Cell ： 人体NK细胞发育、功能和驻留的组织决定因素

来源：BioArt

撰文 | 章台柳

NK细胞通过整合识别MHC I分子的激活和抑制类受体的信号对靶点进行识别，对靶细胞进行直接杀伤，同时不损伤自身健康细胞。人体NK细胞占血液和其他部位中淋巴细胞的5%-20%【1】，含量丰富，在抗病毒和抗肿瘤免疫中发挥关键作用。NK是控制急性和慢性病毒感染所必需的，同时NK能够促进多种肿瘤直接裂解，在不同部位巡逻防止转移。NK细胞功能的多面性显示出其在免疫介导的保护和内环境稳态平衡中具有动态作用。

越来越多的证据表明，组织定位对淋巴细胞的功能至关重要。小鼠模型显示，抗原递呈后，在屏障、黏膜和外周部位形成组织驻留记忆T细胞（tissue-resident memory T cells，Trm），且Trm对优化原位保护性免疫是必需的。小鼠和人中，Trm都表现与循环记忆T细胞（circulating memory T cells）不同的细胞表面标志物和转录谱【2】，人类中Trm是主要的T细胞亚群。在肝脏、肺、皮肤、肾脏和骨髓中都发现NK细胞，且部分表达Trm的标志物CD69和CD103。然而，组织定位对人类NK细胞发育和功能有何作用，循环NK细胞与不同部位的NK细胞之间的关系，目前尚不清楚。

根据CD56和抗体结合Fc受体CD16的表达水平，人类NK可细分为成熟度和功能特性不同的两个主要亚群【3】：CD56dimCD16+NK是强力的裂解效应细胞，激活后快速分泌促炎性细胞因子IFN-γ、TNF-α和细胞毒性介质颗粒酶和穿孔素；CD56brightCD16-NK的裂解能力减弱，在细胞因子IL-12、IL-18的刺激下才产生IFN-γ。病毒、细胞因子或半抗原刺激下，NK能够获得记忆样特性和增强的功能反应，与适应性记忆T细胞类似。例如在MCMV感染的小鼠模型和人类机体中都已经鉴定出对巨细胞病毒（cytomegalovirus，CMV）反应的记忆样NK细胞。所以，对不同个体、不同年龄、多个组织部位的NK细胞亚群的分布、功能和发育进行研究十分必要，会对NK细胞在免疫应答和免疫监测的作用提供重要视角。

近日，来自美国哥伦比亚大学医学中心的Donna L. Farber在Cell杂志上发表文章Tissue Determinants of Human NK Cell Development, Function, and Residence，对60位捐赠者的血液、骨髓、次级淋巴器官（脾脏、肺引流淋巴结、肠系膜淋巴结）、黏膜组织（肺、肠道）和扁桃体来源的NK进行多维度分析，发现NK在血液、骨髓、脾脏和肺的淋巴细胞中占较大的比例，且主要是CD56dimCD16+型NK；NK在淋巴结、扁桃体和肠道中比例较低，主要是CD56brightCD16-型NK。并且，这种NK细胞的频率、亚群分布和分化状态具有组织差异特征，且在不同个体的一生中都是保守的。转录组分析显示，淋巴结和肠道的前体和未成熟NK呈现出组织定居型分子特征和位点特异性，而成熟和终末分化的NK具有相似的效应功能且不同位点间共享基因表达谱。

研究人员从60位年龄在5-92岁的捐献者收集血液、骨髓、次级淋巴器官（脾脏、肺引流淋巴结LLN、肠系膜淋巴结MLN）、黏膜组织（肺、肠道）和扁桃体等器官样本，对NK细胞进行分析。血液、骨髓、脾脏和肺中NK细胞占CD45+CD14-CD19-的比例较高（5%-50%），而淋巴结、扁桃体和肠道中NK的比例较低（<0.1%-2%），骨髓中NK的比例在个体中差异较大，且骨髓中NK比例较高的个体，血液、脾脏和肺中NK比例较高。NK细胞可分为CD56dimCD16+和CD56brightCD16-两种亚型，淋巴结、扁桃体和肠道中NK主要为CD56brighttCD16-，而血液、骨髓、脾脏、肺中主要为CD56dimCD16+。根据终末分化标志物CD57的表达量，进一步证明血液、骨髓、脾脏和肺部位含有的大量CD56dimCD16+NK细胞处于终末分化状态。各个部位的总NK细胞比例、CD56brightCD16-：CD56dimCD16+的比率与年龄、CMV感染状态或性别无关，血液、骨髓、脾脏、肺中终末分化的CD56dimCD16+CD57+NK比例与年龄呈正相关趋势，骨髓和肺中具有统计学显著性，但与性别、CMV状态无关。

GzmB是激活的NK细胞释放的重要细胞裂解效应分子之一，所有部位的CD56brightCD16-几乎不表达GzmB，而40%-80%的CD56dimCD16+是GzmB+；与淋巴结和肠道相比，肺部CD56dimCD16+明显高表达GzmB。抗体通过交联NK细胞上CD16诱发抗体依赖的细胞毒性作用（antibody-dependent cellular cytotoxicity，ADCC），NK细胞通过下调FcεRIγ上调CD3ζ表达展示出最强的ADCC效应功能。检测NK的FcεRIγ表达，发现扁桃体、肠道和淋巴结的CD56dimCD16+NK上FcεRIγ表达水平显著高于血液、骨髓、脾脏和肺，且FcεRIγ表达与年龄无关。NK细胞受到细胞因子（IL-12、IL-15、IL-18）刺激能够产生IFN-γ，骨髓中NK分泌IFN-γ能力最强，随后依次是脾脏、肺、血液和淋巴。各部位的NK显示出类似的肿瘤杀伤作用。即NK细胞的效应功能具有位点特异性差异，尤其是产生细胞因子的能力。

为了探究NK细胞亚群组织分布和功能差异的分子基础，研究人员对各部位的NK亚群进行RNA-seq分析，鉴定出CD56brightCD16-和CD56dimCD16+之间共有1083个差异表达基因。主成分分析（PCA）显示各个部位的CD56brightCD16-和CD56dimCD16+具有不同的转录组。CD56dimCD16+中上调的基因包括效应功能相关、杀伤细胞免疫球蛋白样受体、组织流出和循环相关的基因，而CD56brightCD16-上调的基因与免疫调节、组织归巢相关；CD56brightCD16-中编码的转录因子与细胞干性和休眠相关，CD56dimCD16+中与终末分化和效应功能相关。NK细胞亚群的转录组显示出位点特异性差异，PCA分析显示血液、骨髓和脾脏的CD56brightCD16-中各自成簇，但CD56dimCD16+则聚集在一起；肺和LLN的两个亚群都单独成群。即NK细胞亚群的转录特征在不同部位具有相似性，但组织定居驱动着NK细胞进行进一步亚群特异性转录。多个部位的CD56brightCD16- NK具有组织定居的基因表达特征，但血液、骨髓和脾脏中CD56dimCD16+ NK具有循环细胞的表达特征，淋巴结和黏膜部位具有定居的表型。

NK细胞从CD56bright逐渐发育为CD56dim，伴随着不同成熟状态中表达特异性受体。对来自5个个体的7个位点（血液、骨髓、脾脏、肺、肠、LLN和MLN）的NK标记物表达数据进行定向聚类分析，鉴定出15个不同的NK细胞簇，其中7个NK细胞簇位于CD56bright细胞群内，8个位于CD56dim内。BM和脾脏中NK组成具有异质性，含有2个前体NK细胞簇、3个未成熟细胞簇和8个成熟细胞簇，；血液和肺中大部分为成熟和终末分化细胞簇；LLN和MLN主要为2个前体细胞簇，少量为未成熟细胞簇。即淋巴结肿存在的NK细胞群可能是前体细胞群，处于低分化状态。此外，细胞簇3和4仅存在于肠道中。

总的来说，研究分析了不同解剖部位的NK细胞亚群、发育、功能等方面的差异，揭示出组织环境控制NK细胞发育并维持为组织定居细胞群，而成熟的终末分化的亚群在不同的外周部位进行免疫监视，为我们理解NK细胞功能提供了新的视角。

参考文献

1. Freud, A.G., Mundy-Bosse, B.L., Yu, J., and Caligiuri, M.A. (2017). The Broad Spectrum of Human Natural Killer Cell Diversity. Immunity 47, 820–833.