NK細胞與HIV/SIV感染相關性的研究進展

吳芳新，王 衛(wèi)，魏 強

(中國醫(yī)學科學院，北京協(xié)和醫(yī)學院，醫(yī)學實驗動物研究所，衛(wèi)生部人類疾病比較醫(yī)學重點實驗室，國家中醫(yī)藥管理局人類疾病動物模型三級實驗室，北京 100021)

獲得性免疫缺陷綜合征 (acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)，是由人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)引起的全身性疾病。艾滋病毒對適應性免疫系統(tǒng)的攻擊導致其在抗HIV/SIV感染中存在很大程度的局限性［1］。而天然免疫系統(tǒng)是機體抵抗病原體入侵的第一道屏障，在病原體侵入機體的早期階段，特異性免疫還未被充分激活之前，天然免疫系統(tǒng)在病原體的控制和清除中發(fā)揮著重要的作用［2］。自然殺傷細胞(natural killer cell，NK)作為天然免疫系統(tǒng)的主要細胞，其在HIV/SIV感染中抗病毒的免疫機制成為近幾年研究熱點問題。

以非MHC限制性方式識別殺傷腫瘤或病毒感染靶細胞已成為人們對NK細胞的普遍共識。近年來許多研究表明，NK細胞通過更為復雜的受體配體相互作用機制實現(xiàn)其自身活性調節(jié)，發(fā)揮免疫功能。感染早期NK細胞被誘導迅速活化擴增，分泌一系列細胞因子，在發(fā)揮殺傷作用的同時，對適應性免疫應答的激活也具有一定的促進作用，最終將體內病毒復制控制在較低水平［3］。在 HIV/SIV感染早期，NK細胞所產生的免疫反應與普通病毒感染相似［4］，并沒有引起天然免疫或適應性免疫應答動力學的改變［5］。但是隨著 HIV/SIV感染后疾病進程的發(fā)展，各NK細胞亞群數量比例和組織分布都發(fā)生了很大變化，免疫功能受到抑制；而在 HIV感染長期不進展者 (long-term non-progressors，LTNPs)或對SIV具有天然抵抗力的猴體內，NK細胞的亞群數量及功能活性卻能保持正常［6］，這些都暗示NK細胞在降低HIV/SIV病毒復制水平以及疾病進程的控制中發(fā)揮著重要作用。

1 HIV-1感染中NK細胞亞群變化特征

外周血中，NK細胞大約占單個核細胞的5～15%。根據CD56和CD16表達水平的不同，NK細胞主要分為 CD56dimCD16+、CD56briCD16-以及CD56-CD16+3個亞群［7，8，9］。CD56dimCD16+NK細胞占外周血NK細胞的80～90%，主要通過與靶細胞直接作用或者通過抗體依賴的細胞介導的細胞毒 作 用(antibody dependent cell mediated cytotoxicity，ADCC)發(fā)揮殺傷靶細胞功能；CD56briCD16-NK細胞占外周血 NK細胞的2%～10%，激活后分泌大量細胞因子發(fā)揮免疫調節(jié)功能，其殺傷功能較弱。新近研究認為它可能是 CD56dimCD16+NK細胞亞群的前體［10］，發(fā)育成熟度較低；CD56-CD16+NK細胞比例較小，健康人體內不易被檢測到，殺傷力較低，是3群中最不成熟的亞群［6］。

許多的研究證據都表明隨著HIV的感染，NK細胞數量逐漸減少，同時出現(xiàn)功能缺損。在HIV感染的慢性階段，NK細胞亞群比例和功能活性都發(fā)生了很大的變化［11］。CD56dimCD16+NK細胞數量大量減少，并且細胞毒性殺傷功能顯著減弱；與此同時CD56-CD16+NK細胞大量增殖并且在數量上占主導地位，但功能上呈現(xiàn)為殺傷與細胞因子分泌的廣泛無反應性；而CD56briCD16-NK細胞數量無明顯變化，但細胞因子分泌和免疫調節(jié)功能明顯降低［12］。功能上無反應性 NK細胞亞群的大量擴增以及細胞毒性 CD56dimCD16+NK細胞的大量減少可能是NK細胞功能缺損的重要原因［13］。此外，有文獻推測這3個細胞亞群分別代表NK細胞的不同發(fā)育階段［13］，那么HIV的感染可能影響到NK細胞的發(fā)育階段，阻斷了NK細胞正常功能潛能的獲得過程，使其停留在幼稚階段而表現(xiàn)為功能上的失能，但這有待進一步研究。而其免疫調節(jié)功能的異常也會影響到適應性免疫功能的正常發(fā)揮。所以NK細胞數量減少與功能的受限可能是HIV/SIV感染后期整個免疫系統(tǒng)免疫調節(jié)紊亂、免疫功能耗竭，并最終導致AIDS的重要原因之一。高效抗逆轉錄藥物能使外周血中功能異常的CD56-CD16+NK細胞數量下降，但是正常NK細胞的數量以及其功能活性并不能得到完全恢復［14］。

2 SIV/HIV感染對NK細胞組織分布的影響

NK細胞亞群在淋巴結和粘膜相關組織中的分布與其外周血中的分布完全不同。近來許多研究表明，在HIV/SIV感染慢性階段，不同組織NK細胞亞群呈現(xiàn)重新分布的趨勢［16-17］。Brunetta等［15］認為HIV高復制水平與NK細胞亞群在不同組織中的重新分布存在顯著相關性，而并不僅僅是外周血中NK細胞總數的減少。

NK細胞通過不同趨化因子受體調節(jié)而在外周血和不同組織中呈現(xiàn)不同的分布趨勢。SIV感染不僅影響恒河猴NK細胞亞群選擇性的增殖，而且會通過改變CCR7的表達干擾NK細胞的遷移途徑，同樣的現(xiàn)象也出現(xiàn)在 HIV感染者中［18］。正常猴體內CD56+NK細胞表達淋巴結歸巢受體CD62L和CCR7，SIV感染誘導恒河猴 CD56+NK細胞和CD16-CD56-NK細胞(DN)表面腸粘膜歸巢受體α4β7表達上調，同時淋巴結趨化因子受體CCR7表達下調，使這兩群NK細胞的歸巢遷移途徑由淋巴組織轉移入腸粘膜組織［19］。這些 NK細胞表面趨化因子表達的顯著變化表明，HIV/SIV的感染可能誘導NK細胞向腸道組織遷移增加，同時減少了其向淋巴結的遷移。這種遷移途徑的改變是導致健康猴和SIV感染猴體內NK細胞在不同組織分布差異的重要原因。

由于SIV/HIV首先在腸粘膜組織的CD4+T細胞中復制［20］，而NK細胞活化后除了通過細胞毒作用直接殺傷感染靶細胞，其分泌的IFN-r還可以通過抑制Tat誘導的LTR反式激活作用抵抗HIV的復制［21］。故NK細胞向腸粘膜的歸巢遷移的增加可能表明感染初期天然免疫機制在控制病毒復制中所發(fā)揮的重要免疫生理作用［22］。此外，NK細胞遷移途徑的改變也可能是導致其在外周血中數量與功能的失調的重要原因［23］。

3 HIV-1的復制與NK細胞功能異常的研究

HIV感染急性期 NK細胞數明顯增加，但功能異常亞群 CD56-CD16+NK細胞的并無大量增殖［16］。直到慢性感染階段，NK細胞才開始出現(xiàn)異常［24］。許多研究表明，血漿HIV高病毒血癥與NK細胞功能異常之間具有顯著地統(tǒng)計學相關性。

在HIV-1感染發(fā)展為AIDS時，血漿中 ADCC作用依賴的Env特異性抗體滴度水平很低，且高病毒血癥的患者血漿中金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)水平升高，而 MMPs可誘導NK細胞表面CD16分子發(fā)生內陷，從而使CD16分子介導ADCC作用不能正常發(fā)揮［25］。

此外，也有研究表明 HIV-1病毒包膜蛋白Gp120與 NK細胞表面 α4β7受體直接結合，導致p38絲裂原蛋白激酶 MAPK磷酸化失活，造成 NK細胞殺傷和免疫調節(jié)功能降低，同時NK細胞活化異常且易于凋亡［26］。這種相互作用在CD4+T細胞中同樣存在，并且 α4β7+CD4+T細胞比 α4β7dim/-CD4+T細胞更易于被 HIV-1有效感染。Gp120與α4β7的特異性結合對HIV-1有效感染活化靶細胞并進行高效復制和擴散具有重要意義［27］。由于外周血NK細胞不表達 CD4分子故不能被 HIV/SIV感染，但Valentin等［28］從HIV-1感染者二級淋巴器官分離出一小群能被 HIV-1有效感染的CD3-CD56+CD16+CD4+的細胞。HIV高水平復制是否可以誘導外周血CD4-NK細胞調節(jié)CD4分子的表達，以及Gp120與α4β7的相互作用是否能增加NK細胞對HIV-1的易感性有待進一步研究。

4 NK細胞K IR受體與HIV感染相關性研究

NK細胞功能的發(fā)揮依賴于其表面各種受體與相應配體相互作用［29］。免疫球蛋白樣受體 KIR是NK細胞表面的主要受體家族之一，主要表達在細胞毒性的CD3-CD56dimCD16+NK細胞亞群表面。不同KIR通過與其特異配體MHC I類分子相結合向NK細胞內部傳遞活化或抑制信號，調節(jié)NK細胞的功能活性［30］。許多研究都表明特定 KIR等位基因與特定HLA I類等位基因的聯(lián)合表達對HIV-1感染疾病進程具有顯著影響［31-33］。通過對 HIV感染長期不進展者LTNPs的大量研究發(fā)現(xiàn)，KIR3DL1和KIR3DS受體與其配體的表達水平和相互作用有與HIV感染疾病進程的保護具有顯著相關性［34-35］。這也從側面反映出了 NK細胞在抗 HIV感染中可能發(fā)揮的重要作用。

KIR3DS和KIR3DL1是由同一基因座位上的不同等位基因編碼的功能不同的同種異型分子［36］。激活性的KIR3DS分子與抑制性的KIR3DL1分子配體都是HLA-Bw4分子，并且該分子氨基酸序列第80位是異亮氨酸(HLA-Bw4-80I)。但正常情況下抑制性信號占主導。這兩種等位基因的共表達能增強人對HIV感染的保護，明顯延緩AIDS疾病進程［37］。雖然KIR3DS1分子與HLA-Bw4-80I分子的相互作用機制尚不明確，但是KIR3DS+NK細胞能對HIV-1感染的Bw4-80I+CD4+T細胞發(fā)揮更強的脫顆粒殺傷作用，從而有效地抑制了Bw4-80I+感染靶細胞內病毒的復制［38］。另有新的證據表明，在HIV-1急性感染期，在HLA-Bw4-80I分子表達的情況下，KIR3DS1+NK細胞優(yōu)先擴增，并且數量維持在較高水平。此外，在高頻暴露于HIV-1卻能保持HIV-1陰性的人體內 KIR3DS轉錄子呈現(xiàn)較高水平，這都說明KIR3DS1可能參與機體抗病毒感染的保護效應［39］，并且 KIR3DS與其配體 HLA-Bw4-80I分子的相互作用能增強 NK細胞對 HIV-1感染和AIDS疾病進程的控制。

KIR3DL1等位基因在不同NK細胞表面呈現(xiàn)出不同的表達水平，并且這與NK細胞的功能潛能相關［40］。在NK細胞發(fā)育過程中，高表達KIR3DL1的NK細胞能獲得更強的細胞毒性殺傷潛能［32］。抑制型受體KIR3DL1等位基因的高水平表達通過與包括HLA-B57在內的的HLA-Bw4-80I分子結合能明顯增強對 AIDS疾病進程的保護［41］。由于 KIR抑制性信號占主導，正常機體內，NK細胞靜息狀態(tài)的維持依賴于 KIR3DL1/Bw4抑制性受體配體的結合，而當病毒感染靶細胞表面的HIL I類分子呈低表達狀態(tài)時，這種抑制作用被解除，從而使NK細胞發(fā)揮更強烈的殺傷效應溶解病毒感染細胞［41］。這也表明在HIV-1感染初期誘導適應性免疫發(fā)揮作用之前，高表達KIR3DL1的NK細胞可能在病毒復制的有效地控制中發(fā)揮重要作用，為機體抗HIV感染提供較強的免疫保護反應。但是 KIR3DL1/HLABw4-80I在HIV-1感染中的保護作用的具體機制尚不清楚，需要對其功能做進一步研究。

此外，Wong AH等［42］人最新研究中發(fā)現(xiàn)在HIV-1感染疾病進展中，隨著病毒載量的升高，表達抑制性受體 KIR2DL1或激活性受體 KIR2DS1的NK細胞數量減少而整體 NK細胞的脫顆粒作用顯著增強；同時還發(fā)現(xiàn)在在活化程度高的CD69+NK細胞上NKp46表達缺失。總之，這些研究都說明了NK細胞表面受體的調控可能在HIV-1發(fā)病機制中起著重要作用，對其更為深入的研究可為針對HIV-1感染的免疫治療帶來新的曙光。

5 結語

HIV/SIV感染過程中NK細胞亞群比例及組織分布都呈現(xiàn)出不同程度的變化，高病毒復制水平導致NK細胞毒性殺傷功能和免疫調節(jié)功能嚴重受損。NK細胞表面受體KIR3DL1和KIR3DS與特異配體HLA-Bw4-80I的聯(lián)合表達能延緩疾病進程，對HIV-1感染具有明顯保護作用。這些發(fā)現(xiàn)對 NK細胞在抗HIV/SIV病毒感染免疫機制的研究提供了新的思路和方向。此外，最新研究表明，在巨細胞病毒MCMV感染的小鼠模型中NK細胞具有記憶功能［43］。那么，HIV/SIV感染中NK細胞是否也存在記憶功能?HIV/SIV初次感染對超感染的保護效應是否也與NK細胞的記憶功能相關?KIR3DL1與KIR3DS受體是否可能是NK細胞在HIV感染中的特異性受體?對HIV/SIV感染中NK細胞的研究依然任重而道遠。

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