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NK细胞也会累，如何理解“NK细胞耗竭”？

2023-04-06 干细胞者说 网络 发表于上海

NK细胞T细胞耗竭
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NK细胞和T细胞都是机体的重要效应细胞，在持续活化后都会出现耗竭表型，表达免疫检查点。

 

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每个人的身体内部都有一支隶属于我们个人的专属军队——免疫细胞，为保卫我们的健康冲锋陷阵，万死不辞。但免疫细胞也有累了的时候，我们如何理解“免疫耗竭”？

 

免疫耗竭（Immune exhaustion）是一种功能失调的状态，其特征是效应功能下降，最初在淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）感染的T细胞中描述。T细胞耗竭大多为慢性感染或者肿瘤引起，TCR持续接受抗原刺激，最后导致功能障碍。耗竭的T细胞具有独特的转录和表观遗传特征，包括多个检查点抑制受体的过表达、细胞内信号通路失调和代谢改变。T细胞耗竭是可以逆转的，至少可以部分逆转，主要是通过阻止PD-1之类的抑制性通路。

 

NK细胞和T细胞一样，是识别和消除病毒感染或肿瘤细胞的淋巴细胞。与T细胞不同，NK细胞以MHC非依赖方式执行功能，不需要抗原启动。NK细胞是先天淋巴样细胞（ILCs）家族的成员。ILC不表达抗原特异性受体，被认为是先天免疫系统的一部分。然而，现在已经确定，NK细胞可以在某些情况下，如巨细胞病毒（CMV）感染中发展出适应性免疫的特征。
暴露于慢性感染和肿瘤，NK细胞也会出现功能耗竭的状态，虽然现在还不能确定是否与T细胞耗竭完全相同。
 
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NK细胞功能耗竭

NK细胞耗竭典型特征是，通过细胞表面的配体和抑制性受体（免疫检查点）结合，产生细胞功能抑制。处于耗竭中期，使用免疫检查点抑制剂可以逆转耗竭状态，但是到了晚期，免疫检查点抑制剂则无法逆转。

 

NK细胞功能障碍，有耗竭、抑制、衰老三种常见形式，相互之间也可能存在一定的关联和重叠。耗竭状态的NK细胞，同样会表达抑制性受体（PD-1，LAG-3，TIGIT，TIM-3等）

J Leukoc Biol. 2020;1–8

▉ 免疫衰老
免疫衰老通常与免疫耗竭混淆。衰老与端粒缩短和DNA损伤有关，最终导致细胞周期阻滞。在老年人和长期体外培养的情况下，通常出现衰老的T细胞。除了复制能力下降外，衰老的T细胞还分泌高水平的促炎细胞因子，这是由代谢紊乱和活性氧积累引起的。T细胞数量随着衰老而减少。NK细胞则不同，随着衰老，体外增殖能力虽然是下降，当体内NK细胞数量则有所增加。

 

▉ 免疫抑制
免疫抑制也通常与免疫耗竭混淆。肿瘤微环境中，调节T细胞（Treg）、肿瘤相关巨噬细胞（TAM）、肿瘤相关成纤维细胞和髓系来源抑制细胞（MDSC）已被证明抑制NK细胞功能。Treg和MDSCs，同TGF-β阻止NK细胞杀伤肿瘤细胞。抑制是一个可逆的状态，在抑制信号撤除以后，细胞被抑制的状态可以恢复，而耗竭是伴随表观遗传及代谢改变的，进入晚期成为不可逆的状态。

 

除了降低细胞毒性和细胞因子分泌外，有些NK细胞通常显示激活受体的丢失，这也是一种“耗竭”表型。NKG2D是一种激活受体，结合细胞应激后上调的配体，在消化系统肿瘤、慢性淋巴细胞白血病、乳腺癌、慢性乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒感染患者的NK细胞上表达下调。CD16是一种与抗体Fc部分结合的激活受体，在乳腺癌患者的NK细胞上表达下调。

 

由于，NK细胞的激活是由细胞表面受体的激活和抑制信号综合决定的，来自激活受体的信号的减弱导致抑制信号的占主体，NK细胞功能的降低。
 
 

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适应性NK细胞耗竭

NK细胞功能障碍研究复杂，很少有区分传统NK细胞和长期适应性NK细胞，二者都是CD3-CD56（dim）。
 
与传统NK细胞相比，适应性NK细胞表现出更类似于效应CD8+T细胞的表观遗传特征，并具有独特的代谢特征。因为寿命也很长寿，并有助于控制CMV病毒血症，适应性NK细胞可能会随着慢性持续活化而耗竭。

 

大多数适应性NK细胞，表达凝集素样异二聚体受体（CD94/NKG2C）。NKG2C+NK细胞的表面标记物是CD57，富含自抑制KIRs和激活KIRs。CD94可以与NKG2A或NKG2C异二聚体，这两种受体都能识别HLA-E分子，通过NKG2A的信号被抑制，NKG2C的信号被激活。抗NKG2C的激动剂抗体促进了适应性NK细胞的增殖，但它们的扩增也与检查点受体（LAG-3和PD-1的表达有关）。

 

▉ LAG-3和PD-1
LAG-3是一种与CD4同源的抑制性受体，在活化的T细胞和NK细胞上表达，其配体是HLA-II类分子和纤维蛋白原家族蛋白（FGL-1）。FGL-1通常在肝脏低表达，在肿瘤细胞高表达。抗NKG2C抗体培养试验中，NKG2C+细胞的LAG-3水平达到65~85%，到共培养的第7天，PD-1水平在0%-45%之间。同型对照抗体孵育并没有促进LAG-3和PD-1表达，这表明慢性激活促进了适应性NK细胞的衰竭。在扩增前，NK细胞上的LAG-3几乎缺失，但在培养的第3天开始上调。所有PD-1+NK细胞共同表达LAG-3，可能表明持续刺激下检查点受体连续上调。细胞因子分泌减少，可能是耗竭NK细胞的第一个功能障碍。

 

由于适应性NK细胞与CD8+T细胞有共同的转录特征，所以NKG2C慢性占位后，NK细胞出现了和耗竭CD8+T细胞类似的表观遗传改变。一些转录因子和表观遗传调控因子（FOXO1、FOXP1、SATB1、TCF12）启动子序列的高甲基化和其他转录因子和表观遗传调控因子（IKZF3、NFATC、TOX、ZBTB38）的低甲基化与耗竭的CD8+T细胞中的结果相似。

T/NK细胞免疫耗竭（J Cell Physiol. 2020;1–18.）

 

-03-

文末的话

NK 细胞衰竭机制复杂，因素众多。总结一下，原因还是肿瘤或慢性感染对适应性NK细胞进行长期慢性刺激，诱导NK细胞激活和扩增，但同时检查点表达也会增加，对肿瘤杀伤能力也会降低，产生NK细胞功能抑制。

 

简评：NK细胞和T细胞都是机体的重要效应细胞，在持续活化后都会出现耗竭表型，表达免疫检查点。

主要参考文献： 

[1]Moskophidis D, Lechner F, Pircher H,Zinkernagel RM. Virus persistence in acutely infected immunocompetent mice byexhaustion of antiviral cytotoxic effector T cells. Nature. 1993;362:758-561
[2]Aimee M Merino et al，Unraveling exhaustion in adaptive and conventional NK cells，J Leukoc Biol. 2020;1–8.
[3]Zhang Q, Bi J, Zheng X, et al. Blockade of the checkpoint receptor TIGIT prevents NK cell exhaustion and elicits potent anti-tumor immunity. Nat Immunol. 2018;19:723-732

 

 

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