免疫细胞之NK细胞和CTL细胞

林辉

   自然杀伤细胞（natural killercell, NK）是先天免疫中的一类十分重要的淋巴细胞，通过其细胞毒活性可以杀伤靶细胞。CD8+T细胞细胞表面表达CD8分子，可以特异的杀伤靶细胞，又称为细胞毒性T细胞或杀伤性T细胞。NK细胞和CD8+T细胞都具有杀伤靶细胞的作用，但它们对靶细胞的杀伤既有相同之处，又有不同之处。! [# @7 ?$ _8 S
1、概述+ W5 S1 E2 b# H7 w) S! b8 ?
NK细胞是机体免疫保护的第一道防线，杀伤靶细胞的过程“MHC非限制性”，杀伤的靶细胞可以为同基因、异基因、甚至可以是无MHC表达。
8 Y4 T/ X) ]9 xNK和T、B细胞的共同前体细胞--早期的造血干细胞，造血干细胞是多能干细胞，具有自我更新和多向分化两种重要的潜能，赋予机体在整个生命过程中始终保持造血功能。造血干细胞可包括三个不同级别的分化水平：多能干细胞水平，定向干细胞水平和成熟的子代细胞水平
, n" H: b/ B: P- d) ]( `与B细胞相比，NK细胞与T细胞在个体发生上更为接近。人类胚胎未成熟NK可表达CD3的所有4条链的基因，成熟NK受IL-2激活后仍可再表达CD3分子；NK细胞所承担的细胞毒效应与CD8+的CTL有相近之处，且均与MHC有关；NK细胞分泌细胞因子的种类及数量与CD4+Th细胞相近，故学者们倾向认为NK细胞和T细胞为个体发育上关系十分接近的两类细胞。 - ]7 b( N' x4 u0 K3 K# I6 _+ H
新近研究表明活化NK细胞能有效的刺激T细胞，他们能上调Ⅱ型MHC分子和TCR协同刺激分子的多种配基；在炎性微环境条件下，NK细胞上T细胞活化性受体选择性明显上调。
" u  V3 x  {( M' j) K采用混合淋巴细胞试验(MLC)观察NK细胞对CTL的调节作用发现，在反应体系中去除CD16+CD56+的NK细胞后，CTL细胞可针对同种异体抗原产生增殖反应而无法分化为成熟的具有杀伤功能的效应细胞；CTL前体细胞分化为成熟CTL必须直接与NK细胞接触，NK细胞分泌的可溶性分子无此效应；采用抗NK单抗(NK1.1)去除小鼠体内NK后，该小鼠无法产生针对所荷黑色素瘤(B16)的特异性CD8+CTL细胞，而且对再次攻击无记忆反应；不仅原始T细胞(Naive T)(初步免疫反应的主体细胞)需要NK的辅助方可启动免疫反应，休止的记忆T细胞(2次免疫反应的主体细胞)也需要NK的辅助方可分化为效应细胞而最终行使免疫学功能。 ' {9 l7 {1 M& _, \% G& N
2、NK细胞和CD8+T细胞杀伤机制的相同之处. V% P0 E1 R. L$ T/ }6 j. }* a
   NK细胞和CD8+T细胞都可以通过以下途径杀伤相应的靶细胞：穿孔素、颗粒酶、Fas/FasL、TNF-α、INF-γ和LT途径。- f1 ?2 I, }7 E3 v3 z' p
2.1穿孔素途径3 s) r6 K/ p+ r& r9 K/ D/ L
穿孔素（perforin）也称为成孔蛋白(performing pertein, PFP)，NK细胞和CD8+T细胞上都有表达。* q7 S$ R0 k+ h! M7 B
穿孔素贮存于CD8+T细胞和NK细胞胞浆颗粒中，是CD8+T细胞和NK细胞杀伤靶细胞的主要毒性蛋白。细胞激活后发生脱颗粒（含有穿孔素、颗粒酶等），释放穿孔素。穿孔素单体可迅速附着于靶细胞膜,在靶细胞膜上形成不同孔径(50～160nm)的跨膜孔道,从而导致靶细胞膜去极化，通过改变细胞膜渗透压，引起靶细胞渗透性死亡。细胞本身可能释放A型硫酸软骨素蛋白聚糖、硫酸软骨素A限制因子，因此可避免穿孔素对自身细胞的攻击。/ g- u# P1 u/ Y
穿孔素还可以通过颗粒酶促进靶细胞凋亡而杀伤靶细胞。穿孔素形成的传膜孔道有利于颗粒酶进入靶细胞。此外，穿孔素还引起颗粒酶在靶细胞胞浆和胞核的重新分布，使颗粒酶聚集在其裂解部位，有利于裂解靶细胞。
, R1 M% q0 m7 M" |7 t1 O. e2.2 颗粒酶途径
- q6 z& \9 U  m0 t/ X. I. N颗粒酶即颗粒相关丝氨酸酯酶，属于糜蛋白酶超家族，目前人们已经认识到的颗粒酶有10多种，而研究较多的主要是颗粒酶B。# ~. U+ K" j' }: z
颗粒酶与穿孔素一起贮存于NK细胞和CD8+T细胞的胞浆颗粒中，细胞激活胞吐过程中，颗粒酶和穿孔素一起释放入细胞间隙。颗粒酶可借助于穿孔素在靶细胞上形成的跨膜通道进入细胞中，直接作用于靶细胞核，通过激活蛋白酶级联反应而诱发靶细胞凋亡。颗粒酶B是诱发凋亡能力最强的酶。同时颗粒酶B还可以裂解多聚ADP核糖聚合酶、DNA依赖性蛋白酶和核有丝分裂器等核底物，直接引起细胞凋亡。
/ U1 h8 t/ ~" u# D# s4 D科学家发现尽管颗粒酶B也能自主进入靶细胞,不需要穿孔素的辅助,但穿孔素对凋亡过程的起始和颗粒酶B 进入核内有关键作用。纯化的颗粒酶B 以及其它颗粒酶单独存在不能引起靶细胞凋亡。6 y/ |5 D9 q7 R( _
2.3 Fas/FasL途径4 G  c9 h1 B0 J# U( A
Fas分子也称为APO－1或CD95，属于Ι型跨膜糖蛋白。
2 n( p" f; \$ `( eFasL是Ⅱ型跨膜糖蛋白,呈球状三聚体结构, FasL细胞受到抗原刺激或在IL-2存在的条件下，其表面可以迅速地被诱导出FasL。: ^4 W) z' |& o* i
当FasL与Fas结合时，Fas可以向细胞传递“死亡信号”，数小时内细胞凋亡。Fas的凋亡信号主要是通过与其胞浆区相关的死亡结构域蛋白（FADD）介导的。& X# w; e6 `. z
Fas/FasL途径与穿孔素－颗粒酶途径是相互独立的。CTL 细胞素可通过Fas 途径杀伤靶细胞。
9 ?% q' O5 h) M4 n4 t: _2.4 TNF-α途径0 E$ p5 v; y" T
NK细胞和CD8+T细胞都可以分泌细胞因子TNF-α，TNF通过①改变靶细胞溶酶体的稳定性，导致多种水解酶外漏；②影响细胞膜磷脂代谢；③改变靶细胞糖代谢使组织中pH降低；④以及活化靶细胞核酸内切酶，降解基因组DNA从而引起程序性细胞死亡等机理杀伤靶细胞。TNF引起细胞死亡过程要明显慢于穿孔素溶解细胞的作用过程。
/ G' g+ i& t- F) `# _2.5 INF-γ途径( y5 Z" Y7 h) A2 w+ q4 p( l1 l3 T
NK细胞和CD8+T细胞可以通过INF-γ来间接杀伤靶细胞。INF-γ活化巨噬细胞，使其杀伤寄生虫和胞内寄生菌的能力显著增强。& q6 Q3 u6 v/ l- P
2.6 LT途径
, G) w5 R% x9 X- b8 FNK细胞和CD8+T细胞都可以分泌淋巴毒素（lymphotoxin, LT），LT与靶细胞表面的相应受体结合后向细胞内移，继而被溶酶体摄取，导致溶酶体稳定性下降，各种溶酶体酶外逸，直接引起细胞溶解。
7 N6 Q: O0 A& H! A2 p. E3、   NK细胞和CD8+T细胞杀伤靶细胞机制的相异之处' K: m# M2 g6 |! k2 j# @* D
3.1杀伤过程的不同之处
, a% O* K; k2 E杀伤靶细胞过程中，NK细胞和CD8+T细胞对靶细胞的识别方式、颗粒产生方式及杀伤特性是不同的。: F+ O' J; N' I/ B
CD8+T细胞识别靶细胞是受MHC-Ι类分子限制的，由TCR将特异的识别。而NK细胞虽然也可以通过表达的KIR，CD94/NKG2等受体识别靶细胞上的MHC-Ι类分子，但其也可通过NKR-P1家族识别靶细胞上的某些碳水化合物，或其他粘附分子识别靶细胞，因此NK细胞是非MHC-Ι类分子限制的。MHC-Ι类分子丢失的病毒感染细胞对CD8+T细胞不敏感而对NK细胞变得更敏感。/ i& L+ f) B+ t2 @2 {- a( ^
NK细胞和CD8+T细胞产生穿孔素/颗粒酶颗粒的方式是不同的。NK细胞本身存在这种颗粒，而静止的CD8+T细胞中不存在这种颗粒。CD8+T细胞只有与靶细胞上特异的MHC-Ι和抗原的复合物识别后，或受到IL-2等刺激的情况下，才会在胞浆内产生这种颗粒。9 o! i7 v) W! V& r$ F
NK细胞的杀伤功能属于先天免疫，特异性差，其对靶细胞的杀伤作用出现的早，在体外1小时、体内4小时及见杀伤效果。而CD8+T细胞对靶细胞的杀伤属于细胞免疫，从前提细胞诱导成成熟的效应T细胞需要一个应答过程，一般需要一周以上，但其识别和杀伤具有特异性，而且免疫力维持时间较长。
: K! {- o. h+ n4 F( v* i. L3.2 NK细胞杀伤靶细胞的机制－ADCC途径+ ]! u) Y) @6 _6 @% X. [0 G- j
NK细胞表达的FcγRⅢA (CD16)主要结合人的IgG1和IgG3的Fc端（Cγ2、Cγ3功能区），在针对靶细胞特异性IgG抗体的介导下，可杀伤相应的靶细胞，这一杀伤过程称为抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell mediated cytotoxicity,ADCC）。IL-2和IFN-γ明显增强NK细胞介导的ADCC作用。NK细胞发挥ADCC后，其本身表达Fas并可通过Fas/FasL机制发生化活诱导的细胞死亡。" x- V$ Z3 P; q# a. ^
3.3 CD8+T细胞杀伤靶细胞的机制
: R4 J0 N& B% X4 n6 k* X( W" G3.3.1 Leulalexin途径- y+ u- A- m3 c* L* u, c7 d
Leulalexin又称TNF相关蛋白，CD8+T细胞的胞浆颗粒(分泌型)和细胞膜表面（膜结合型）均表达leulalexin。存在于胞浆颗粒的分泌型leulalexin进入靶细胞的过程及发挥作用的过程都依赖于穿孔素，可介导靶细胞凋亡。膜表面的结合型leulalexin可通过细胞－细胞直接接触杀伤靶细胞，其机制可能类似于FasL。
7 J3 t9 Y, x+ f! z: U  e3 `3.3.2 丝氨酸酯酶途径
5 V. J9 m5 p' m2 V: f, n活化的CD8+T细胞可释放多种丝氨酸酯酶，如CTLA-1、CTLA-3等，它们的作用可能类似与参加补体激活的酯酶样成分，通过激活穿孔素而促进杀伤靶细胞。4 N: V/ `! l* C- D9 I- j
综上所述，NK细胞和CD8+T细胞对靶细胞的杀伤既有相同点也有不同点。相同点主要集中在两者都可以通过穿孔素、颗粒酶、Fas/FasL、TNF-α、INF-γ和LT途径杀伤靶细胞；杀伤不同点包括两者对靶细胞的识别方式、颗粒产生方式及杀伤特性不同，NK细胞可以通过ADCC杀死靶细胞，CD8+T细胞可以通过leulalexin和丝氨酸酯酶途径杀伤细胞。