感染的细胞、胞内寄生菌以及真菌等多种方式保护人体健康。NK细胞常常在人体血管中游弋，担任着免疫监视的任务。当身体遭受癌变、病变或衰老细胞的入侵时，NK细胞会迅速启动免疫防御功能，将这些危险细胞及时清除。NK细胞的杀伤功能主要表现在以下四个方面：

• 杀伤肿瘤细胞——NK细胞可以识别和清除恶变细胞，防止肿瘤细胞的进一步扩散和恶化。
• 杀伤病毒感染的细胞——NK细胞是人体天然免疫系统的第一道防线，可以清除受感染的细胞，防止病毒的扩散和传播。
• 杀伤胞内寄生菌——NK细胞也可以杀伤寄生在人体细胞内部的分枝杆菌、李斯特菌和利氏曼原虫等寄生菌，有效预防相关疾病的发生。
• 杀伤真菌——除了以上作用，NK细胞还可以直接杀灭寄存于人类皮肤、消化道和口腔中的白色念珠菌等真菌，维护身体健康。

在本综述中，我们将重点关注NK细胞在抗癌中的作用，首先，我们将阐述为什么说NK细胞是抗击癌症的最前线“战士”，再重点关注NK细胞的细胞毒性武器库，然后关注NK细胞与肿瘤微环境 (TME) 中其他免疫细胞的相互作用。

02为什么说NK细胞是抗击癌症的最前线“战士”

NK细胞治疗最常用的方法是获得人外周血单核细胞，并在体外经抗体和细胞因子刺激，导致NK细胞体外活化和增殖，再回输给癌症患者。被活化的数量大增的NK细胞在体内发挥前所未有的抗肿瘤活性，辅助其他疗法实现杀瘤目的。

本领一：天然固有免疫功能

• 自然杀伤细胞（NK细胞）是与T细胞和B细胞属于同一家族的淋巴细胞，来自共同的祖细胞。然而，作为先天免疫系统的细胞，NK细胞被归类为I类先天性淋巴细胞，可以迅速识别与杀灭外来异物。众所周知，NK细胞可以杀死病毒感染的细胞，检测和控制癌症的早期症状。除了预防疾病外，还在胎盘中发现了专门的NK细胞，并可能在怀孕期间发挥重要作用。 
• NK细胞最大的本领就是，不需要提前记住坏细胞的任何特征或者特异性蛋白分子，也不需要通过别的细胞才能知道坏细胞在哪，凭借着自己的第六感就能准确找到坏细胞甚至癌细胞，在发现它们的第一时间就能冲出去向坏细胞释放穿孔素、颗粒酶等细胞毒性颗粒杀死坏细胞。

本领二：抗癌第一防线

• NK细胞在体内巡逻时，不断接触其他细胞。NK细胞是否杀死这些细胞取决于来自NK细胞表面上的活化受体和抑制性受体信号的平衡。激活受体识别在癌细胞和受感染细胞表面上表达的分子，开启NK细胞杀伤功能；而抑制性受体充当NK细胞杀伤的检查官，避免其是否对“自己人”下手。
• 大多数正常健康细胞表达MHC I受体，其将这些细胞标记为“自己人”。NK细胞表面上的抑制性受体识别同源MHC I，并关闭NK细胞杀伤功能，防止误伤。癌细胞和受感染的细胞经常会失去MHC I，NK细胞就会立刻识别并启动杀伤程序，NK细胞释放含有穿孔素和颗粒酶的细胞毒性颗粒，裂解靶细胞。
• 循环中的NK细胞通常处于休眠状态，一旦被外来刺激活化后，它们会渗透到大多数组织中攻击肿瘤细胞和病毒感染的细胞。NK细胞不同于T细胞，它不需抗体存在或抗原致敏，即可杀伤某些肿瘤细胞或病毒感染的细胞，也就是说，冲在战斗第一线的肯定是NK细胞。

本领三：启动免疫级联反应

• 需要注意的是，NK细胞具有在没有任何引物或先前活化的情况下杀死肿瘤细胞的能力（与需要通过抗原呈递细胞引发反应的细胞毒性T细胞不同）。他们以这种“自然”杀伤能力而得名。此外，NK细胞还能分泌细胞因子，如IFNγ和TNFα，作用于其他免疫细胞，如巨噬细胞和树突细胞（DC），以增强免疫反应。

本领四：快速抵达战场杀瘤

• 在肿瘤的发生与发展过程中，NK细胞既可以直接识别肿瘤细胞被激活，也能由DC细胞引发，触发后的NK细胞会在8小时内进入外周血，迅速抵达肿瘤组织部位，再在其他活化信号的作用下成为效应细胞，有效杀伤肿瘤细胞。

03NK细胞杀伤武器库

免疫监视及其在癌症中的重要性

众所周知，NK细胞是癌症免疫监视的主要驱动力之一。NK细胞在体内巡逻，捕杀异常细胞，如转化细胞，防止肿瘤发生。此外，在日本的一个群组中，发现外周血淋巴细胞的细胞毒性能力与癌症发生率之间存在联系。NK细胞很可能在具有细胞毒性的外周血淋巴细胞中占了很大一部分，这支持了它们在免疫监视中的重要性。

免疫突触的形成：紧贴你的敌人

NK细胞的细胞毒性活动主要通过释放含有细胞毒性分子的溶解颗粒来介导。这种严格调控的机制是通过连续的步骤实现的。NK细胞通过多种受体与靶细胞相互作用。其中一些具有激活作用，另一些则具有抑制作用。如果激活信号优于抑制信号，就会形成免疫突触（IS）。这种免疫突触是NK细胞与肿瘤细胞形成的细胞间特殊结构，NK细胞通过免疫突触释放颗粒酶溶解杀伤肿瘤细胞。

NK细胞细胞毒性活性的动态变化

NK细胞依靠多种杀伤途径来消灭靶细胞（图1）。然而，NK细胞何时以及如何使用哪种途径仍是一个活跃的研究领域。

在摧毁一个靶细胞后，NK细胞可以找到另一个靶细胞。这一过程被称为连续杀伤，即NK细胞逐个摧毁靶细胞。原代NK细胞的细胞质中携带约60个溶解颗粒，每次杀伤时，它们会脱粒其颗粒总量的约10%。这与之前的研究结果一致，即NK细胞在连续杀伤过程中最多可杀死10个目标。值得注意的是，1%的NK细胞溶解颗粒可能就足以杀死一个靶细胞，这凸显了溶解颗粒含量的特殊效力。

在连续杀伤过程中，CD16a途径的反复刺激会逐渐减少Prf的分泌量。有趣的是，将NK细胞脱颗粒途径切换到NKG2D，就能恢复原来的Prf分泌量。因此，当NK细胞用完所有可用的溶解颗粒时，它们会将其杀伤途径转向死亡受体介导的细胞毒性。

分析NK细胞与肿瘤细胞的相互作用

最近在白血病和淋巴瘤患者中发现了与肿瘤细胞相互作用的NK细胞。与肿瘤细胞相互作用的NK细胞通常表达两种CD45异构体CD45RA和CD45RO，相互作用产生了具有不同功能的新NK细胞亚群。抗肿瘤NK细胞对肿瘤标志物具有逆行吞噬作用，有助于识别肿瘤标志物。

通过跟踪这种NK细胞亚群，可以调查肿瘤细胞的存在，并对患者进行预后/其他诊断。此外，逆行细胞增多会影响NK细胞的功能，并可能影响对治疗的反应。

04NK细胞与其他免疫细胞的串联：需要朋友的帮助

在肿瘤组织间质中，NK细胞系是抗肿瘤免疫反应的名副其实的指挥者。NK细胞通过直接接触或分泌可溶性因子与其他免疫细胞合作，参与它们的招募、成熟、极化、分化和破坏。反过来，免疫细胞可通过增加ADCC、IFNγ的产生、激活受体表达、招募和细胞毒性对NK细胞产生积极影响。不过，有些细胞也会对NK细胞产生负面影响，降低它们的活化和细胞毒性。

NK细胞与先天免疫细胞的合作

NK细胞和巨噬细胞相互作用：巨噬细胞是先天免疫细胞，分为促肿瘤的M1巨噬细胞和抗肿瘤的M2巨噬细胞。NK细胞和巨噬细胞之间存在不同的相互作用。巨噬细胞（尤其是M1）对NK细胞具有抗肿瘤作用：增加激活受体、细胞因子产生和脱粒。巨噬细胞还通过抑制NK募集、脱粒、细胞因子产生和诱导衰竭表型而具有促肿瘤作用。反过来，NK细胞会诱导单核细胞募集和M2极化（图2）。

NK细胞和MDSC相互作用：髓系抑制细胞 (MDSC) 是先天免疫细胞，分为PMN-MDSC和M-MDSC。MDSC和NK之间存在不同的相互作用。MDSC可降低细胞毒性、NK的IFNγ产生及其Fc受体依赖性功能。MDSC还通过表达Rae发挥抗肿瘤作用，Rae与NKG2D结合并诱导NK细胞产生IFNγ（图3）。

树突状细胞：树突状细胞是先天免疫细胞，通过其作为抗原呈递细胞的作用将先天免疫和适应性免疫联系起来。

后续研究表明，树突状细胞和NK细胞相互作用，后者可以促进树突状细胞的成熟、未成熟树突状细胞的死亡及其向肿瘤部位的募集。此外，树突状细胞还能促进NK细胞的抗肿瘤活性。

NK细胞和DC相互作用：DC能够增加抗体介导的NK细胞活化，但在其他一些情况下，DC能够降低NK细胞因子的产生和细胞毒性。在另一部分，NK会募集DC并增加其成熟度。然而，NK细胞上某些免疫检查点的表达能够降低DC成熟度（图4）。

中性粒细胞：中性粒细胞是血液中最丰富的免疫细胞：占人体循环白细胞的50-70%。在肿瘤中，它们分为两种表型：具有抗肿瘤活性的N1中性粒细胞表型，通过产生TNF-α、CCL3和表达ICAM-1诱导直接或间接细胞毒性。

N2中性粒细胞具有抗肿瘤作用，促进免疫抑制、血管生成并产生各种细胞因子：VEGF、MMP9 CXCL1、2、8、16和CCL2、3、4、8、12和17。研究人员利用MCA205-Luc小鼠模型证明NK细胞可控制肿瘤生长。

NK细胞和中性粒细胞相互作用：中性粒细胞能够直接或间接地通过 slanDCsIL-12p70产生增加NK细胞IFNγ的产生。另一方面，中性粒细胞可以降低NK细胞的细胞毒性和肿瘤中的募集（图5）。

NK细胞与适应性免疫细胞的合作

粘膜相关不变T细胞

粘膜相关不变T细胞（MAITs）是一种非常规T淋巴细胞，拥有一种不变的TCR，能专门识别由MCHI类（MHC-I）呈现的MR1蛋白。

最近的一项研究表明，MAITs在NK细胞介导的抗肿瘤效应中发挥着调节作用。事实上，研究初步表明，缺乏MAIT会增强NK细胞的抗肿瘤作用。但这一作用似乎存在争议，因为研究还表明，活化的MAIT细胞通过分泌IFNγ增加了NK细胞的抗肿瘤功能。

CD4+T细胞：CD4+T淋巴细胞 (CD4+T细胞) 是适应性免疫细胞，可识别与MHC-II相关的抗原肽。通常，表达MHC-II的细胞是抗原呈递细胞：树突状细胞、巨噬细胞和B细胞。当T细胞被激活时，它们会增殖，并根据细胞因子环境分化为亚群：Th1、Th2、Th17、调节性T细胞 (Treg)、滤泡辅助性T细胞 (Tfh)。这些亚群将通过产生细胞因子来协调免疫反应。

NK细胞和T细胞相互作用：NK能够抑制DC诱导的CD4+T细胞反应，阻止Treg分化，通过iDC相互作用直接或间接促进CD8+T细胞募集，并限制TEMCD8+T细胞的生成。另一方面，适应性免疫细胞能够维持 NK活力，促进NK成熟，并改善NK细胞ADCC。

CD8+T细胞

如上所述，NK细胞可通过与DC相互作用来影响CD8+T细胞的反应。此外，在某些条件下，IL-18激发的NK细胞会通过产生趋化因子（如CCL3和CCL4）吸引iDC。在与iDC共培养时，NK细胞会诱导iDC产生T细胞招募趋化因子，如CXCL9、CXCL10和CCL5。不过，NK细胞也可以通过PD-1/PD-L1与DC的相互作用间接限制TEM CD8+T细胞的生成。

NK细胞可以通过产生细胞因子来募集T细胞，从而形成抗肿瘤免疫反应。早在1994年，就有研究证明NK细胞在T细胞募集过程中发挥作用。

最近，研究发现，在B16F10肺转移性黑色素瘤模型中，NK细胞可诱导CD8+T细胞募集到转移部位，尽管其潜在机制尚不清楚。最后，T细胞也被证实可以帮助NK细胞介导的抗肿瘤免疫反应（图6）。

05结论

自首次报道“天然杀伤淋巴细胞”以来，NK细胞就得到了科学界的广泛研究。它们天生具有识别异常细胞的能力，以及广泛的细胞毒性武器库，使它们成为抗击肿瘤的重要主角。

研究NK细胞如何、何时以及为何靶向和摧毁肿瘤细胞是设计创新药物以提高NK细胞活性的关键。在肿瘤中，NK细胞通过细胞间接触或细胞因子分泌与其他免疫细胞相互作用，诱导有益或有害的反应。通过靶向新的激活或抑制途径来维持或补充NK细胞活性，可以带来新的治疗选择。

随着基于NK细胞的疗法（无论是否经过CAR修饰）的兴起，NK细胞越来越受到关注。事实上，与CAR-T细胞疗法相比，NK细胞在临床上的安全性和在异源环境中使用的可能性是两大优势。然而，它们在单一疗法中的临床疗效具有欺骗性，因此需要开发新的联合疗法。

本文总结的知识可能有助于提高NK细胞的细胞毒活性，并预测输注到患者体内的体外扩增NK细胞在肿瘤床中的表现。

参考资料：Coënon, L., Geindreau, M., Ghiringhelli, F. et al. Natural Killer cells at the frontline in the fight against cancer. Cell Death Dis 15, 614 (2024). https://doi.org/10.1038/s41419-024-06976-0

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