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备课素材知识点：NK细胞如何识别和杀伤肿瘤细胞 高中生物人教版选择性必修1
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这是一份备课素材知识点：NK细胞如何识别和杀伤肿瘤细胞 高中生物人教版选择性必修1，共6页。
近年来，如何维持肿瘤微环境中的免疫细胞活性始终是肿瘤免疫治疗领域热点问题。随着研究的深入，自然杀伤细胞在肿瘤免疫治疗中的作用正在被逐步阐明。
NK细胞在固有免疫应答和适应性免疫应答中都发挥关键作用，具有多种细胞毒作用机制， 并能够通过产生细胞因子调节免疫反应。
那么， NK细胞是如何与肿瘤细胞进行战斗的？
NK免疫细胞简介
NK细胞全名“自然杀伤细胞”（Natural Killer cells），是免疫系统中的一类特殊细胞。与其他免疫细胞不同，可选择性地溶解细胞，而无需事先活化，它们天生就能进行杀伤作用。
NK细胞最早于20世纪70年代被发现，得名于其自然杀伤（Natural Killing）能力。NK细胞属于天然淋巴细胞（ILC），天然淋巴细胞作为天然免疫系统的一部分，其主要功能是监测和清除异常细胞，包括病毒感染细胞、突变细胞和癌细胞等。NK细胞在抵抗感染、控制肿瘤的发展和维持免疫平衡中扮演着重要角色。
NK细胞的识别和杀伤机制
NK细胞可谓是免疫系统的杀手锏，它们可以通过多种方式来识别和攻击异常细胞，其中最为重要的特点是不需要识别特定抗原，而是通过识别细胞表面的一系列标志来判断目标细胞的状态。它们具有多种方式来识别并摧毁异常细胞。
(一)识别机制
“身份核验”——缺失MHC-I：
我们都知道，正常细胞表面都会展示MHC-I分子，以防止免疫系统攻击。然而，癌细胞有时会偷偷摸摸地减少或丢失MHC-I的表达，试图躲过免疫监测。不过，机智的NK细胞可不会被蒙蔽，它们正是通过识别缺乏MHC-I的细胞，锁定并攻击癌细胞。
“一键激活”——激活受体和抑制受体：
NK细胞表面有许多激活受体和抑制受体。当它们与目标细胞接触时，激活受体可能会被激活，而抑制受体则可能被抑制。这种平衡决定了NK细胞是否对目标细胞发起杀伤行动。癌细胞通常表现较差，从而使得NK细胞更容易发挥杀伤作用。
（二）杀伤机制
“穿孔投酶”——释放穿孔素/颗粒酶：
一旦NK细胞确认目标细胞是肿瘤细胞，它们会释放细胞毒素和穿孔蛋白等杀伤性物质，直接破坏癌细胞的细胞膜，，穿孔素直接在靶细胞膜上形成跨膜通道，增加细胞膜通透性，释放颗粒酶引起靶细胞裂解,从而让肿瘤细胞凋亡。
“自毁开关”——死亡配体途径:
NK 细胞通常表达 3 种死亡配体: Fas 配体( FasL) 、TNF 配体和 TNF 相关凋亡诱导配体(TRAIL) ，通过与肿瘤细胞表面相应死亡受体结合引起细胞凋亡。
“旁分泌作用”——细胞因子途径：
NK细胞能分泌多种细胞因子，如干扰素 γ( IFN-γ) 、肿瘤坏死因子 α ( TNF-α) 、白细胞介素-2 ( IL-2) 等。（IFN-γ 能抑制肿瘤细胞增殖，阻断肿瘤血管形成以及上调细胞 MHC 分子表达来刺激抗原提呈等; TNF-α 活化靶细胞核酸内切酶，降解DNA，引起程序性细胞死亡; IL-2 刺 激 NK 细 胞 增 殖，增 强 其 杀 伤 活 性）
直接杀伤——ADCC 途径:
NK 细胞表达的 CD16 与靶细胞的 IgG Fc 段结合，通过信号传导使其活化，进而杀伤靶细胞。IL-2 和 IFN-γ 明显增强 NK 细胞的 ADCC 作用，而后表达 Fas 通过死亡配体机制诱导细胞凋亡。【NK细胞是抗体依赖细胞介导的细胞毒作用 （antibdy-dependent cell-mediated cyttxicity, ADCC）的主要效应细胞，对清除肿瘤细胞、控制细菌和病毒感染具有重要作用】
NK细胞的临床研究
科研人员进行了大量的研究，证实NK细胞具备杀伤癌细胞的能力。2023年4月《实用肿瘤学杂志》发布了一篇关于NK细胞联合PD-1单抗杀伤结直肠癌细胞的研究。
研究方法：通过体外诱导外周血单个核细胞的方法培养NK细胞，CCK-8法检测 NK细胞及PD-1单抗 +NK细胞杀伤五种结直肠癌细胞系LOVO、Cac-2、HT- 29、HT-115 和HRT-18的效率及效靶比，通过统计比较两种效应组对结直肠癌细胞系的杀伤效果。
研究结果显示：NK 细胞对五种靶细胞的杀伤效率差异显著（P ＜0． 01）；NK细胞对同一种靶细胞的杀伤效率在不同效靶比时差异显著（P＜ 0． 05）；PD-1 单抗与NK细胞联合应用对 Cac－2（效靶比 2∶ 1）、HT－29（效靶比5:1和10:1）以及HT-115（效靶比0.1:1和 0.5:1）细胞系的杀伤效率与单独NK细胞相比差异显著（P＜ 0.05），其余各组间差异均无统计学意义（P＞ 0.05）。
研究结论：应用NK细胞过继回输治疗结直肠癌时，将效靶比控制在2∶1时可能是一个安全且治疗效果最好的比例；NK细胞对结直肠癌的杀伤效率与其分化程度无关；PD-1 单抗可以联合NK细胞过继性回输治疗结直肠癌且有一定的治疗意义。
肿瘤细胞的免疫逃逸
有些癌细胞会改变表面的MHC-I表达，以逃避被NK细胞识别；有些会释放抑制因子，阻止NK细胞杀伤；还有些会在免疫系统发动攻击时隐藏起来，避免被发现。这些逃逸机制对癌症的发展起到了推波助澜的作用
细胞免疫过继治疗
为了能够更好地利用NK细胞的杀伤能力来对抗肿瘤，科学家也放眼于免疫过继疗法，NK细胞过继免疫疗法是指将体外激活扩增的NK 细胞回输到肿瘤患者体内，从而能够发挥直接或间接的肿瘤杀伤作用，在抗肿瘤治疗中发挥着越来越重要的作用，主要包括自体和同种异体 NK细胞过继免疫治疗。临床使用 NK 细胞过继免疫治疗安全、无毒副作用，在血液肿瘤和实体瘤均有广泛应用。
免疫疗法已经成为肿瘤治疗的一个新领域。其中一种方法是通过增强NK细胞的活性，让它们更加强大；另一种方法是使用CAR-NK细胞疗法，即将具有特定抗原识别能力的受体导入到NK细胞中，使其能更有效地攻击肿瘤细胞。目前已有多项血液系统肿瘤和实体肿瘤的临床治疗试验正在进行。
近年来，如何维持肿瘤微环境中的免疫细胞活性始终是肿瘤免疫治疗领域热点问题。随着研究的深入，自然杀伤细胞在肿瘤免疫治疗中的作用正在被逐步阐明。
NK细胞在固有免疫应答和适应性免疫应答中都发挥关键作用，具有多种细胞毒作用机制， 并能够通过产生细胞因子调节免疫反应。
那么， NK细胞是如何与肿瘤细胞进行战斗的？
NK免疫细胞简介
NK细胞全名“自然杀伤细胞”（Natural Killer cells），是免疫系统中的一类特殊细胞。与其他免疫细胞不同，可选择性地溶解细胞，而无需事先活化，它们天生就能进行杀伤作用。
NK细胞最早于20世纪70年代被发现，得名于其自然杀伤（Natural Killing）能力。NK细胞属于天然淋巴细胞（ILC），天然淋巴细胞作为天然免疫系统的一部分，其主要功能是监测和清除异常细胞，包括病毒感染细胞、突变细胞和癌细胞等。NK细胞在抵抗感染、控制肿瘤的发展和维持免疫平衡中扮演着重要角色。
NK细胞的识别和杀伤机制
NK细胞可谓是免疫系统的杀手锏，它们可以通过多种方式来识别和攻击异常细胞，其中最为重要的特点是不需要识别特定抗原，而是通过识别细胞表面的一系列标志来判断目标细胞的状态。它们具有多种方式来识别并摧毁异常细胞。
(一)识别机制
“身份核验”——缺失MHC-I：
我们都知道，正常细胞表面都会展示MHC-I分子，以防止免疫系统攻击。然而，癌细胞有时会偷偷摸摸地减少或丢失MHC-I的表达，试图躲过免疫监测。不过，机智的NK细胞可不会被蒙蔽，它们正是通过识别缺乏MHC-I的细胞，锁定并攻击癌细胞。
“一键激活”——激活受体和抑制受体：
NK细胞表面有许多激活受体和抑制受体。当它们与目标细胞接触时，激活受体可能会被激活，而抑制受体则可能被抑制。这种平衡决定了NK细胞是否对目标细胞发起杀伤行动。癌细胞通常表现较差，从而使得NK细胞更容易发挥杀伤作用。
（二）杀伤机制
“穿孔投酶”——释放穿孔素/颗粒酶：
一旦NK细胞确认目标细胞是肿瘤细胞，它们会释放细胞毒素和穿孔蛋白等杀伤性物质，直接破坏癌细胞的细胞膜，，穿孔素直接在靶细胞膜上形成跨膜通道，增加细胞膜通透性，释放颗粒酶引起靶细胞裂解,从而让肿瘤细胞凋亡。
“自毁开关”——死亡配体途径:
NK 细胞通常表达 3 种死亡配体: Fas 配体( FasL) 、TNF 配体和 TNF 相关凋亡诱导配体(TRAIL) ，通过与肿瘤细胞表面相应死亡受体结合引起细胞凋亡。
“旁分泌作用”——细胞因子途径：
NK细胞能分泌多种细胞因子，如干扰素 γ( IFN-γ) 、肿瘤坏死因子 α ( TNF-α) 、白细胞介素-2 ( IL-2) 等。（IFN-γ 能抑制肿瘤细胞增殖，阻断肿瘤血管形成以及上调细胞 MHC 分子表达来刺激抗原提呈等; TNF-α 活化靶细胞核酸内切酶，降解DNA，引起程序性细胞死亡; IL-2 刺 激 NK 细 胞 增 殖，增 强 其 杀 伤 活 性）
直接杀伤——ADCC 途径:
NK 细胞表达的 CD16 与靶细胞的 IgG Fc 段结合，通过信号传导使其活化，进而杀伤靶细胞。IL-2 和 IFN-γ 明显增强 NK 细胞的 ADCC 作用，而后表达 Fas 通过死亡配体机制诱导细胞凋亡。【NK细胞是抗体依赖细胞介导的细胞毒作用 （antibdy-dependent cell-mediated cyttxicity, ADCC）的主要效应细胞，对清除肿瘤细胞、控制细菌和病毒感染具有重要作用】
NK细胞的临床研究
科研人员进行了大量的研究，证实NK细胞具备杀伤癌细胞的能力。2023年4月《实用肿瘤学杂志》发布了一篇关于NK细胞联合PD-1单抗杀伤结直肠癌细胞的研究。
研究方法：通过体外诱导外周血单个核细胞的方法培养NK细胞，CCK-8法检测 NK细胞及PD-1单抗 +NK细胞杀伤五种结直肠癌细胞系LOVO、Cac-2、HT- 29、HT-115 和HRT-18的效率及效靶比，通过统计比较两种效应组对结直肠癌细胞系的杀伤效果。
研究结果显示：NK 细胞对五种靶细胞的杀伤效率差异显著（P ＜0． 01）；NK细胞对同一种靶细胞的杀伤效率在不同效靶比时差异显著（P＜ 0． 05）；PD-1 单抗与NK细胞联合应用对 Cac－2（效靶比 2∶ 1）、HT－29（效靶比5:1和10:1）以及HT-115（效靶比0.1:1和 0.5:1）细胞系的杀伤效率与单独NK细胞相比差异显著（P＜ 0.05），其余各组间差异均无统计学意义（P＞ 0.05）。
研究结论：应用NK细胞过继回输治疗结直肠癌时，将效靶比控制在2∶1时可能是一个安全且治疗效果最好的比例；NK细胞对结直肠癌的杀伤效率与其分化程度无关；PD-1 单抗可以联合NK细胞过继性回输治疗结直肠癌且有一定的治疗意义。
肿瘤细胞的免疫逃逸
有些癌细胞会改变表面的MHC-I表达，以逃避被NK细胞识别；有些会释放抑制因子，阻止NK细胞杀伤；还有些会在免疫系统发动攻击时隐藏起来，避免被发现。这些逃逸机制对癌症的发展起到了推波助澜的作用
细胞免疫过继治疗
为了能够更好地利用NK细胞的杀伤能力来对抗肿瘤，科学家也放眼于免疫过继疗法，NK细胞过继免疫疗法是指将体外激活扩增的NK 细胞回输到肿瘤患者体内，从而能够发挥直接或间接的肿瘤杀伤作用，在抗肿瘤治疗中发挥着越来越重要的作用，主要包括自体和同种异体 NK细胞过继免疫治疗。临床使用 NK 细胞过继免疫治疗安全、无毒副作用，在血液肿瘤和实体瘤均有广泛应用。
免疫疗法已经成为肿瘤治疗的一个新领域。其中一种方法是通过增强NK细胞的活性，让它们更加强大；另一种方法是使用CAR-NK细胞疗法，即将具有特定抗原识别能力的受体导入到NK细胞中，使其能更有效地攻击肿瘤细胞。目前已有多项血液系统肿瘤和实体肿瘤的临床治疗试验正在进行。
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