Естественные киллеры или NK-клетки — это большие гранулярные лимфоциты, являющиеся частью врожденного (неспецифического) иммунитета, поскольку, в отличие от Т- и В-лимфоцитов, на их поверхности отсутствуют антиген-специфические рецепторы. Естественные киллеры составляют 5-10% от общего количества лимфоцитов в крови человека. Они играют важную роль в защите организма от вирусных инфекций и является неотъемлемой составляющей противоопухолевого иммунитета.

Эти клетки проявляют цитотоксическое действие, путем высвобождения из цитоплазматических гранул белков перфорин и гранзимив, заставляющие клетку-мишень умирать путем апоптоза. Название «природные» означает, что они не требуют предварительной активации, для того чтобы уничтожить опасную для организма клетку.

История открытия

Открытие NK-клеток в 1976 году было частично случайным. Иммунологи проводили опыт по измерению противораковой активности лимфоцитов мышей. Животные предворительно имунизувались соответствующим типом злокачественно трансформированных клеток, как негативный контроль использовались лимфоциты из здоровых мышей и мышей, иммунизированных другим типом раковых клеток. К большому удивлению исследователей, контрольные лимфоциты проявляли хорошо выраженную противораковой активностью, осуществляя лизис перерождающихся клеток. Позже было выяснено, что это отвечали большие гранулярные лимфоцты, то есть естественные киллеры.

Для того чтобы выяснить, каким образом NK-клетки распознают свои мишени, ученые использовали модель отторжения трансплантатов костного мозга у мышей. Полученные данные позволили сформулировать гипотезу «отсутствующего я» (англ. Missing self), согласно которой естественные киллеры убивают все клетки, на поверхности которых отсутствуют эндогенные молекулы главного комплекса гистосовместимости класса И. Сейчас известно, что в регуляции активности NK-клеток действительно участвуют молекулы MHC класса I, но также задействованы и другие факторы.

Поверхностные детерминанты естественных киллеров

От других лимфоцитов человека естественные киллеры можно отличить по наличию на их мембране антигена CD56 (изоформы молекулы адгезии нервных клеток (англ. Neural cell adhesion molecule, NCAM) массой 140кДа) и отсутствием CD3, характерного для Т-лимфоцитов. Однако CD56 присутствует также на небольшой части Т-клеток. Также было выяснено, что эта детерминанта вообще отсутствует на NK-клетках мышей.

В 2007 году было предложено использовать маркер NKp46 (NK-активирующий рецептор) для выделения естественных киллеров из крови любого вида. Однако эта молекула была обнаружена также и на поверхности небольшого количества Т-цитотоксических клеток, более того, часть CD3- / CD56 + клетки не экспрессировали на мембране NKp46. Определение точного поверхностного фенотипа естественных киллеров, которое бы дозолило получать чистые поплуяции этих клеток продолжается.

Созревание естественных киллеров

Все лимфоциты развиваются из общих клетки-предшественников лимфоидного ряда, в свою очередь образуются из гемопоэтических стволовых клеток в костном мозге. Соответственно, в костном мозге имеются все промежуточные стадии развития В-лимфоцитов, и часть — Т-лимфоцитов. Остальные незрелых Т-клеток была выделена из тимуса, где они завершают свое развитие. Однако, промежуточные стадии созревания NK-клеток не были найдены ни в костном мозге, ни в тимусе.

На видимину от других лимфоцитов природные киллеры завершают свое развитие во вторичных лимфоидных органах (лимфатических узлах и миндалинах). Субпопуляция CD34 + / CD45RA + клеток-предшественников лимфоидного ряда (pro-NK-клетки) из костного мозга попадает в кровоток, и транспортируется к вторичным лимфоидных органов. В лимфатических узлах pro-NK-клетки выходят в парафолликулярными пространство, где происходит их дальнейшее созревание. Для развития этих клеток необходимо наличие в микроокружение интерлейкина 15 (ИЛ-15), который синтезируется некоторыми дендритных клеток. Промежуточными стадиями развития NK-клеток во вторичных лимфоидных органах является pro-NK, pre-NK, iNK (от англ. Immature) и CD56 bright NK (от англ. Bright — яркий). Последние отмечаются очень высоким уровнем экспрессии поврехневого белка CD56, взаимодействие которого с рецептором к фактору роста фибробластов-1, необходимой для завершения развития естественных киллеров. Зрелые NK-клетки, CD56 dim NK (от англ. Dim — тусклый), выходят в лимфу, с которой впоследствии попадают в кровь. Часть CD56 bright NK-клеток остается во вторичных лимфоидных органах, для регуляции функционирования некоторых клеток иммунной системы.

Созревание естественных киллеров во вторичных лимфоидных органах
Стадия созревания pre-NK pro-NK iNK CD56 bright CD56 dim (зрелые естественные киллеры)
Экспрессия поврехневих детерминант CD34 + CD45RA + CD10 + CD117- CD161- CD34 + CD45RA + CD10- CD117 + CD161 +/- CD34- CD117 + CD161 + NKp46- CD94 / NKG2A- CD171 +/- NKp46 + CD94 / NKG2A + CD16- KIR +/- CD171- NKp46 + CD94 / NKG2A +/- CD16 + KIR +
Место Образуются в костном мозге и мигрируют во вторичные лимфоидные органы Вторичные лимфоидные органы Вторичные лимфоидные органы Вторичные лимфоидные органы Выходят в лимфу и возвращаются в кровоток

Функции естественных киллеров

Естественные киллеры является частью врожденного иммунитета, они задействованы в ранней ответы против вирусных инфекций и внутриклеточных бактерий. По сравнению с клетками специфического иммунитета (Т- и В-лимфоцитами) они имеют то преимущество, что не требуют долгой активации. Пик их активности приходится на 3-й день после начала инфекции, тогда как для цитотоксических Т-лимфоцитов он наступает аж на 7-й день. Кроме того NK-клетки дополняют действие Т-цитотоксических клеток, уничтожая недоступны для них клетки с уменьшенной или отсутствующей экспрессией белков главного комплекса гистосовместимости. Наконец, естественные киллеры, могут еще и регулировать иммунный ответ производя различные цитокины, в частности интерферон-γ. Тяжелые последствия недостатка естественных киллеров в организме человека могут быть проиллюстрированы на примере синдрома Чедиак-Хигаси. Вследствие дисфункции NK-клеток и нейтрофилов больные страдают от повышенной склонности к инфекциям и развития лейкимии и лимфом.

Функции, которые выполняют естественные киллеры можно разделить на два основных типа: продуцирования цитокинов, регулирующих работу других клеток иммунной системы, и непосредственное уничтожение поврежденных клеток, происходит при участии перфорин / гранзимив или рецепторов смерти.

Образование интерферона-γ

Часть субпопуляции CD56 bright NK-клеток остается во вторичных лимфоидных органах, там они находятся в непосредственной близости к Т-гелперив и многих антиген-презентуя клеток. Эти клетки могут влиять друг на друга, синтезируя различные наборы цитокинов. Естественные киллеры частности выделяют интерферон-γ (ИФН-γ), который может выполнять следующие функции:

  • стимулирует Т-гелперы 1 (отвечают за запуск клеточного иммунитета)
  • активирует антиген-презентуя клетки и способствует увеличению экспрессии MHC класса I;
  • активирует уничтожения макрофагами облигатных внутриклеточных паразитов;
  • подавляет пролиферацию зараженных вирусами и раковых клеток.

Для того, чтобы природный киллер начал синтезировать ИФН-γ он должен получить два сигнала, один из которых всегда является интерлейкин 12 (ИЛ-12), а другим может быть ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-15, ИЛ-18 или сигнал от рецепторов активации NK-клеток, таких как CD16 (FcγRIIIa) или NKG2D. Все вышеуказанные цитокины могут синтезироваться моноцитами, макрофагами и / и дендритные клетки. Выработка интерферона-γ и других провоспалительных цитокинов и хемокинов естественными киллерами начинается через несколько минут после их стимуляции, отличает их от Т-лимфоцитов, которые требуют длительной активации.

Провоспалительные цитокины, выделяемые NK-клетками не только активируют другие клетки иммунной системы, а также и стимулируют их к секреции ИЛ-10 и трансформирующего фактора роста-β, которые в свою очередь подавляют сами NK-клетки. Таким образом эта система регулируется на основе отрицательной обратной связи.

Антитело-зависимая клеточная цитотоксичность

Зрелые естественные киллеры, циркулирующих в крови, имеют значительно более высокую способность к цитолитической действия, чем CD56 bright NK-клетки, которые остаются в лимфатических узлах. Также зрелые NK-клетки имеют более низкий уровень экспрессии CD56, зато на их мембране в большем количестве имеется маркер CD16. CD16 — это низькоафинний Fcγ рецептор Ша, что присоединяется к костантного домена антител иммобилизованных на поверхности клетки. Присоединение FcγIIIA к антитела приводит к дегрануляции природного киллера, в результате чего происходит перфорин-зависимый лизис клетки-мишени. Такое действие называется антитело-зависимой клеточной цитотоксичности (англ. Antibody-dependent cellular cytotoxicity).

Антитело-зависимая клеточная цитотоксичность наблюдалась после введения больным раком препаратов на основе моноклональных антител: трастузумаб (англ. Trastuzumab) и ритуксимаб (англ. Rituximab). После присоединения антител к злокачественным клеткам, последние разрушались в основном естественными киллерами. В осуществлении антитело-зависимой клеточной цитотоксичности могут участвовать и другие клетки неспецифической иммунной системы (нейтрофилы, эозинофилы, макрофаги, моноциты).

Активация естественных киллеров независимая от антител

Естественные киллеры могут осуществлять лизис клеток-мишеней даже без участия антител. Поскольку они не имеют на своей поверхности антиген-специфических рецепторов, механизм по которому NK-клетки распознают свои мишени некоторое время оставался непонятным. Первой гипотезе, которая объясняла такое распознавания, была гипотеза «отсутствующего я» (англ. Missing self). Она утверждала, что природный киллер будет убивать любую клетку, на поверхности которого нет достаточного количества эндогенных молекул MHC класса I. Позже было выяснено, что эта гипотеза была слишком упрощенной, на самом деле NK-клетки содержат большое количество рецепторов активации и ингибирования, сигналы от которых участвуют в регуляции цитотоксической активности NK-клеток.

Ингибирующие рецепторы естественных киллеров

К ингибирующих рецепторов естественных киллеров относятся:

  • Несколько типов KIR (англ. Killer immunoglobulin-like receptor), распознающие классические молекулы MHC класса Ia (HLA-A, HLA-B и HLA-C);
  • Гетеродимерний рецептор CD94 / NKG2A, что взаимодействует с неклассическими молекулами MHC класса Ib (HLA-E).

Ингибиторные сигналы, поступающие от этих рецепторов после их взаимодействия с эндогенными молекулами главного комплекса гистосумиснотси способны подавлять любой активирующий сигнал.

В геноме человека существует несколько десятков генов, кодирующих различные молекулы KIR, и каждая NK-клетки экспрессируют только часть из них. Определение правильного набора ингибиторных рецепторов, которые будут распознавать именно собственные эндогенные молекулы MHC данного организма, происходит в процессе «образования» естественных киллеров.

Во многих инфицированных вирусами и злокачественно перерождающихся клеток уровень экспрессии MHC класса I резко снижается (таким образом они могут избежать цитотоксического действия Т-лимфоцитов), эти клетки могут стать мишенями для NK-клеток.

Активирующие рецепторы естественных киллеров

Цитотоксическое действие естественных киллеров зависит от динамического равновесия между ингибиторной и активирующими рецепторами. Для лизиса клетки-мишени недостаточно одной только видсунтности подавляющего сигнала, необходимо также наличие активирующего, который может поступать от одного из следующих рецепторов:

  • NKG2D
  • NCR
  • нектин и нектин-образные рецепторы
  • NKp80 и некоторых других.

Лучше охарактеризован рецептор NKG2D, распознающий по крайней мере шесть различных лигандов (три из них является трансмембранными белками (MICA, MICB и ULBP-4), еще три — гилкофосфатидилинозитол-заякорена (например ULPB-4)). Эти лиганды отсутствуют на поверхности нормальных клеток организма, а появляются в случае генотоксического или клеточного стресса, возникающего, например, при заражении вирусом или злокачественном перерождении.

Механизм цитотоксического действия

Естественные киллеры могут проявлять цитотоксичность одним из двух путей:

  • Большинство NK-клеток имеют своей поврехни белок FasL, который при активации присоединяется к рецептору смерти Fas на поверхности клетки-мишени и таким образом активирует в ней апоптоз;
  • Естественные киллеры содержат гранулы заполненные белками перфорин и гранзимамы, при активации происходит дегрануляция клеток. При этом перфорины встраиваются в мембрану мишени и образуют каналы, это само по себе может вызвать осмотическое лизис клетки. Кроме того, через эти каналы в цитоплазму клетки могут попадать протеазы гранзимы, которые запускают каскад реаций активации апоптоза.

Видео по теме

Изображения по теме

  • Естественные киллеры