自然杀伤细胞与人类免疫缺陷病毒的相互作用及影响

孙建军+沈佳胤+卢洪洲

摘 要 自然杀伤细胞是固有免疫体系中具有抗病毒效应的重要成分，可发挥免疫清除和调节作用。其表面具有的一系列活化性受体和抑制性受体，共同决定着NK细胞的免疫功能。在HIV感染中，NK细胞能够通过细胞毒作用裂解靶细胞和免疫调节作用抑制HIV复制。但随着感染时间的延长，HIV患者之NK细胞亚群分布出现变化，低能/失能NK细胞频数增多，进而弱化了NK细胞对HIV的控制作用。予以抗病毒治疗后，感染者体内的NK细胞功能通常会有所恢复。

关键词 自然杀伤细胞 人免疫缺陷病毒感染 杀伤细胞免疫球蛋白受体 免疫效应

中图分类号：R512.91 文献标识码：A 文章编号：1006-1533（2017）11-0003-04

The interaction between natural killer cells and human immunodeficiency virus

SUN Jianjun1*， SHEN Jiayin1， LU Hongzhou1，2**（1. Department of Infectious Diseases， Shanghai Public Health Clinical Center， Fudan University， Shanghai 201508， China；

2. Department of Infectious Diseases， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）

ABSTRACT Natural killer cell is an important component of the innate immune system， and can play a vital role in immune clearance and immune regulation. There are a series of activating receptors and inhibitory receptors on its surface and both of them can determine the immune function and the effect of NK cells. In HIV infection， NK cells can cleave the target cells of HIV infection by cytotoxic effect and inhibit HIV replication by immune regulation. However， the distribution of NK cell subsets in patients with HIV is changed and the number of defective NK cells is increased with the extension of the infection time， which can weaken the control effect of NK cells on HIV. The function of NK cells in the infected patients can usually be partly restored after antiviral treatment.

KEY WORDS NK cell； HIV infection； KIR； immunological effect

1 自然殺伤细胞概述

自然杀伤细胞（natural killer cell，NK），是一类无需提前致敏而可以直接发挥细胞毒等免疫效应而杀伤靶细胞的免疫细胞[1] 。NK细胞是固有免疫体系中发挥抗病毒作用的重要效应成分，起着连接固有免疫和适应性免疫两个系统的桥梁作用。在人体血液循环中，NK细胞约占到外周血单个核细胞比例的5%～15%。从形态上，NK细胞属于大颗粒淋巴细胞，起源于骨髓。人类的NK细胞表面分化簇以CD3-CD56+为基本特征[2] 。依据NK细胞表面表达CD16、CD56的水平，可将NK细胞分为两群：CD56dimCD16bright和CD56brightCD16dim/-。前者约占到外周血NK细胞总数的90%，主要通过释放穿孔素/颗粒酶而发挥细胞毒作用；后者约占到外周血液循环中NK细胞的10%，主要通过分泌细胞因子起免疫调节作用。NK细胞具有多种生物学功能，包括识别被病原体感染的细胞或自体内的肿瘤细胞。概而言之，NK细胞具有[2] ：（1）免疫清除作用：①细胞毒作用：通过分泌穿孔素/颗粒酶等途径发挥杀伤靶细胞的效应；②诱导凋亡作用：通过Fas-FasL或TRAIL途径；③抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC）：通过NK细胞表面的CD16作为相关抗体Fc段的受体而对靶细胞进行杀伤；（2）免疫调节作用，如分泌IFN-g发挥调节NK细胞与抗原递呈细胞或NK细胞与适应性免疫系统的作用。在NK细胞发育过程中需要有抑制性受体所传导的抑制性信号参与[3] 。NK细胞功能的发挥则依赖于其细胞表面的一系列受体及其所传递信号的综合。这些受体主要包括[4-5] ：①杀伤细胞免疫球蛋白样受体（killer immunoglobulin-like receptors， KIR），其配体为人类白细胞抗原（human leukocyte antigen， HLA）A （HLA-A）， HLA-B， HLA-C以及其他配体。KIR可分为抑制性受体（KIR2DL或KIR3DL，胞内区含有酪氨酸抑制基序，ITIM）和活化性的受体（KIR2DS或KIR3DS，胞内区含有酪氨酸活化基序，ITAM）；②C型凝集素样受体（C lectin-like receptor， CLR），可分为抑制性受体CD94/ NKG2A、活化性受体CD94/NKG2C和NKG2D；③自然细胞毒受体（natural cytotoxicity receptors， NCRs），它可识别多种病原、肿瘤以及源于自身的配体，包括NKp30、NKp44和NKp46三种分子，均属于活化性受体分子。正是依赖于上述种类多样的受体组合，NK细胞得以能够快速地识别和发挥免疫效应以清除病毒感染细胞、肿瘤细胞等病变细胞[6-7] 。更进一步地讲，成熟的NK细胞会在其HLA配体表达下调或者缺失时对病毒感染后所表达的活化受体或者肿瘤细胞所表达的分子变得更加敏感而易于活化并发挥免疫效应（丧失自我模式）[8] ；此外，NK细胞的活化会通过活化性信号的强度超过抑制性信号强度而激活（诱导自我模式）[9] 。通常情况下，NK细胞通过此两种模式的结合可最大程度地识别和清除病原体的感染。

2 NK细胞对HIV感染的抑制和清除作用

NK细胞表面表达许多受体，包括：杀伤细胞免疫球蛋白样受体（KIR）、自然细胞毒受体（NCR，如NKp30、NKp44和NKp46）、C型凝集素受体（包括NKG2A、NKG2C和NKG2D），还有SLAM家族受体的CD16分子，都参与到了NK细胞免疫效应的调控之中。对于HIV感染，NK细胞可以通过病毒感染的靶细胞表面所表达的压力配体而识别或通过间接途径由抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用识别，进而对靶细胞进行细胞毒作用而将其裂解。此外，NK细胞还可通过释放细胞因子，如MIP-1b或效应分子IFN-g而发挥免疫效应或调节免疫系统功能而发挥抗病毒作用。另外，NK细胞可由其表面的CD16分子而被招募至被HIV感染后且分泌HIV抗原蛋白的靶细胞附近而参与杀伤的免疫功能。最终，NK细胞的脱颗粒/细胞毒以及细胞因子分泌的免疫效应是否发挥，需要活化性信号和抑制性信号的综合。对于NK细胞免疫调节中极其重要的受体——KIR，目前研究主要集中在KIR及其配体HLA的组合对HIV感染风险和感染HIV后疾病进展速度的影响等方面。

对于HIV感染的预防，目前尚无疫苗可用。理论上讲，只有发挥固有免疫体系快速而有效的免疫效应才可能在病原入侵的同时将HIV快速杀灭，从而防止HIV感染的发生。之前的一项在越南开展的关于静脉吸毒者的观察性队列发现[10] ，有相关HIV危险暴露行为而未被HIV感染的人群中，NK细胞活性显著高于同样有危险接触但已被HIV感染的人群和健康对照；同时，研究者[11-12] 还发现，在有危险暴露行为而未被HIV感染者中，基因型为KIR3DS1纯合子的比例显著高于HIV感染组。因而推测，KIR3DS1+NK细胞具有保护个体不被HIV感染的作用。但是需要注意的是，此基因型仅仅具有部分保护作用，而非像CCR5Δ32纯合子那样具有绝对的保护个体免受HIV感染的能力。

感染HIV后，临床研究发现，拥有不同HLA/KIR组合的HIV感染者中，其感染预后存在显著的差别，如HLA-Bw4与KIR3DS1组合之感染者进展至免疫缺陷期的病程较其他的患者更慢[13-14]。而国内外多名学者的研究也证实，NK细胞参与了HIV抑制且HLA-Bw4/ KIR3DS1组合的抑制能力最强[15-16]。而近年来国内亦有研究表明，HLA-Bw4与KIR3DS1的组合在长期无进展的HIV感染人群中出现频率最高[17]。此外，由于在HIV感染后，不同于HLA-A和HLA-B分子，HLA-C作为NK细胞KIR的配体而未被Nef蛋白下调[18] ，因而在HIV感染防治中具有独特的价值。也因此，近年来诸多研究者逐渐将注意力从HLA-B分子上转移到了HLA-C分子。在2015年的AIDS期刊上，泰国的一项临床队列研究发现，拥有HLA-C1/KIR2DL3+的HIV高危人群中，出现HIV感染的风险显著高于HLA-C1/KIR2DL3-者；对于已经感染HIV者，拥有HLA-C1/KIR2DL3-者具有较少的基线病毒载量和较低的HIV感染病死率[18]。

3 HIV感染后NK细胞亚群分布和免疫功能的变化

在HIV急性感染后且CD8+ T淋巴细胞尚未活化时，NK细胞在大量细胞因子的刺激下发生快速而大量的增殖[19（] 主要是CD56dim亚群）。一般而言，病毒感染后会下调感染细胞表面的HLA-I型分子以逃避CD8+ T淋巴细胞的杀伤，但往往会由于同时下调了NK细胞的抑制性受体KIR的HLA配体，诱发了NK细胞的免疫清除。但是HIV进化出了逃避NK细胞杀伤的策略：HIV感染后会通过分泌Nef蛋白而选择性下调靶细胞表面的HLA-A和HLA-B型分子（逃避细胞毒性T淋巴细胞攻击），但是保留HLA-C分子（KIR2D的配体，发挥抑制NK细胞免疫效应的作用）和HLA-E分子（CD94/ NKG2A的配体，发挥抑制NK细胞免疫效应的作用）的表达，最终巧妙地同时躲避了细胞毒性T淋巴细胞和NK细胞的免疫清除[20] 。此外，在HIV感染者体内，NK细胞的抑制性受体表达上调而活化性受体如NKp30、NKp46等表达下调[21-22] 。除了Nef蛋白外，HIV的其他分子如gp41、gp120和Tat蛋白均可通过多种途径下调NK细胞活性[23] 。

同样在HIV急性感染的过程中，由于NK细胞亚群分布的变化，失能的NK细胞亚群CD56dim NK细胞出现扩增，这就从在整体上降低了NK细胞对未成熟树突状细胞的清除，进一步减弱了树突状细胞致敏T淋巴细胞的能力（DC-editing），最终导致适应性免疫应答的效应能力下降[24] 。此外，CD56dim NK细胞亚群由于表面活化性受体减少，进而分泌IFN-g和TNF-a的能力下降。由于此两种细胞因子对于促进树突状细胞成熟非常重要，所以NK细胞功能下降会影响到树突状细胞成熟。同样，由于树突状細胞成熟减少，由其分泌的IL-12、IL-15和IL-18亦会相应减少，进而影响到NK细胞的发育和成熟[6] 。

在HIV感染进入慢性阶段，NK细胞的数量和功能均发生了显著变化[6] 。随着感染时间的延长，NK细胞亚群中CD56brightCD16dim数量减少而具有高水平抑制性受体和低水平自然杀伤受体的失能CD56-CD16+NK细胞数量增加[25] 。这意味着HIV感染后，通过异化NK细胞的构成进而弱化了NK细胞对HIV的控制作用。

尽管HIV不能够感染、直接破坏NK细胞，可是HIV感染后不断进行的病毒复制使得NK细胞的亚群分布发生了巨大改变。予以抗病毒治疗后，在HIV复制受抑后NK细胞的功能通常会逐渐恢复正常[26] ，这也提示，HIV对NK细胞的功能影响是可逆的。在体外的实验发现，予以IL-2刺激后，NK细胞分群的异常可以得到恢复[27]。

4 结语

在HIV感染后，宿主之NK细胞功能出现缺陷，使得NK细胞对于HIV感染的控制能力减弱。由于NK细胞的免疫效应以及其与适应性免疫体系的相互作用是发挥NK细胞抗击HIV感染的关键之处，所有能对NK细胞分化和增殖有促进作用的因素都可认为是具有治疗HIV感染潜在价值的手段。IL-15是NK细胞成熟、存活以及功能完善的主要调控因子。在关于肿瘤远处转移的临床研究中发现，予以重组人IL-15的制剂后受试者体内NK细胞功能活化和增殖效应明显[28] 。而另一个关于人源化HIV小鼠模型实验中，予以IL-15超激动剂（IL-15结合到IL-15Ra的制剂）应用后可以通过NK细胞相关的免疫效应预防HIV感染[29] 。这就表明，在HIV感染而予以常规抗病毒治疗之后仍有潜在低水平病毒复制和病毒储存库的背景下，增强NK细胞免疫监视功能以清除HIV潜伏感染具有新的可行性。除此之外，还有其他的针对NK细胞或者NK细胞功能激活的研究，均在探索恢复NK细胞功能以发挥抗HIV感染的作用[30] 。这些都可为开辟新的抗HIV治疗路径提供理论储备。

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