自然杀伤细胞（Natural Killer，NK）被视为天然免疫系统里的重要成员，具有快速产生效应细胞因子和杀死病毒感染或肿瘤细胞的能力。然而至今也愈来愈多的研究显示, 部份的 NK 细胞具有很强的适应环境变化能力及最终分化成生命周期长、高度功能的特殊细胞群，称为记忆或适应性 NK 细胞 ( memory or adaptive NK cells)。

长期以来，人类和许多哺乳动物的免疫系统主要分为两类：天然免疫和适应性免疫系统。前者主要是依靠 NK 细胞识别攻击非自身细胞。后者则是 B 细胞和 T 细胞能够对外来侵入者形成长期记忆，当再次遇到时就能直接快速地将其扼杀。然而，科学家们发现在小鼠体内，天然免疫系统的 NK 细胞可对接触过的抗原形成「记忆」，在不依赖 B 细胞和 T 细胞的适应性免疫中发挥作用。

NK 细胞对抗原特异性回忆反应的首次证明是在半抗原诱导的接触超敏反应中，小鼠肝脏内的 CXCR6+ NK 细胞可介导抗原特异性接触超敏反应。记忆性 NK 细胞的特性也同样在巨细胞病毒（CMV）感染的小鼠模式中得到验证。当小鼠受到巨细胞病毒再次感染时，记忆性 NK 细胞会开始进行二次扩增、快速释放脱粒酶和细胞因子产生保护性的免疫反应；并为新生小鼠受到母体垂直感染巨细胞病毒时提供保护。这样独立于 T 细胞和 B 细胞的适应性免疫之外的记忆性 NK 细胞，也在灵长类动物模式中发现其存在。然而，记忆性 NK 细胞是否存在于人类免疫系统依然未解。

直到 2019 年，美国加州斯克里普斯研究所 (Scripps Research Institute) Dr. Silke Paust 团队利用「人源化」免疫系统的小鼠模型与人体试验发现：NK 细胞在人体中也能形成抗原「记忆」的功能。


Nikzad et al., Sci. Immunol. 4, eaat8116 (2019)

脾脏和肝脏含有组织特异性 NK 细胞

Dr. Silke Paust 团队首先建立一个「人源化」免疫系统的小鼠模型 (BLT (BM, liver, and thymus) humanized mouse model)，人类免疫细胞取代了小鼠的免疫细胞。利用质谱流式细胞技术 (CyTOF mass cytometry) 与多参数的流式细胞术 (Flow Cytometry) 对 BLT 小鼠分离出的脾脏和肝脏进行 NK 细胞图谱分析。相比外周血单个核细胞 (PBMC) 内的 NK 细胞，脾脏和肝脏内含有丰富的 CD56 hi/CD16lo NK 细胞，并表达 CXCR6、T-bet、Emos…等不同特异性蛋白，揭示着组织特异性的 NK 细胞功能与特性不同于外周血内的 NK 细胞。由表现图谱分析，脾脏和肝脏 NK 细胞具有组织特异性并表现小鼠记忆 NK 细胞标记 CXCR6、淋巴结归巢能力、细胞毒性效应和产生 IFN-γ。类似结果也在人体内相应器官组织 (脾脏和肝脏) 的 NK 细胞获得。


BLT 小鼠的脾脏和肝脏具有组织特异性人 NK 细胞
Adapted from Nikzad et al., Sci. Immunol. 4, eaat8116 (2019)

NK 细胞拥有「记忆」能力 

研究中，将 BLT 小鼠注射 HIV 包膜蛋白疫苗，再从小鼠的肝脏和脾脏中提取 NK 细胞并分别培养一段时间。再让这些细胞暴露于遞呈 HIV 包膜蛋白、流感病毒 H1N1 蛋白片段、与惰性蛋白 (ovalbumin) 的 DC 细胞。结果显示，接触过 HIV 抗原的小鼠 NK 细胞在遇到呈现 HIV 蛋白的 DC 细胞组会起作用，但不响应惰性蛋白组，对流感病毒组响应亦有限。这些结果支持了」NK 细胞能够回忆起曾与病原体的接触」的假设。更有趣的是，这项结果仅在 BLT 肝脏提取出的 NK 细胞验证，而脾脏的 NK 细胞并未表现出该特性。


人类的肝脏 NK 细胞介导抗原特异性和疫苗依赖性杀伤
Adapted from Nikzad et al., Sci. Immunol. 4, eaat8116 (2019)

人记忆性 NK 细胞长期存在体内 

为了探究 NK 细胞在人体内是否也具有适应性免疫与长生命周期，Dr. Silke Paust 团队进行延迟型超敏反应 (delayed-type hypersensitivity, DTH) 人体试验；招募年龄在 22-65 岁之间在孩童时期患有水痘-带状疱疹病毒（varicella zoster virus, VZV）的健康成年受试者，并给他们注射水痘病毒的糖蛋白。在注射部位，水痘患者的皮肤会产生类似水疱（blister-like）的反应。一旦水疱形成，可从水疱分离出 NK 细胞。分析显示，与机体其它地方的 NK 细胞不同，这些 NK 细胞表现 NK 细胞成熟杀伤性标记 CD107，表示正在对抗原进行杀伤作用。这群活跃的 NK 细胞也并非是旁观者免疫细胞 (bystander immune cells)，在皮肤的水疱部位被升高的细胞因子或趋化因子招募而来；因为细胞因子和趋化因子信号本身不会触发 NK 细胞介导的杀伤。且在表型和功能上与供体匹配的 PBMC 来源的 NK 细胞截然不同。显示在最初感染宿主数十年后，它们迅速进入 VZV-STA 的攻击位点，这表明 NK 细胞在人类的长期抗原特异性回忆反应中发挥作用。


人类 NK 细胞介导的免疫记忆是长寿的
Adapted from Nikzad et al., Sci. Immunol. 4, eaat8116 (2019)

记忆性 NK 细胞可帮助开发有效新型疫苗

「天然免疫细胞也带有免疫记忆」颠覆了以往的二元化认知: 渭径分明的天然免疫与适应性免疫。虽然 NK 细胞如何辨识区分抗原与自身细胞而形成免疫记忆的机制仍有待进一步研究，但经由这项研究带来了一种可能性：疫苗接种策略有望被开发用于诱导记忆性 NK 细胞。在未来，了解 NK 细胞如何形成适应性记忆，或许可帮助研究人员开发更有效的新型疫苗。

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