異基因造血干細(xì)胞移植中NK細(xì)胞的作用

1、【摘要】異基因造血干細(xì)胞移植后，供者細(xì)胞可產(chǎn)生強(qiáng)大而持久的免疫治療功效，其中異源反應(yīng)性NK細(xì)胞活性是T細(xì)胞異源反應(yīng)活性以外的，具有顯著抗腫瘤/白血病活性的自然免疫現(xiàn)象，并逐漸受到人們的重視。已證實(shí)，NK細(xì)胞通過其受體與靶細(xì)胞MHC分子特異性的識(shí)別機(jī)制參與移植物抗白血?。℅VL）作用并影響移植物抗宿主病（GVHD）的發(fā)生。異基因造血干細(xì)胞移植后異源反應(yīng)性NK細(xì)胞輸注已從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)逐漸應(yīng)用于臨床。本文就NK細(xì)胞異源反應(yīng)性及其在異基因造血干細(xì)胞移植中的作用進(jìn)行綜述。 【關(guān)鍵詞】異基因造血干細(xì)胞移植；NK細(xì)胞；移植物抗白血??；移植物抗宿主病Role of NK Cells in Allogeneic H

2、ematopoietic Stem Cell Transplantation ReviewAbstract After allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT)，the donor cells present a profound immunization therapy efficiency.Among these effector cells，allo-reactivity natural killer (NK) cell activation are concerned withthe graft-ver

3、sus-host disease (GVHD) and graft-versus-leukemia (GVL) effect . Asknown，GVHD is primarily a T-cell-mediated event but not initiated byNK cells.NK cells may significantly enhance GVL immune response by using an integration of activating and inhibitory receptors. Allo-reactivitive NK cell infusion af

4、ter allo-HSCT already transits from experiments to clinic. In this review thebackgroundon NK cells，and their clinical rolesin Allo-HSCTwere summarized.Key words allogeneic hematopoietic stem cell transplantation; natural killer cell; graft-versus-leukemia; graft-versus-host disease 異基因造血干細(xì)胞移植(allo-H

5、SCT)是治療多種惡性病及一些非惡性病的有效方法，尤其在治療急性白血病方面，可使50%患者長期無病生存。研究發(fā)現(xiàn)，異基因造血干細(xì)胞移植后，供者免疫系統(tǒng)在受者體內(nèi)的重建可產(chǎn)生移植物抗白血?。╣raft versus leukemia，GVL）作用，但也產(chǎn)生危及患者生命的移植物抗宿主?。╣raft versus host disease，GVHD）及遲發(fā)的免疫功能障礙。隨著對(duì)NK細(xì)胞功能及活化機(jī)制的了解，其在allo-HSCT后造血重建及免疫重建中的作用越來越受到重視。許多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床觀察均提示allo-HSCT后，供者NK細(xì)胞的異源反應(yīng)活性通過促進(jìn)植入、阻止T細(xì)胞介導(dǎo)的GVHD、攻擊宿主白血

6、病細(xì)胞發(fā)揮GVL效應(yīng)。上述現(xiàn)象最初發(fā)現(xiàn)于單倍不相合移植，而后研究提示在HLA相合有血緣關(guān)系及非血緣關(guān)系供者移植中均有體現(xiàn)1，2。但最近國外也有研究發(fā)現(xiàn)，KIR-配體不相合引起的NK細(xì)胞異源反應(yīng)性與移植相關(guān)死亡率（transplantation related mortality，TRM）升高及總存活率下降有關(guān)3，4，故在這方面的研究仍是熱點(diǎn)，存在許多爭議。本文就NK細(xì)胞異源反應(yīng)性的形成機(jī)制、NK細(xì)胞在allo-HSCT中的作用等問題的研究新進(jìn)展綜述如下。NK細(xì)胞群NK細(xì)胞及來源NK細(xì)胞是淋巴細(xì)胞譜系中不同于T、B淋巴細(xì)胞的一類大顆粒淋巴細(xì)胞，其代表性表型為CD3-、CD56+、CD16+。它是

7、天然免疫系統(tǒng)的主要效應(yīng)細(xì)胞，無需抗原預(yù)先致敏，與靶細(xì)胞混合后4小時(shí)內(nèi)即可發(fā)揮殺傷作用，表現(xiàn)為速發(fā)效應(yīng)，因此位于機(jī)體抵御腫瘤和病毒感染的第一道防線，同時(shí)又能通過早期分泌多種細(xì)胞因子和趨化因子來調(diào)節(jié)獲得性免疫，故也是連接天然免疫與獲得性免疫的橋梁5，6，在機(jī)體免疫調(diào)節(jié)、造血調(diào)控、抗腫瘤和抗感染等方面發(fā)揮著重要的作用。Cooper等7根據(jù)NK細(xì)胞上CD56分子表達(dá)密度的不同將NK細(xì)胞分為CD56bright和CD56dim兩個(gè)亞群，在正常人外周血單個(gè)核細(xì)胞主要參與NK細(xì)胞細(xì)胞毒作用。NK細(xì)胞來源于骨髓CD34+造血干細(xì)胞，其發(fā)育、成熟需要骨髓微環(huán)境包括骨髓基質(zhì)及其來源的細(xì)胞因子。NK細(xì)胞與T細(xì)胞來自

8、同一祖細(xì)胞，這種分化上的親緣性可能解釋了NK細(xì)胞活化也受協(xié)同刺激信號(hào)的影響，及胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路與T細(xì)胞極為相似等現(xiàn)象。但與T細(xì)胞不同，NK細(xì)胞的發(fā)育成熟不依賴于胸腺，在骨髓微環(huán)境中，IL15與其配體C-kit（KL）和flt-3（FL）的協(xié)同作用是NK細(xì)胞發(fā)育的關(guān)鍵生理調(diào)節(jié)因素，在其最初發(fā)育期，NK祖細(xì)胞在早期基質(zhì)細(xì)胞活化生長因子KL、FL作用下發(fā)育為NK細(xì)胞前體，該前體細(xì)胞在IL-15作用下發(fā)育成熟為功能性NK細(xì)胞。NK細(xì)胞受體及殺傷活性調(diào)節(jié)NK細(xì)胞功能的發(fā)揮主要依賴于其識(shí)別靶細(xì)胞的受體。它有兩種受體：一類是激發(fā)NK細(xì)胞殺傷作用的殺傷細(xì)胞活化受體（killer activatory rece

9、ptor，KAR），如CD94/NKG2C、NKP-P1、KIR-3Dshort；另一類是抑制NK細(xì)胞殺傷作用的殺傷細(xì)胞抑制受體（killer inhibitory receptor，KIR），如CD94/NKG2A、KIR-3Dlong。按分子結(jié)構(gòu)，也可將與NK細(xì)胞殺傷作用相關(guān)的受體分為免疫球蛋白樣受體（immunoglobulin-like receptor）和凝集素樣受體(lectin-like receptor)。一般認(rèn)為，NK細(xì)胞可同時(shí)表達(dá)活化和抑制受體，其殺傷功能取決于表面抑制性受體與活化受體所傳遞信號(hào)的綜合。抑制性受體KIR的配體為MHC-類分子。由于抑制性受體與其配體結(jié)合的親和

10、力大于活化受體，因此通常以抑制性信號(hào)占優(yōu)勢(shì)。正常情況下，機(jī)體組織細(xì)胞表面表達(dá)自身MHC-類分子，NK細(xì)胞KIR識(shí)別自身MHC-類分子，產(chǎn)生殺傷抑制信號(hào)，該信號(hào)在胞內(nèi)起主導(dǎo)作用，能阻斷殺傷信號(hào)的傳遞，表現(xiàn)為自身組織細(xì)胞不被破壞。只有當(dāng)靶細(xì)胞表面MHC-類分子表達(dá)降低、丟失或發(fā)生變異（如細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化、病毒感染等）時(shí)，NK細(xì)胞才能活化并啟動(dòng)殺傷作用，此即NK細(xì)胞的丟失自我（missing self）識(shí)別模式，即“殺傷自身MHC抗原減少或消失的細(xì)胞”8。異基因造血干細(xì)胞移植中的NK細(xì)胞作用NK細(xì)胞的“有利作用”在異基因造血干細(xì)胞移植中，根據(jù)上述“丟失自我機(jī)制”，大部分情況下供者NK細(xì)胞KIR與受者

11、靶細(xì)胞MHC分子的特異性識(shí)別表現(xiàn)為KIR-配體不相合性（少數(shù)情況下供受者KIR基因可能相合），可激活供者NK細(xì)胞，產(chǎn)生異源反應(yīng)性NK細(xì)胞。KIR-配體不相容性與供者NK細(xì)胞的異源反應(yīng)性密切相關(guān)。研究證實(shí)，此機(jī)制已參與移植物的植入、GVL作用及GVHD的發(fā)生，并對(duì)異基因造血干細(xì)胞移植產(chǎn)生有利影響，現(xiàn)分述如下。NK 細(xì)胞與移植物的植入無論供者、受者NK細(xì)胞都對(duì)移植物的植入有一定影響。受者方面，盡管在鼠類的研究顯示了抗放射性宿主NK細(xì)胞在抵抗骨髓植入中的重要性，但臨床干細(xì)胞移植中宿主NK細(xì)胞介導(dǎo)的抗植入現(xiàn)象卻很有限。移植前抑制受者免疫的強(qiáng)化處理方案及大量植入的干細(xì)胞數(shù)量可基本抵消受者NK細(xì)胞的抗植入

12、作用。供者方面，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，allo-HSCT過程中供者異源反應(yīng)性NK細(xì)胞可主動(dòng)攻擊宿主細(xì)胞，輔助供者干細(xì)胞成功植入。供者來源的NK細(xì)胞（無論是原本存在于移植物中的還是由植入干細(xì)胞新分化發(fā)育的）都對(duì)促進(jìn)植入有重要作用。當(dāng)供受者KIR不相合引發(fā)供者NK細(xì)胞異源反應(yīng)性時(shí)，供者NK 細(xì)胞通過識(shí)別殺傷受者殘留淋巴細(xì)胞和造血細(xì)胞而發(fā)揮強(qiáng)有力的促植入作用9。Peters等10的臨床研究發(fā)現(xiàn)，5例高危急性白血病患者經(jīng)單倍相合異基因造血干細(xì)胞移植后，輸注純化的供者NK細(xì)胞可增加穩(wěn)定嵌合體的形成，進(jìn)一步證實(shí)了供者NK細(xì)胞可鞏固移植物植入。NK細(xì)胞與GVHD GVHD的發(fā)生主要由T細(xì)胞介導(dǎo)。這一過程始于供

13、者T細(xì)胞伴隨造血干細(xì)胞進(jìn)入受者體內(nèi)與受者抗原相遇。啟動(dòng)GVHD的關(guān)鍵的第一步是抗原呈遞細(xì)胞（APC）向供者CD8+T細(xì)胞呈遞主要和次要組織相容性抗原。NK細(xì)胞并不引發(fā)GVHD。研究發(fā)現(xiàn)，在鼠類供受者H-2相合但仍可發(fā)揮供者NK細(xì)胞異源反應(yīng)性的干細(xì)胞移植實(shí)驗(yàn)中，無GVHD出現(xiàn)，而且給受體鼠大劑量輸注不相合NK細(xì)胞克隆也不引發(fā)GVHD11。進(jìn)一步在臨床移植觀察中，單倍相合的allo-HSCT后的供者NK細(xì)胞輸注是可耐受的，并不導(dǎo)致GVHD。然而，由于GVHD誘發(fā)的細(xì)胞表面分子上調(diào)并通過NKG2D配體激活NK細(xì)胞，使得NK細(xì)胞可能促進(jìn)靶細(xì)胞的損傷。另一方面，在HLA不相合干細(xì)胞移植中，供者NK細(xì)胞可

14、通過表達(dá)LFA-1（淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原1，是一種黏附分子，介導(dǎo)NK細(xì)胞與靶細(xì)胞結(jié)合）的造血系統(tǒng)特異靶細(xì)胞減輕GVHD。供者異源反應(yīng)性NK細(xì)胞可于輸注后數(shù)小時(shí)之內(nèi)殺滅受者淋巴細(xì)胞、骨髓細(xì)胞及APC11。理論上APC為啟動(dòng)GVHD所需，故輸注異源反應(yīng)性NK細(xì)胞應(yīng)可以減輕GVHD。臨床研究數(shù)據(jù)支持這一假說：在單倍相合和非親緣供者異基因造血干細(xì)胞移植中，存在NK細(xì)胞異源反應(yīng)性的供-受者的GVHD發(fā)生率確實(shí)低于KIR相合者12。NK細(xì)胞與GVL在相同預(yù)處理?xiàng)l件下，allo-HSCT治療惡性血液病的復(fù)發(fā)率低于自體造血干細(xì)胞移植。目前認(rèn)為，其主要原因是異源反應(yīng)性NK細(xì)胞、T細(xì)胞所產(chǎn)生的GVL效應(yīng)13。NK

15、 細(xì)胞與T細(xì)胞的異體反應(yīng)性的區(qū)別顯示，在HLA不相合移植中T細(xì)胞是GVHD的主要效應(yīng)細(xì)胞，而NK細(xì)胞在移植物植入及GVL中起主要作用。前面已提到造血細(xì)胞對(duì)NK細(xì)胞的攻擊很敏感，根據(jù)“丟失自我”識(shí)別模式，當(dāng)NK細(xì)胞遇到KIR不相容的白血病細(xì)胞（靶細(xì)胞）時(shí)，就會(huì)顯示出強(qiáng)大的細(xì)胞毒作用，而在KIR相合或自體造血干細(xì)胞移植中無此作用。將人類異源反應(yīng)性NK細(xì)胞克隆輸注到已植入人AML細(xì)胞轉(zhuǎn)染性NOD/SCID小鼠D的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：未治療組及給予人無異源反應(yīng)性NK細(xì)胞克隆組小鼠均于3周內(nèi)死亡；而輸入人異源反應(yīng)性NK細(xì)胞組（即使輸入的細(xì)胞數(shù)很少），這些異源反應(yīng)性NK細(xì)胞即可清除白血病細(xì)胞并使小鼠存活120天

16、。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床移植均證實(shí)由KIR不相合產(chǎn)生的異源反應(yīng)性NK細(xì)胞是allo-HSCT預(yù)后的有利因素。NK細(xì)胞的“不利影響”如前所述，異源反應(yīng)性NK細(xì)胞在allo-HSCT中有許多有利作用，目前這方面的理論研究及臨床實(shí)踐很多。但近期一些臨床研究也得出一些KIR-配體不相合引起的異源反應(yīng)性NK細(xì)胞對(duì)移植的不良影響。一方面，Ruggeri等14最近仍報(bào)道單倍相合造血干細(xì)胞移植后，異源反應(yīng)活性NK細(xì)胞介導(dǎo)的供者抗受者異源性反應(yīng)可減少AML患者復(fù)發(fā)危險(xiǎn)，改善植入，減輕GVHD；并進(jìn)一步提出臨床應(yīng)用中可通過供者及受者高分辨HLA基因配型，積極鑒定供者KIR基因，甚至在一些病例中根據(jù)供者NK細(xì)胞克隆功能評(píng)價(jià)

17、選擇單倍體供者，均可能有助于增強(qiáng)鞏固供者抗受者的NK細(xì)胞異源反應(yīng)性。但另一方面，Nguyen等15在10例AML經(jīng)單倍相合造血干細(xì)胞移植患者中研究移植后的NK細(xì)胞重建，發(fā)現(xiàn)盡管10例中8例KIR配體不相合，10例AML患者單倍相合造血干細(xì)胞移植后NK細(xì)胞恢復(fù)中未觀察到GVL效應(yīng)。且干細(xì)胞移植后產(chǎn)生的NK細(xì)胞表現(xiàn)出不成熟的表型：細(xì)胞毒性CD3(-) CD56(dim)亞型很少，表達(dá)KIR、NKp30 減少，而表達(dá)CD94/NKG2A增加。這些結(jié)果揭示，單倍相合干細(xì)胞移植后產(chǎn)生的NK 細(xì)胞 被阻滯在一種具有特殊表型特點(diǎn)的非成熟階段，功能不全，對(duì)免疫應(yīng)答及抑制恢復(fù)有潛在影響。不成熟的NK細(xì)胞，及NK

18、G2A的抑制作用減輕了GVL效應(yīng)。同時(shí)，Malmberg等3，Schaffer等4在190例非親緣供者造血干細(xì)胞移植中（KIR-配體不相合者167例，相合者23例）的最新研究發(fā)現(xiàn)，KIR-配體不相合引起的NK細(xì)胞異源反應(yīng)性與TRM升高及總存活率下降有關(guān)。這主要由嚴(yán)重感染引起，考慮由KIR-配體不相合引起的同種異源反應(yīng)性NK細(xì)胞的存在可能潛在地阻礙了機(jī)體對(duì)移植后早期感染的有效免疫。目前看來，allo-HSCT后的造血重建與免疫重建非常復(fù)雜，其中NK細(xì)胞作用有待進(jìn)一步探討。伴隨供者干細(xì)胞進(jìn)入受者體內(nèi)的成熟NK細(xì)胞與由供者干細(xì)胞在受者體內(nèi)逐漸發(fā)育分化而來的NK細(xì)胞對(duì)移植后免疫是否有不同的影響，仍需進(jìn)

19、一步研究；同時(shí)，KIR-配體不相合在移植中的意義有待進(jìn)一步評(píng)價(jià)。臨床展望從臨床應(yīng)用來說，雖然對(duì)于異源反應(yīng)性NK細(xì)胞在allo-HSCT中的作用仍存在許多爭議，但根據(jù)其有利的作用，供者NK細(xì)胞輸注已從實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究開始逐漸用于臨床，目前報(bào)道未出現(xiàn)明顯不良反應(yīng)10。對(duì)臨床治療思路有幾方面啟示： 首先，移植前進(jìn)行供受者HLA配型并結(jié)合KIR基因鑒定，盡可能為選擇更合適的供者提供依據(jù)；其次，NK細(xì)胞可加速APC從受者骨髓、脾臟等部位的清除，減輕GVHD，因而可無需使用針對(duì)T細(xì)胞的免疫抑制處理方法，這為降低GVHD發(fā)生設(shè)計(jì)了另類策略16，17。再次，聯(lián)合供者異源反應(yīng)性NK細(xì)胞輸注，有望降低異基因造血干細(xì)胞

20、預(yù)處理強(qiáng)度，更進(jìn)一步擴(kuò)大適應(yīng)癥范圍，使得高齡及臨床狀況差的患者也得到治療機(jī)會(huì)。 結(jié)語隨著對(duì)移植免疫學(xué)及NK細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)制的深入研究，人們對(duì)NK細(xì)胞在allo-HSCT中的作用逐漸了解。NK細(xì)胞受體（NKR）中KIR與配體（MHC-類分子）的不相合是激活NK細(xì)胞殺傷作用、在異基因移植中產(chǎn)生異源反應(yīng)性NK細(xì)胞的關(guān)鍵，因此這也成為目前研究的熱點(diǎn)。大部分研究結(jié)果顯示，異源反應(yīng)性NK細(xì)胞有利于異基因造血干細(xì)胞植入，可減少GVHD，并發(fā)揮GVL作用。但對(duì)移植后免疫重建及患者總生存率的影響研究較少，臨床病例也缺乏長期觀察，故這些方面還有待進(jìn)一步闡明。在臨床治療中，純化供者NK細(xì)胞的輸注已在干細(xì)胞移植

21、及惡性實(shí)體瘤生物治療等方面取得了良好效果，并對(duì)干細(xì)胞移植治療策略產(chǎn)生了重大影響。如何更好的發(fā)揮NK細(xì)胞功能，將是allo-HSCT治療及腫瘤免疫治療的研究重點(diǎn)。【參考文獻(xiàn)】1 Shlomchik WD，Couzens MS，Tang CB，et al. Prevention of graft versus host disease by inactivation of host antigen-presenting cells. Science，1999; 285（5426）: 412-4152 Ruggeri L，Capanni M，Casucci M，et al. Role of natu

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