NK细胞50年发展史（适龄所有读者）

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自1973年首次有研究报道淋巴细胞对肿瘤细胞的“非特异性”杀伤现象后，1975年，卡罗琳斯卡医学院的Rolf Kiessling及其同事将参与这种活动的介质命名为“自然杀伤”(NK) 细胞。在随后的五十年中，许多实验室对NK细胞进行体外研究，以证明它们在体内与宿主防御肿瘤和微生物病原体、以及它们在调节免疫系统中的作用。

本文简要介绍NK细胞近50年的研究进展

自然杀伤 (NK) 细胞是先天淋巴细胞家族中第一个被表征的细胞，通过直接的细胞毒活性分泌细胞因子和趋化因子，来防御肿瘤和病原体。由于早期未发现用于鉴别NK的标记物，NK细胞通常被称为“空细胞”。随着技术的进步，可以使用单细胞RNA测序和流式细胞术或质谱检测对NK细胞进行详细分类。延伸阅读：NK细胞发现史 四十载玩转医学领域

NK细胞研究发现时间表

第一个十年：1973–1982

具有非抗原特异性细胞介导的细胞毒性淋巴细胞群

20世纪60年代末，随着简单的体外用于定量测量细胞技术发展，许多免疫学家使用51Cr释放法来研究细胞毒性T淋巴细胞杀死同种异体细胞和肿瘤细胞的能力。

1974年，Herberman和同事通过这种检测方法报告称，健康个体的外周血淋巴细胞表现出杀死多种人类淋巴母细胞和一些个体的自体淋巴母细胞系的能力。1975年，Jondal和Pross报告了类似的观察结果。

在一篇具有里程碑意义的论文中，Kiessling、Klein 和 Wigzell 还描述了使用来自几种品系的非肿瘤近交系小鼠的淋巴细胞对同源和同种异体莫洛尼白血病细胞的溶解活性 。他们将这种自发杀死肿瘤细胞的能力称为“自然杀伤”，并指出：“该效应细胞似乎是一种新型淋巴细胞，具有尚不为人所知的生物学特性”。

在后续研究中，Kiessling通过证明幼稚小鼠体内排斥YAC-1白血病细胞以及将富含NK细胞的脾细胞过继转移到与白血病细胞共同给药的小鼠体内，证实NK细胞的活性不仅仅是一种体外现象。

1971年，Cudkowicz和Bennet报道F1受体小鼠排斥亲本骨髓移植，他们将这一过程称为“杂交抗性”。

1977年，人们发现了这种无法解释的现象与NK细胞之间的重要联系。1977年还发现了NK1.1同种抗原，它至今仍是 C57BL/6 小鼠的原型NK细胞标记物。随后人们建立了耗竭性抗NK1.1单克隆抗体克隆PK136，该克隆被广泛用于确定体内NK细胞的作用。

第二个十年：1983-1992

“缺失自我”假说和NK细胞在疱疹病毒防御中的作用

第二个十年科学界专注于NK细胞的表型表征，以便对其进行精准检测和定量。介导NK细胞介导的细胞毒性的细胞的形态学描述，将它们称为“大颗粒淋巴细胞”，因为它们比典型的淋巴细胞相对较大，并且存在细胞质颗粒，后来发现这些颗粒含有溶解活性所必需的穿孔素和颗粒酶。

1983年，首次鉴定出人类 NK 细胞功能不同的亚群。此后不久，人们意识到未成熟和成熟的人类 NK 细胞均表达 CD56 ( NCAM1)，并且外周血中NK细胞的主要亚群可通过表型 CD56 bright、CD16⁻和 CD56^dim、CD16⁺来区分，这些表型在细胞溶解活性和细胞因子产生方面有所不同。

在健康个体的外周血中，通过单细胞转录组分析可以辨别出三种主要的 NK 细胞亚群——NK1、NK2 和 NK3。该图描绘了每个亚群特有的转录因子、分泌分子和细胞表面受体。

最早对人类和小鼠NK细胞的研究已清楚表明，与T细胞不同，NK细胞不受“MHC 限制”，因为NK细胞能够溶解同基因和异基因肿瘤。

20世纪80年代，人们一直在争论NK细胞是否可能是某种非常规T细胞。随后随着T细胞受体基因的克隆，人们能够区别NK细胞和T细胞。

1989年之前，人们对NK细胞在人体中的生理意义进行了大量讨论。Biron及其同事发现了第一例完全缺乏NK细胞但拥有B和T 淋巴细胞并能产生抗体的人。这名患者患有严重的疱疹病毒感染，指明了研究NK细胞识别疱疹病毒的机制的方向。后续研究表明，该患者NK细胞缺陷的原因是GATA2的一个功能丧失等位基因，而GATA2突变是许多NK细胞缺陷患者的原因。

第二个十年还标志着许多激活和抑制性NK受体基因的分子鉴定和克隆的进展。

在小鼠6号染色体上发现了一组基因，包括Ly49 (Klra) 和NKR-P1 (Klrb1)，被称为“NK细胞基因复合体”(NKC) 。Scalzo及其同事发现NK细胞也能保护小鼠免受巨细胞病毒 (CMV) 感染。

令人惊讶的是，发现人类NK细胞表达CD3ζ ，是T细胞中T细胞受体复合物的关键组成部分。在NK细胞中，CD3ζ被证明为CD16提供信号转导，CD16 是人类最有效的激活NK受体。

早期研究证实，NK细胞产生的IFN-γ在针对细胞内病原体和肿瘤的免疫反应中发挥重要作用。直到Trinchieri及其同事发现“NK 细胞刺激因子”之前，诱导NK细胞产生 IFN-γ的因素尚不清楚。这种细胞因子现被命名为IL-12，主要由髓系细胞产生，对NK细胞产生IFN-γ至关重要。此外，IL-12是幼稚T细胞分化为T辅助细胞1 (Th1) 的关键因素，并可诱导强大的CD8 + T细胞抗肿瘤活性。

第三个十年：1993–2002

确定抑制和激活NK受体及其配体

随着 NK受体和启动NK细胞活化的信号通路的发现，研究取得了持续进展。Moretta团队发现了“天然细胞毒性受体”—NKp30 (NCR3)、NKp44 (NCR2)和NKp46 (NCR1)，并证实它们参与NK细胞对肿瘤的识别。

NKG2D是一种孤儿受体，经证实需要DAP10衔接蛋白才能在细胞表面表达和信号传导 。已在人类（MHC I 类多肽相关序列A、MHC I类多肽相关序列B和UL16结合蛋白）和小鼠（Rae1、H60 和 Mult1 蛋白）中发现了NKG2D的配体，它们由细胞应激诱导，形成NK细胞“改变自我”识别的基础。

NKG2D 广泛表达于几乎所有NK细胞和T细胞亚群，是癌症和自身免疫性疾病中激动剂和拮抗剂疗法开发的重点。

2002年，有研究表明小鼠NK细胞具有针对小鼠CMV (MCMV) 抗原的精确抗原特异性受体。MCMV编码的m157是一种与 MHC I 类同源的糖蛋白，在病毒感染细胞的表面表达，可被激活的Ly49H受体识别 。这些发现为其他“配对”激活和抑制受体的进化提供了概念基础。

第四个十年：2003–2012

NK细胞的“记忆”和“许可”

传统免疫学教科书中说，先天免疫细胞对先前的感染或抗原接触没有记忆。

2006年，von Adrian及其同事的观察结果对这一观点提出了质疑，他们发现小鼠NK细胞会介导半抗原特异性接触性超敏反应。NK细胞发起精细的抗原特异性反应的能力已得到验证，当MCMV引发的记忆NK细胞被过继转移到幼稚宿主时，Ly49H+NK细胞能够进行克隆扩增并对MCMV感染发起保护性反应，这奠定了该过程的分子基础。

尽管人们认为抑制性受体只是抑制NK细胞活化，但矛盾的研究结果表明，缺乏自身MHC I 类同源配体的NK细胞亚群的反应性低于具有自身MHC I类抑制性Ly49受体的NK细胞。这被归因于缺乏抑制性受体的 NK 细胞的“解除武装”或带有自抑制受体的 NK 细胞的“许可”。

最近提出的一种解释这一事件的机制是 SHP-1 磷酸酶的更多表达和募集，以激活“未经许可”的NK细胞（缺乏自身MHC I 类受体）中的免疫突触，导致其解除戒备。

第五个十年：2013年至今

NK细胞多样性和NK细胞进入临床

近十年来，新技术推动了 NK 细胞生物学的发展。

2013年，Horowitz 等人使用新发明的质谱流式细胞术（飞行质谱流式细胞术）研究了健康成人外周血中NK细胞群的表型多样性。研究者使用重金属标记的单克隆抗体对12名健康个体的NK细胞进行染色，发现了单个个体中有6,000-30,000种不同的表型亚群，而接受检查的捐赠者中有超过100,000种表型——与早年的“空”细胞假说相去甚远。

这种多样性很大程度上可以归因于NK细胞群中KIR基因的多样化表达，因为KIR基因是继MHC基因之后最具多态性的人类基因（15个基因座，2,219个等位基因）。NK细胞的单细胞转录分析进一步强调了NK细胞惊人的多样性。

表征NK细胞表观遗传变化的能力揭示了小鼠和人类 NK细胞如何被CMV感染所印记。在人体中的NK细胞通常通过甲基化其FCERIG和SYK基因来沉默，并且像T细胞一样使用CD3ζ和ZAP70通过其基于ITAM的受体进行信号转导，从而增强抗体依赖性细胞毒性。在由CMV感染驱动的小鼠 Ly49H +记忆 NK 细胞中不会发生 Syk 和 FcεR1γ 的丢失。

使用CRISPR技术有效传导NK细胞并对其进行基因改造的方法的发展，使得人们能够对 NK细胞进行改造，将其用作癌症患者的细胞疗法。

2020年，CD19嵌合抗原受体NK细胞首次在淋巴肿瘤患者中进行临床应用，取得了令人鼓舞的结果，并引起了人们对提高NK细胞疗法疗效的极大兴趣。

需要解决的挑战是大多数NK细胞的寿命较短，并且它们会被实体瘤中的恶劣微环境灭活。尽管如此，临床使用NK细胞及其进化而来的受体和杀死应激或转化细胞的机制的安全经验，为其临床应用提供了希望。另一个令人兴奋的机会是NK细胞接合剂（例如，靶向激活NK受体和肿瘤相关抗原的多聚体抗体）在临床上的进展。

NK细胞在宿主防御和免疫调节中的作用概念进展的演变

NK细胞最初被发现是因为它们能够在没有暴露的情况下自然杀死肿瘤和病毒感染的细胞。此后不久发现病毒感染期间诱导的I型IFN可显著增强NK细胞功能，并且它们通过产生IFN-γ发挥重要的调节功能，IFN-γ可激活巨噬细胞和其他免疫细胞并上调主要组织相容性II蛋白，从而使CD4⁺T细胞受益。

有证据表明，NK 细胞与其他先天细胞（如树突状细胞和其他髓系细胞群）之间存在关键的串扰，先天细胞对病原体的感知提供了NK细胞激活、细胞因子产生和增殖所必需的细胞因子（例如 IL-12、IL-15 和 IL-18）。反过来，NK细胞提供趋化因子来吸引其他免疫细胞到该部位，并分泌因子（如FLT3 配体和IFN-γ）以促进树突状细胞的成熟和激活。这种相互作用已被证明在对微生物病原体和肿瘤的初始免疫反应中非常重要。

尽管NK细胞最为人所知的是直接杀伤作用，但NK细胞也具有免疫调节功能。在免疫反应期间提供重要的负反馈以防止病理发生。

在没有NK细胞的情况下，T细胞可能变得过于反应剧烈并导致健康组织的损害。早期研究表明，IL-10缺陷型小鼠会患上结肠炎，令人惊讶的是，NK细胞产生的IL-10可以限制小鼠CMV感染期间的病理发生和CD8⁺T细胞扩增。而NK细胞的促炎功能与调节功能取决于环境，有证据表明其在自身免疫性疾病中起着有益或有害的作用。

展望未来，为了加深我们对NK细胞的了解，还有许多有趣的问题需要解决。NK细胞如何获得抗原特异性记忆？有人提出NK细胞可以控制引起自身免疫性疾病的T细胞——其机制是什么？这能成为一种新的治疗方法吗？我们如何在恶劣的肿瘤微环境中预防功能障碍或重新激活NK细胞？我预测，在未来五十年内，对这些神奇免疫细胞的研究将取得令人兴奋和意想不到的进展。

作者：摩西 | 编辑：暖风

References

J Exp Med (2024) 221 (8): e20231222.

https://doi.org/10.1084/jem.20231222

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