NK细胞与HIV/SIV感染相关性的研究进展

吴芳新，王 卫，魏 强

(中国医学科学院，北京协和医学院，医学实验动物研究所，卫生部人类疾病比较医学重点实验室，国家中医药管理局人类疾病动物模型三级实验室，北京 100021)

获得性免疫缺陷综合征 (acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)，是由人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)引起的全身性疾病。艾滋病毒对适应性免疫系统的攻击导致其在抗HIV/SIV感染中存在很大程度的局限性［1］。而天然免疫系统是机体抵抗病原体入侵的第一道屏障，在病原体侵入机体的早期阶段，特异性免疫还未被充分激活之前，天然免疫系统在病原体的控制和清除中发挥着重要的作用［2］。自然杀伤细胞(natural killer cell，NK)作为天然免疫系统的主要细胞，其在HIV/SIV感染中抗病毒的免疫机制成为近几年研究热点问题。

以非MHC限制性方式识别杀伤肿瘤或病毒感染靶细胞已成为人们对NK细胞的普遍共识。近年来许多研究表明，NK细胞通过更为复杂的受体配体相互作用机制实现其自身活性调节，发挥免疫功能。感染早期NK细胞被诱导迅速活化扩增，分泌一系列细胞因子，在发挥杀伤作用的同时，对适应性免疫应答的激活也具有一定的促进作用，最终将体内病毒复制控制在较低水平［3］。在 HIV/SIV感染早期，NK细胞所产生的免疫反应与普通病毒感染相似［4］，并没有引起天然免疫或适应性免疫应答动力学的改变［5］。但是随着 HIV/SIV感染后疾病进程的发展，各NK细胞亚群数量比例和组织分布都发生了很大变化，免疫功能受到抑制；而在 HIV感染长期不进展者 (long-term non-progressors，LTNPs)或对SIV具有天然抵抗力的猴体内，NK细胞的亚群数量及功能活性却能保持正常［6］，这些都暗示NK细胞在降低HIV/SIV病毒复制水平以及疾病进程的控制中发挥着重要作用。

1 HIV-1感染中NK细胞亚群变化特征

外周血中，NK细胞大约占单个核细胞的5～15%。根据CD56和CD16表达水平的不同，NK细胞主要分为 CD56dimCD16+、CD56briCD16-以及CD56-CD16+3个亚群［7，8，9］。CD56dimCD16+NK细胞占外周血NK细胞的80～90%，主要通过与靶细胞直接作用或者通过抗体依赖的细胞介导的细胞毒 作 用(antibody dependent cell mediated cytotoxicity，ADCC)发挥杀伤靶细胞功能；CD56briCD16-NK细胞占外周血 NK细胞的2%～10%，激活后分泌大量细胞因子发挥免疫调节功能，其杀伤功能较弱。新近研究认为它可能是 CD56dimCD16+NK细胞亚群的前体［10］，发育成熟度较低；CD56-CD16+NK细胞比例较小，健康人体内不易被检测到，杀伤力较低，是3群中最不成熟的亚群［6］。

许多的研究证据都表明随着HIV的感染，NK细胞数量逐渐减少，同时出现功能缺损。在HIV感染的慢性阶段，NK细胞亚群比例和功能活性都发生了很大的变化［11］。CD56dimCD16+NK细胞数量大量减少，并且细胞毒性杀伤功能显著减弱；与此同时CD56-CD16+NK细胞大量增殖并且在数量上占主导地位，但功能上呈现为杀伤与细胞因子分泌的广泛无反应性；而CD56briCD16-NK细胞数量无明显变化，但细胞因子分泌和免疫调节功能明显降低［12］。功能上无反应性 NK细胞亚群的大量扩增以及细胞毒性 CD56dimCD16+NK细胞的大量减少可能是NK细胞功能缺损的重要原因［13］。此外，有文献推测这3个细胞亚群分别代表NK细胞的不同发育阶段［13］，那么HIV的感染可能影响到NK细胞的发育阶段，阻断了NK细胞正常功能潜能的获得过程，使其停留在幼稚阶段而表现为功能上的失能，但这有待进一步研究。而其免疫调节功能的异常也会影响到适应性免疫功能的正常发挥。所以NK细胞数量减少与功能的受限可能是HIV/SIV感染后期整个免疫系统免疫调节紊乱、免疫功能耗竭，并最终导致AIDS的重要原因之一。高效抗逆转录药物能使外周血中功能异常的CD56-CD16+NK细胞数量下降，但是正常NK细胞的数量以及其功能活性并不能得到完全恢复［14］。

2 SIV/HIV感染对NK细胞组织分布的影响

NK细胞亚群在淋巴结和粘膜相关组织中的分布与其外周血中的分布完全不同。近来许多研究表明，在HIV/SIV感染慢性阶段，不同组织NK细胞亚群呈现重新分布的趋势［16-17］。Brunetta等［15］认为HIV高复制水平与NK细胞亚群在不同组织中的重新分布存在显著相关性，而并不仅仅是外周血中NK细胞总数的减少。

NK细胞通过不同趋化因子受体调节而在外周血和不同组织中呈现不同的分布趋势。SIV感染不仅影响恒河猴NK细胞亚群选择性的增殖，而且会通过改变CCR7的表达干扰NK细胞的迁移途径，同样的现象也出现在 HIV感染者中［18］。正常猴体内CD56+NK细胞表达淋巴结归巢受体CD62L和CCR7，SIV感染诱导恒河猴 CD56+NK细胞和CD16-CD56-NK细胞(DN)表面肠粘膜归巢受体α4β7表达上调，同时淋巴结趋化因子受体CCR7表达下调，使这两群NK细胞的归巢迁移途径由淋巴组织转移入肠粘膜组织［19］。这些 NK细胞表面趋化因子表达的显著变化表明，HIV/SIV的感染可能诱导NK细胞向肠道组织迁移增加，同时减少了其向淋巴结的迁移。这种迁移途径的改变是导致健康猴和SIV感染猴体内NK细胞在不同组织分布差异的重要原因。

由于SIV/HIV首先在肠粘膜组织的CD4+T细胞中复制［20］，而NK细胞活化后除了通过细胞毒作用直接杀伤感染靶细胞，其分泌的IFN-r还可以通过抑制Tat诱导的LTR反式激活作用抵抗HIV的复制［21］。故NK细胞向肠粘膜的归巢迁移的增加可能表明感染初期天然免疫机制在控制病毒复制中所发挥的重要免疫生理作用［22］。此外，NK细胞迁移途径的改变也可能是导致其在外周血中数量与功能的失调的重要原因［23］。

3 HIV-1的复制与NK细胞功能异常的研究

HIV感染急性期 NK细胞数明显增加，但功能异常亚群 CD56-CD16+NK细胞的并无大量增殖［16］。直到慢性感染阶段，NK细胞才开始出现异常［24］。许多研究表明，血浆HIV高病毒血症与NK细胞功能异常之间具有显著地统计学相关性。

在HIV-1感染发展为AIDS时，血浆中 ADCC作用依赖的Env特异性抗体滴度水平很低，且高病毒血症的患者血浆中金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)水平升高，而 MMPs可诱导NK细胞表面CD16分子发生内陷，从而使CD16分子介导ADCC作用不能正常发挥［25］。

此外，也有研究表明 HIV-1病毒包膜蛋白Gp120与 NK细胞表面 α4β7受体直接结合，导致p38丝裂原蛋白激酶 MAPK磷酸化失活，造成 NK细胞杀伤和免疫调节功能降低，同时NK细胞活化异常且易于凋亡［26］。这种相互作用在CD4+T细胞中同样存在，并且 α4β7+CD4+T细胞比 α4β7dim/-CD4+T细胞更易于被 HIV-1有效感染。Gp120与α4β7的特异性结合对HIV-1有效感染活化靶细胞并进行高效复制和扩散具有重要意义［27］。由于外周血NK细胞不表达 CD4分子故不能被 HIV/SIV感染，但Valentin等［28］从HIV-1感染者二级淋巴器官分离出一小群能被 HIV-1有效感染的CD3-CD56+CD16+CD4+的细胞。HIV高水平复制是否可以诱导外周血CD4-NK细胞调节CD4分子的表达，以及Gp120与α4β7的相互作用是否能增加NK细胞对HIV-1的易感性有待进一步研究。

4 NK细胞K IR受体与HIV感染相关性研究

NK细胞功能的发挥依赖于其表面各种受体与相应配体相互作用［29］。免疫球蛋白样受体 KIR是NK细胞表面的主要受体家族之一，主要表达在细胞毒性的CD3-CD56dimCD16+NK细胞亚群表面。不同KIR通过与其特异配体MHC I类分子相结合向NK细胞内部传递活化或抑制信号，调节NK细胞的功能活性［30］。许多研究都表明特定 KIR等位基因与特定HLA I类等位基因的联合表达对HIV-1感染疾病进程具有显著影响［31-33］。通过对 HIV感染长期不进展者LTNPs的大量研究发现，KIR3DL1和KIR3DS受体与其配体的表达水平和相互作用有与HIV感染疾病进程的保护具有显著相关性［34-35］。这也从侧面反映出了 NK细胞在抗 HIV感染中可能发挥的重要作用。

KIR3DS和KIR3DL1是由同一基因座位上的不同等位基因编码的功能不同的同种异型分子［36］。激活性的KIR3DS分子与抑制性的KIR3DL1分子配体都是HLA-Bw4分子，并且该分子氨基酸序列第80位是异亮氨酸(HLA-Bw4-80I)。但正常情况下抑制性信号占主导。这两种等位基因的共表达能增强人对HIV感染的保护，明显延缓AIDS疾病进程［37］。虽然KIR3DS1分子与HLA-Bw4-80I分子的相互作用机制尚不明确，但是KIR3DS+NK细胞能对HIV-1感染的Bw4-80I+CD4+T细胞发挥更强的脱颗粒杀伤作用，从而有效地抑制了Bw4-80I+感染靶细胞内病毒的复制［38］。另有新的证据表明，在HIV-1急性感染期，在HLA-Bw4-80I分子表达的情况下，KIR3DS1+NK细胞优先扩增，并且数量维持在较高水平。此外，在高频暴露于HIV-1却能保持HIV-1阴性的人体内 KIR3DS转录子呈现较高水平，这都说明KIR3DS1可能参与机体抗病毒感染的保护效应［39］，并且 KIR3DS与其配体 HLA-Bw4-80I分子的相互作用能增强 NK细胞对 HIV-1感染和AIDS疾病进程的控制。

KIR3DL1等位基因在不同NK细胞表面呈现出不同的表达水平，并且这与NK细胞的功能潜能相关［40］。在NK细胞发育过程中，高表达KIR3DL1的NK细胞能获得更强的细胞毒性杀伤潜能［32］。抑制型受体KIR3DL1等位基因的高水平表达通过与包括HLA-B57在内的的HLA-Bw4-80I分子结合能明显增强对 AIDS疾病进程的保护［41］。由于 KIR抑制性信号占主导，正常机体内，NK细胞静息状态的维持依赖于 KIR3DL1/Bw4抑制性受体配体的结合，而当病毒感染靶细胞表面的HIL I类分子呈低表达状态时，这种抑制作用被解除，从而使NK细胞发挥更强烈的杀伤效应溶解病毒感染细胞［41］。这也表明在HIV-1感染初期诱导适应性免疫发挥作用之前，高表达KIR3DL1的NK细胞可能在病毒复制的有效地控制中发挥重要作用，为机体抗HIV感染提供较强的免疫保护反应。但是 KIR3DL1/HLABw4-80I在HIV-1感染中的保护作用的具体机制尚不清楚，需要对其功能做进一步研究。

此外，Wong AH等［42］人最新研究中发现在HIV-1感染疾病进展中，随着病毒载量的升高，表达抑制性受体 KIR2DL1或激活性受体 KIR2DS1的NK细胞数量减少而整体 NK细胞的脱颗粒作用显著增强；同时还发现在在活化程度高的CD69+NK细胞上NKp46表达缺失。总之，这些研究都说明了NK细胞表面受体的调控可能在HIV-1发病机制中起着重要作用，对其更为深入的研究可为针对HIV-1感染的免疫治疗带来新的曙光。

5 结语

HIV/SIV感染过程中NK细胞亚群比例及组织分布都呈现出不同程度的变化，高病毒复制水平导致NK细胞毒性杀伤功能和免疫调节功能严重受损。NK细胞表面受体KIR3DL1和KIR3DS与特异配体HLA-Bw4-80I的联合表达能延缓疾病进程，对HIV-1感染具有明显保护作用。这些发现对 NK细胞在抗HIV/SIV病毒感染免疫机制的研究提供了新的思路和方向。此外，最新研究表明，在巨细胞病毒MCMV感染的小鼠模型中NK细胞具有记忆功能［43］。那么，HIV/SIV感染中NK细胞是否也存在记忆功能?HIV/SIV初次感染对超感染的保护效应是否也与NK细胞的记忆功能相关?KIR3DL1与KIR3DS受体是否可能是NK细胞在HIV感染中的特异性受体?对HIV/SIV感染中NK细胞的研究依然任重而道远。

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