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异基因造血干细胞移植中同种异体NK细胞的临床应用及研究进展

2011-12-09薛同圆何颖芝张佳佳张轩煜忻勇杰综述李玉华审校

医学综述 2011年15期
关键词:供者异体受者

薛同圆,何颖芝,陆 艺,张佳佳,张轩煜,忻勇杰(综述),李玉华※(审校)

(1.南方医科大学第二临床医学院,广州 510515;2.南方医科大学珠江医院血液科,广州 510282;3.南方医科大学公共卫生与热带医学学院,广州 510515)

急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)是成人白血病的主要类型。AML患者化疗或移植后体内仍残存少量白血病干细胞,成为复发的根源。而近年来已有研究证明,同种异体自然杀伤(natural killer,NK)细胞输注治疗能有效降低AML患者的复发率,并提高其生存质量,这使同种异体NK细胞成为国内外近来研究的热点。在异基因造血干细胞移植(allo-hematopoietic stem cell transplantation,allo-HSCT)中,通过杀伤细胞免疫球蛋白样受体(killer cell immunoglobulin-like receptor,KIR)-人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)错配原理,促使供者NK细胞产生对受者细胞的同种异体反应性,并介导对白血病干细胞的杀伤作用。这将指导造血干细胞合适配型供者的选择以及淋巴输注治疗,降低移植后微小残留病的复发,提高长期生存率,为改善AML患者生存质量带来曙光。

1 KIR的结构及KIR与HLAⅠ类分子的结合

KIR基因位于染色体19q13.4,它含有2 个(KIR2D)或3个(KIR3D)胞外 Ig样结构域。形态上,可分为介导活化性信号的短(S)胞质内尾端(KIR2DS和 KIR3DS)和介导抑制性信号的长(L)胞质内尾端 (KIR2DL 和 KIR3DL)[1]。目前KIR基因家族包括19个基因型,其中抑制型为KIR2DL1-3、KIR3DL1-3,活化型为 KIR2DS1-5、KIR3DS1 和KIR2DL4[2]。L 型胞质区含有1~2个免疫受体酪氨酸抑制基序,可趋化SHP-1,介导抑制性信号;S型胞质区不含免疫受体酪氨酸抑制基序,其跨膜区含带正电荷的天冬氨酸残基,可以结合凋亡相关蛋白,介导活化性信号[3]。

KIR可与多种HLAⅠ类分子结合。HLA-C被KIR2DL1、KIR2DL2和 KIR2DL3识别,HLA-B被KIR3DL1识别,HLA-A被 KIR3DL识别,HLA-G被KIR2DL4识别[4]。其中最主要的配体为 HLA-C位点编码的分子。KIR2DL2/3识别C1表位,KIR2DL1识别C2表位[5]。类似HLA-B位点编码的所有分子中,仅Bw4表位是KIR3DL1的配体。

2 allo-HSCT中NK细胞的同种异体反应性

在allo-HSCT中,如果受者细胞不表达供者HLAⅠ类分子,则供者NK细胞的杀伤作用不能被抑制,它们就可能通过KIR-HLA错配来促使其产生对受者细胞的同种异体反应性,并介导靶细胞(肿瘤细胞、病毒感染细胞等)的杀伤作用[6]。其中,同种异体NK细胞介导移植物抗白血病(graft-versus-leukemia,GvL)效应,并降低移植物抗宿主病(graft-versushost disease,GvHD)发生率。

研究发现,在allo-HSCT中,供者同种异体NK细胞清除受者白血病细胞,即GvL效应[7]。对此可能的解释是HLA错配移植时,灌注大量(比HLA配型移植时多5~20倍)CD34+造血干细胞,可能会提供一个供者类型主导的骨髓微环境。在这种条件下,受者 NK 细胞被“许可/驯化”[8](licensed/educated,即指成熟期NK细胞识别自身HLAⅠ类分子以获得全部效应功能),这将最终导致供、受者NK细胞都具有同种异体反应性,特异性杀伤受者靶细胞(“missingself”识别)。这不仅永久清除了受者淋巴造血细胞,也立即破坏/清除了骨髓基质细胞[9]。因此,NK细胞在骨髓微环境中成熟。体外实验证实,同种异体NK细胞可在allo-HSCT中介导GvL效应,特异性杀伤AML细胞,从而控制其恶化[10]。

同时,同种异体NK细胞也可以清除抗原递呈细胞,使抗原无法递呈给T细胞,从而降低GvHD的发生率。Ruggeri等[11]获得小鼠体内的直接证据指出,输注同种异体NK细胞并不能引发GvHD,而输注同种异体T细胞则能引起严重的GvHD,导致对小鼠组织细胞的杀伤。Willemze等[12]证明了GvHD方向的KIR错配严重减少了疾病恶化概率,并提高了白血病患者(尤其是AML患者)生存率。

同种异体NK细胞通过杀伤受者白血病细胞(GvL效应)改善移植物植入性,通过清除受者抗原递呈细胞降低GvHD的发生率。因此,与同种异体T细胞不同,在allo-HSCT中同种异体NK细胞介导的GvL效应和降低的GvHD发生率使其特别适合移植。

3 allo-HSCT中同种异体NK细胞的临床应用

3.1 选择最佳同种异体NK细胞供者 体内研究、鼠类模型和临床试验的联合证据指出,NK细胞介导异源性反应需要任意一种KIR配体(C1、C2、Bw4)GvHD 方向错配的“missing-self”识别[12]。在 allo-HSCT时,同种异体 NK细胞供者应以 HLA分型(HLA-C1型、HLA-C2型、HLA-Bw4型)为选择的基础,受者至少不能表达供者KIR配体的一个等位基因组。并且供者范围的寻找也正不断扩大,从家族直系亲属(父母和同胞)至其他成员,寻找合适供者的可能性超过60%[13-15]。

然而,近来研究已经对这种“missing-self”识别机制作出细微改良。在一个KIR3DL1-Bw4相互作用的研究中,Moretta等[16]已经表明,KIR受体、配体的多态性都影响抑制性相互作用的有效性,从而影响抑制性信号,当KIR3DL1识别HLA-Bw4等位基因大量位点(除B*1301、1302)和一些Bw4阳性的HLA-A等位基因(A*2301、2402、3201)产生强烈的抑制性信号时,其他等位基因仅提供微弱的抑制性信号,如HLA-B*1301和 HLA-A* 2501。同时,表达KIR3DL1的NK细胞克隆频率也因此受到影响[14]。

综上所述,最佳供者的选择基于NK细胞同种异体反应性程度的评估。近来研究表明,KIR受体、配体的多态性通过影响抑制性相互作用,而影响抑制性信号和表达KIR不同亚型的NK细胞克隆频率。大量供者NK细胞克隆和对受者靶细胞的细胞毒作用检测,可以发现最佳同种异体NK细胞供者[15]。

3.2 同种异体NK细胞治疗白血病 Moretta等[16]研究表明,对抗白血病细胞的同种异体反应性由抑制性和活化性KIR传递的整合信号调节。近年来研究表明[17,18],C1、C2 表位和它们的 KIR2DL 抑制性受体相互作用,KIR2DL1特异性识别 C2表位,KIR2DL2/3特异性识别C1表位。为此,研究者作了以下对比试验[19]:①KIR2DL1+同种异体NK细胞杀伤C1/C1+白血病细胞,而不杀伤C2/C2+白血病细胞。②KIR2DL1+和KIR2DL2/3+共表达的同种异体NK细胞对C1/C1+和C2/C2+白血病细胞都不杀伤。③KIR2DL2/3+同种异体NK细胞微弱杀伤C2/C2+白血病细胞,而不杀伤C1/C1+白血病细胞。④KIR2DL2/3+NK细胞只要共表达KIR2DS1,就能杀伤C2/C2+白血病细胞,而不杀伤C1/C1+白血病细胞。在C1错配的allo-HSCT中,KIR2DL2/3+NK细胞微弱杀伤C2/C2+白血病细胞。这说明了KIR2D2/3不仅识别C1表位,也能微弱识别C2表位。

Chewning等[20]报道,缺失 KIR2DS1供者的 NK细胞中,对C2表位“missing-self”的同种异体反应性应答很少发现。这表明KIR2DS1能识别C2表位并作为活化性受体杀伤靶细胞。在C1错配(同种异体NK细胞亚群为KIR2DL2/3+)的allo-HSCT中,接受KIR2DS1+供者半相合allo-HSCT的4例患者都得以存活并处于完全缓和状态。然而,接受缺失KIR2DS1供者半相合allo-HSCT的4例患者中有3例发生致命恶化[18]。这些数据强有力的支持了KIR2DS1介导白血病细胞杀伤的大量临床试验。

然而,另一些研究表明,KIR2DL2/3+同种异体NK细胞亚群极为稀少,仅见于C1纯合的个体中(该个体缺少C2表位)[9]。但是,由于受者的HLAⅠ类分子必包含C1表位,使得C1纯合的供者NK细胞无法具有对受者细胞的同种异体反应性,因而无法识别“missing-self”,更不能杀伤靶细胞。然而,拥有所有三种KIR配体(HLA-C1、C2和Bw4)的受者,也许会从C1纯合的KIR2DS1+同种异体NK细胞供者的半相合移植中受益[21]。但这种可能性还需要深入研究,因为它对成人AML半相合移植并不适用。在分析供者NK细胞对抗缺失C1表位靶细胞(PHA母细胞或AML细胞)的同种异体反应性时,同种异体NK细胞克隆频率在KIR2DS1-negative和KIR2DS1-positive供者中无显著性差异,且它们的杀伤效率一致。

抑制性作用有赖于NK细胞/靶细胞相互作用产生的活化信号强度。由于KIR2DL2/3与C2表位的低亲和性而产生微弱的抑制作用,使其仅微弱杀伤靶细胞。而在KIR2DS1与C2表位强活化信号的同时作用下,同种异体NK细胞即高效杀伤靶细胞。

AML是成人白血病的主要类型,近年来研究也表明[22],同种异体 NK细胞输注治疗能有效降低AML患者的复发率并提高其生存质量。牛新清[23]研究发现,人AML细胞株KGlA可能是研究白血病干细胞很好的细胞模型,因为这些KGlA细胞表达CD34而不表达CD38。并且,其通过流式细胞仪检测得出KG1A细胞表面存在的主要为KIR2DL1配体,推测KIR2DL1可能为NK表面导致其对KG1A低杀伤的主要抑制性受体,但国内尚未有研究证明。

4 结语

增强机体免疫细胞杀伤白血病效应成为研究的热点。而NK细胞是机体天然免疫的主要承担者,具有天然杀伤肿瘤细胞的能力。通过KIR-HLA错配原理,增强NK细胞杀伤白血病细胞效应,有助于选择同种异体反应性造血干细胞移植供者的合适配型,更好地发挥NK细胞天然免疫的能力,降低白血病的瘤负荷,减少复发概率,改善预后和患者的生存质量。

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