細(xì)胞藥物開發(fā)的復(fù)雜水平
作為一種價(jià)值的免疫細(xì)胞，NK細(xì)胞也逐漸受到關(guān)注，在國際上有眾多的臨床研究進(jìn)展。NK細(xì)胞具有廣譜的抗腫瘤作用。目前，基于NK細(xì)胞的腫瘤免疫療法逐漸被挖掘出來。今天一起看看，田志剛院士眼中的NK細(xì)胞。
歡迎來到《田志剛院士：我眼中的NK細(xì)胞》系列的第二篇文章。上一篇文章田志剛院士介紹了NK的“3D”和“2R”，以最快的方式讓大家了解到教科書中關(guān)于NK細(xì)胞最核心的知識。
過去20多年，研究人員的重要發(fā)現(xiàn)，讓傳統(tǒng)免疫學(xué)中的經(jīng)典概念面臨巨大挑戰(zhàn)。那么，究竟有哪些重要的發(fā)現(xiàn)？這些發(fā)現(xiàn)又帶來了哪些挑戰(zhàn)呢？本文將帶你走近NK細(xì)胞的研究前沿，一窺究竟！-01-
關(guān)于NK細(xì)胞最早的推測之一就是，它不僅僅是個(gè)殺手。盡管當(dāng)初NK細(xì)胞命名時(shí)，稱為：Natural Killer，但是學(xué)者們發(fā)現(xiàn)有很多NK細(xì)胞亞群，其功能并不是以殺傷為主，而是產(chǎn)生很多Cytokine，使其具有高度的調(diào)控功能。
圖1. NK細(xì)胞：不僅僅是Killer
如圖1所示，經(jīng)典概念中具有殺傷功能的NK細(xì)胞是一大類；另外還有一大類NK細(xì)胞，具有分泌細(xì)胞因子（即Cytokine）的功能，對其他免疫細(xì)胞有調(diào)控的功能。
這一調(diào)控功能是一個(gè)重要的信息，說明NK細(xì)胞不僅僅只能針對“外敵”，它對免疫系統(tǒng)本身，即系統(tǒng)內(nèi)整體的調(diào)控，以及穩(wěn)態(tài)的維持起到至關(guān)重要的作用。
這可能會導(dǎo)致NK細(xì)胞的概念需要重新進(jìn)行調(diào)整，即“NK cell is not just a killer”。
為了證明真實(shí)性，研究人員付出了巨大的努力。大約在1997，國際上就有學(xué)者提出了“NK細(xì)胞的免疫學(xué)調(diào)節(jié)功能”，并且通過實(shí)驗(yàn)獲得了部分證據(jù)。
2001年，國際上有學(xué)者也證實(shí)了之前的研究發(fā)現(xiàn)，但是這個(gè)國際實(shí)驗(yàn)室之后并沒有繼續(xù)沿著這個(gè)方向繼續(xù)進(jìn)行研究。
圖2 不同器官中發(fā)現(xiàn)大量NK細(xì)胞
田院士團(tuán)隊(duì)非常感興趣這個(gè)方向，于是后期分別在機(jī)體的肺臟、肝臟、胰腺、腸道、皮膚和子宮相關(guān)的疾病發(fā)生的器官里發(fā)現(xiàn)了大量的NK細(xì)胞（如圖2所示）。而這些NK細(xì)胞，以分泌細(xì)胞因子為主，而非以殺傷為主。
圖3 母胎界面中含有高比例的NK細(xì)胞
在田志剛院士的研究組中，魏海明教授課題組最早發(fā)現(xiàn)：在母胎界面中，NK細(xì)胞比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于T細(xì)胞。在這個(gè)時(shí)期，母胎中父親的基因相當(dāng)于移植物，正常情況下會被排斥。但是母胎界面要想讓他不被排斥，就需要有能夠?qū)γ庖呦到y(tǒng)進(jìn)行調(diào)控的細(xì)胞。器官排斥理論認(rèn)為T細(xì)胞會在器官排斥反應(yīng)中起作用，但是此處為什么存在數(shù)量如此龐大的NK細(xì)胞呢？后續(xù)研究證明：NK細(xì)胞在此處的作用是為了防止T細(xì)胞過度應(yīng)答，產(chǎn)生排斥反應(yīng)。此時(shí)的NK細(xì)胞不是一個(gè)殺手，還可以對免疫系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行有效調(diào)控。研究還發(fā)現(xiàn)，NK細(xì)胞會分泌促進(jìn)骨骼生長的細(xì)胞因子（即“成骨因子”），只有骨骼正常發(fā)育，小胚胎才能長大?？梢钥闯?，NK細(xì)胞不僅僅能對免疫系統(tǒng)內(nèi)部的細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控，還能夠?qū)γ庖呦到y(tǒng)之外的其他組織器官進(jìn)行調(diào)控。這些研究成果將NK細(xì)胞從“殺手”這一概念擴(kuò)展開，證明NK細(xì)胞遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是一個(gè)“殺手”。-02-
在中國，肝病是一類非常重大的疾病，特別是乙肝病毒（HBV）對肝臟的感染所引起的疾病。病毒本身并不會殺死肝細(xì)胞，其致病原因主要是人體免疫系統(tǒng)為了清除乙肝病毒，T細(xì)胞對病毒感染的肝細(xì)胞發(fā)起攻擊，造成肝細(xì)胞損傷。當(dāng)T細(xì)胞攻擊過度時(shí)，形成長期的慢性炎癥，最終可能導(dǎo)致肝癌等。
圖4 NK細(xì)胞像一個(gè)公正的裁判
肝臟中有一大群NK細(xì)胞，如圖4中的白色細(xì)胞，它像一個(gè)裁判，當(dāng)T細(xì)胞要把病毒從肝臟當(dāng)中清除掉的時(shí)候，裁判不會阻止T細(xì)胞。但是當(dāng)T細(xì)胞攻擊過度時(shí)，可能導(dǎo)致肝臟衰竭造成病人的死亡，此時(shí)，NK細(xì)胞會叫停，控制T細(xì)胞不讓他過度攻擊。很顯然，NK細(xì)胞在這個(gè)過程中扮演的并不是“殺手”的角色。在免疫過度引起的疾病中，NK細(xì)胞是重要的控制者，它像一個(gè)公正的裁判防止T細(xì)胞過度進(jìn)攻，進(jìn)而維持肝臟的生理穩(wěn)態(tài)。正因如此，國際最權(quán)威的NK細(xì)胞專著在十年前邀請?zhí)镌菏康膱F(tuán)隊(duì)，撰寫書中一章，這也是全球首次有歐美學(xué)者之外的作者參與本書的寫作。-03-
提起免疫系統(tǒng)相關(guān)的疾病，那么自身免疫性疾病不得不提，例如關(guān)節(jié)炎，紅斑狼瘡，腎病等等，都是免疫細(xì)胞過度應(yīng)答所導(dǎo)致的。NK細(xì)胞可以控制T細(xì)胞這一發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要，專門研究自身免疫疾病的國際最權(quán)威雜志，每隔五年都會請?zhí)镌菏康膱F(tuán)隊(duì)寫一些文章，內(nèi)容就是關(guān)于調(diào)節(jié)性NK細(xì)胞在自身免疫疾病當(dāng)中的重要作用，這說明調(diào)節(jié)性NK細(xì)胞的存在與作用，逐漸被學(xué)界認(rèn)可。
可能會有人產(chǎn)生這樣的疑惑：這么長的時(shí)間跨度僅僅只是證明了調(diào)節(jié)性NK細(xì)胞的存在，究竟有什么價(jià)值呢？
圖5 新的免疫細(xì)胞亞群發(fā)現(xiàn)歷史
這群細(xì)胞的存在本身就具有巨大價(jià)值。現(xiàn)代免疫學(xué)的歷史，就是新的免疫細(xì)胞亞群不斷被發(fā)現(xiàn)的歷史。三大淋巴細(xì)胞中，B細(xì)胞亞群不太多，T細(xì)胞亞群最多，分別有殺傷性T細(xì)胞和輔助性T細(xì)胞，輔助性T細(xì)胞分為Treg和Th1、Th2和Th17等等（共約有6～7種分類）。在NK細(xì)胞亞群存在的證據(jù)，對免疫學(xué)的理論有很大的啟發(fā)意義。研究人員將具有殺傷功能為輔，以分泌細(xì)胞因子功能為主的天然免疫淋巴細(xì)胞，重新命名為ILC。從十年前國際上重新對NK細(xì)胞重新命名中可以看出，早期ILC1、ILC2、ILC3和早期的NK1、NK2、NK3之間的命名有很高的重疊性，這個(gè)命名方式可以被認(rèn)為是由NK細(xì)胞亞群發(fā)現(xiàn)的歷史延續(xù)過來的。-04-
圖6. 組織駐留NK細(xì)胞
早期課本中，關(guān)于NK細(xì)胞的介紹只有一句話，即NK細(xì)胞由骨髓產(chǎn)生，存在于外周血，作為淋巴細(xì)胞在全身循環(huán)。因此早期學(xué)者們都是以外周血中的NK細(xì)胞為研究對象。
經(jīng)典免疫學(xué)概念認(rèn)為，NK細(xì)胞是在免疫器官里面通過血液循環(huán)來形成的。而田院士團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，NK細(xì)胞不僅在血液循環(huán)中存在，而且還在機(jī)體重要的組織器官中駐留，例如非經(jīng)典的免疫器官肺、肝、腸、子宮等臟器，這就是組織駐留的NK細(xì)胞。
圖7 2007年田院士實(shí)驗(yàn)室研討會
早在2007年，田院士和學(xué)生開研討會中的一個(gè)主題就討論過肝臟當(dāng)中有沒有組織駐留的NK細(xì)胞（如圖7），因?yàn)樗麄冊谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)NK細(xì)胞在肝臟當(dāng)中含量很高。從2007年到現(xiàn)在近15年，他們不斷沿著這個(gè)方向進(jìn)行深入挖掘，最終發(fā)現(xiàn)肝臟中有一群其他臟器幾乎都沒有的NK細(xì)胞。這些NK細(xì)胞有一個(gè)特點(diǎn)，它只存在于肝臟中，不會通過血液進(jìn)行循環(huán)。
圖8 驗(yàn)證肝臟中存在組織駐留NK細(xì)胞
研究團(tuán)隊(duì)通過手術(shù)將兩個(gè)小鼠皮膚連在一起（如圖8），一般情況下，這兩個(gè)小鼠的血液會慢慢均衡，就像兩條河中間如果開了一道渠，這兩條河里的水就互通了。但是組織駐留的NK細(xì)胞，是不會隨著血液循環(huán)流動的，經(jīng)過驗(yàn)證，肝臟中確實(shí)存在組織駐留細(xì)胞，因?yàn)樗鼈儧]有在兩個(gè)小鼠體內(nèi)互通。
圖9 驗(yàn)證肝臟中存在組織駐留NK細(xì)胞
如圖9所示，綠色的是之前國際上公認(rèn)的，經(jīng)典的隨著全身循環(huán)的NK細(xì)胞。田院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的是圖9中橙色的NK細(xì)胞，它們只存在于肝臟中，這些細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)是田院士實(shí)驗(yàn)室近30年對NK細(xì)胞研究的重要標(biāo)簽，是對國際研究進(jìn)程最實(shí)在的貢獻(xiàn)。
圖10
組織駐留NK細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)4年之后，田院士在2012年國際大型學(xué)術(shù)會議進(jìn)行相關(guān)研究報(bào)告，這個(gè)會議每次基本包括60個(gè)報(bào)告的匯報(bào)交流。從圖10中可以看出，在2016年的報(bào)告中，有九個(gè)報(bào)告是關(guān)于“肝臟特有NK細(xì)胞”。其中除了田院士團(tuán)隊(duì)以外，其他相關(guān)的報(bào)告均來自歐美的實(shí)驗(yàn)室，共有八個(gè)報(bào)告。說明在聽取田院士團(tuán)隊(duì)前幾年的相關(guān)報(bào)告后，國際上的其他實(shí)驗(yàn)室就對此方向進(jìn)行了相關(guān)的跟蹤研究，田院士團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果帶動了組織駐留NK細(xì)胞這個(gè)領(lǐng)域的研究與發(fā)展。-05-
田院士團(tuán)隊(duì)首先對組織駐留NK細(xì)胞的來源進(jìn)行研究。在實(shí)驗(yàn)中，利用致死劑量的放射線照射小鼠，如果沒有骨髓移植，小鼠就會死亡。在研究中出現(xiàn)了對傳統(tǒng)觀念有巨大沖擊的研究結(jié)果：傳統(tǒng)免疫學(xué)認(rèn)為骨髓成年以后，肝臟就沒有造血功能了，但是研究人員發(fā)現(xiàn)僅僅把成年肝臟的單個(gè)核細(xì)胞輸送進(jìn)去，小鼠也能夠存活。
常規(guī)的NK細(xì)胞是骨髓造出的，但是組織駐留NK細(xì)胞是由肝臟里面的造血干細(xì)胞造出的。
田院士的團(tuán)隊(duì)找到了組織駐留NK細(xì)胞的來源，隨后他們用更復(fù)雜的嵌合骨髓移植模型來證明，也重復(fù)出了同樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖11 組織駐留NK細(xì)胞的來源
去年（2021年），此實(shí)驗(yàn)的結(jié)果正式刊登于 Science 雜志。
如圖11所示，胚胎期肝臟造血分成兩部分，一部分造血干細(xì)胞繼續(xù)留在成年肝臟中，制造出的特有的細(xì)胞（即組織駐留NK細(xì)胞）。另外一部分就是教科書里面常規(guī)描述的，造血干細(xì)胞從胚胎肝臟，再到骨髓，骨髓再造各種各樣的細(xì)胞，然后也可以再分布到肝臟。但這是常規(guī)的NK細(xì)胞（即圖中成年肝臟中的黃色細(xì)胞），而不是肝臟特有的NK細(xì)胞。田院士的團(tuán)隊(duì)繼續(xù)對肝臟中的這類特有的NK細(xì)胞進(jìn)行驗(yàn)證。
圖12
他們發(fā)現(xiàn)這類特有的NK細(xì)胞在肝臟中占比高達(dá)50%，研究人員猜測這群細(xì)胞有不同的譜系。他們用最現(xiàn)代的單細(xì)胞測序技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，如圖12所示，共有五群細(xì)胞，其中三群是常規(guī)NK細(xì)胞，通過血液循環(huán)過來，即它們是骨髓造血來源的、存在于肝臟的NK細(xì)胞，分為前體、不成熟和成熟三個(gè)階段。圖13
另外的兩群細(xì)胞，一群是在肝臟剛出生的時(shí)候，它們在胚胎肝臟中含量特別高，新生兒出生對病毒的抵抗就靠這群細(xì)胞。如果沒有這群細(xì)胞，只要接觸一點(diǎn)病毒，新生兒就會死掉。但是隨著年齡增長，這群細(xì)胞的數(shù)量逐漸減少，另外一群細(xì)胞的數(shù)量大幅增加。
圖14 成年肝臟也具有造血功能
這項(xiàng)研究的最大的價(jià)值是證明了成年肝臟是可以造血的。如圖14所示，以往所有教科書都提到胚胎肝臟到了出生的期限，就不再具有造血功能，造血的任務(wù)就交給了骨髓。但是本項(xiàng)研究推翻了這種看法，這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)會對很多臨床中出現(xiàn)的百思不得其解的現(xiàn)象，提供新的解釋思路。NK細(xì)胞抗癌的關(guān)鍵秘密
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中國工程院院士
中國科技大學(xué)學(xué)術(shù)委員會副主任
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)免疫學(xué)研究所所長
中科院天然免疫與慢性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任
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