Есте́ственные ки́ллеры , также натура́льные ки́ллеры , NK-кле́тки ( англ. Natural killer cells, NK cells ), — тип цитотоксических лимфоцитов , участвующих в функционировании врождённого иммунитета . Функционально NK-клетки аналогичны цитотоксическим T-лимфоцитам ( T-киллерам ) адаптивного иммунитета позвоночных . NK-клетки обеспечивают ответ на заражение внутриклеточными бактериями и вирусами , уничтожая инфицированные клетки , а также принимают участие в работе противоопухолевого иммунитета . В отличие от других иммунных клеток , NK-клетки распознают заражённые клетки без участия главного комплекса гистосовместимости (MHC) на их мембране , а также антител , благодаря чему ответ, опосредуемый NK-клетками, является очень быстрым .

Общая характеристика

NK-клетки являются одной из трёх линий клеток, наряду с T- и B-клетками , которые происходят от общей клетки-предшественника лимфоидных клеток . NK-клетки дифференцируются и созревают в костном мозге , лимфатических узлах , селезёнке , миндалинах и тимусе , откуда они выходят в кровоток . На долю NK-клеток приходится от 5 % до 15 % мононуклеарных клеток в кровотоке и селезёнке. В других лимфоидных органах зрелых NK-клеток немного, но они в больших количествах присутствуют в печени и эндометрии матки . NK-клетки, находящиеся в кровотоке, представляют собой крупные (10—12 мкм в диаметре ) лимфоциты с многочисленными азурофильными гранулами в цитоплазме . Как и другие клетки врождённого иммунитета, NK-клетки не экспрессируют многочисленные рецепторы антигенов , как T- и B-клетки. Вместо этого на поверхности NK-клеток присутствуют рецепторы, позволяющие им узнавать инфицированные клетки без участия MHC, причём гены рецепторов NK-клеток не претерпевают перестроек во время дифференцировки клеток. Среди клеток крови NK-клетки можно отличить по экспрессии гликопротеина CD56 и отсутствию маркера T-клеток CD3 . У человека большая часть NK-клеток, находящихся в крови , также экспрессируют CD16 , благодаря которому они распознают клетки, покрытые антителами .

Выделяют две популяции NK-клеток, которые различаются по функциям и соотношению мембранных маркеров: CD56 ^hi CD16 ^- и CD56 ^lo CD16 ⁺ клетки, где hi и lo обозначают высокий и низкий уровень экспрессии маркера соответственно. NK-клетки, слабо экспрессирующие CD56, преобладают в кровотоке (на их долю приходится от 90 % до 95 % NK-клеток крови), а NK-клетки с высокой экспрессией CD56 преобладают в печени, лимфатических узлах, эндометрии матки и оболочке плода . Клетки популяции CD56 ^lo CD16 ⁺ обладают выраженной цитотоксичностью и мало секретируют цитокины , а клетки популяции CD56 ^hi CD16 ^- , напротив, активно секретируют интерферон γ (INF-γ) и другие цитокины . Показано, что NK-клетки печени могут принимать участие в контроле фиброза печени .

Функции

Главные функции NK-клеток заключаются в уничтожении клеток, заражённых вирусами или внутриклеточными бактериями, а также в продукции INF-γ, который активирует макрофаги и запускает разрушение фагоцитированных ими клеток микроорганизмов . Механизм цитотоксичности NK-клеток напоминает таковой у T-киллеров. Как и T-киллеры, NK-клетки содержат цитоплазматические гранулы, в состав которых входят белки , убивающие клетки-мишени. При активации NK-клеток эти гранулы подвергаются экзоцитозу и высвобождают своё содержимое во внеклеточное пространство вблизи клеток-мишеней. Один из белков, входящих в гранулы NK-клеток, перфорин , облегчает вход в клетку-мишень других белков из гранул, которые называют . Гранзимы представляют собой ферменты из группы сериновых протеаз , которые запускают в клетке-мишени каскад сигнальных путей , в конечном счёте приводящих к гибели инфицированной клетки путём апоптоза . Перфорин является аналогом терминального компонента и полимеризуется в мембране клетки-мишени, образуя поры. Помимо перфорина и гранзимов, гранулы NK-клеток содержат амины ( гистамин , серотонин ), протеогликаны ( хондроитинсульфат , гепарин ), катехоламины ( адреналин , норадреналин ), ферменты ( катепсины , протеазы , кислые фосфатазы ) и некоторые пептидные гормоны . В зрелых гранулах в связанной с липидами форме содержатся .

Убивая заражённые клетки, NK-клетки уничтожают резервуары инфекции в организме. На ранних стадиях вирусной инфекции происходит экспансия (размножение) NK-клеток, их активация под действием интерлейкинов и IL-15 , благодаря чему NK-клетки начинают быстро уничтожать заражённые клетки ещё до того, как активируются T-киллеры. NK-клетки также играют важную роль на поздних стадиях вирусной инфекции, убивая те заражённые клетки, которые избежали уничтожения T-киллерами, снизив экспрессию (MHC-I). NK-клетки могут убивать и злокачественные клетки , которые часто не экспрессируют MHC-I на достаточном уровне, чтобы быть распознанными другими лимфоцитами .

В процессе цитолиза , вызываемом NK-клетками, выделяют несколько стадий. На первой стадии NK-клетка распознаёт клетку-мишень и образует с ней контакт. На второй стадии NK-клетка активируется, и на третьей стадии она запускает сигнальные каскады, которые приводят к гибели клетки-мишени на четвёртой стадии. Контакт между клеткой-мишенью и NK-клеткой является иммунологическим синапсом , причём для установления контакта необходимы ионы магния . При формировании иммунологического синапса происходит взаимодействие молекул адгезии , а затем активирующих и ингибирующих рецепторов NK-клеток с их лигандами на поверхности клетки-мишени. При взаимодействии рецепторов с лигандами происходит активация NK-клеток, в результате которых содержимое гранул NK-клеток попадает в клетку-мишень. После этого этапа предотвратить апоптоз клетки-мишени уже невозможно, даже если разорвать её контакт с NK-клеткой .

INF-γ, продуцируемый NK-клетками, повышает способность макрофагов убивать поглощённые ими бактерии. Такую же роль выполняет и INF-γ, секретируемый T-клетками. Благодаря взаимодействию NK-клеток и макрофагов иммунной системе удаётся сдерживать инфекцию, вызванную внутриклеточной бактерией (например, ) в течение нескольких дней или недель до того момента, пока в борьбу не включатся T-клетки. INF-γ, продуцируемый NK-клетками, находящимися в лимфоузлах, запускает дифференцировку наивных T-клеток в T-хелперы T _H 1. У человека некоторые NK-клетки вовсе не экспрессируют CD16 и не имеют цитотоксических свойств, однако продуцируют большое количество INF-γ. Малое количество NK-клеток повышает уязвимость организма к инфекциям, вызванным вирусами или внутриклеточными бактериями. У мышей , лишённых T-клеток, NK-клетки могут сдерживать развитие таких инфекций в течение некоторого времени, однако без T-клеток животные всё равно умирают .

Хотя NK-клетки принято считать компонентом врождённого иммунитета, они обладают рядом свойств, характерных для клеток адаптивного иммунитета — T- и B-клеток. Так, отдельные популяции NK-клеток могут претерпевать быструю экспансию или сокращение численности, кроме того, NK-клетки образуют особую форму иммунологической памяти , благодаря которой их ответ на повторное вторжение патогена становится более стремительным, чем при первичном контакте . У мышей были описаны NK-клетки памяти, возникшие после заражения мышиным цитомегаловирусом , благодаря которым развивается адаптивный ответ NK-клеток . NK-клетки памяти обнаруживаются в печени, селезёнке, лёгких , почках , лимфоидных органах и кровотоке . У человека в случае инфекций, вызванных такими вирусами, как цитомегаловирус человека, Orthohantavirus , вирус Чикунгунья , ВИЧ , а также при вирусных гепатитах удалось продемонстрировать явление экспансии популяции NK-клеток, несущих активирующий рецептор (KLRC2) . Адаптивные NK-клетки , обладающие этим рецептором, могут использовать его непосредственно для связывания с пептидными антигенами человеческого цитомегаловируса и далее претерпевать активацию, экспансию и дифференцировку, что ранее было описано только у T-клеток .

Рецепторы

Функционирование NK-клеток регулируется балансом сигналов, поступающих от активирующих рецепторов и ингибирующих рецепторов. Эти рецепторы распознают определённые молекулы на поверхности других клеток и запускают активирующий или ингибирующий сигналы, которые активируют NK-клетки или подавляют их соответственно. Активирующие рецепторы стимулируют протеинкиназы , которые фосфорилируют дальнейших участников активирующего сигнального каскада, а ингибирующие рецепторы, напротив, запускают фосфатазы , противодействующие киназам . Активирующие рецепторы распознают лиганды на инфицированных клетках, которые необходимо уничтожить, а ингибирующие рецепторы распознают лиганды на поверхности нормальных клеток, которые не подлежат уничтожению. Конечный итог взаимодействия NK-клетки с другой клетки определяется тем, какой сигнал перевесит — активирующий или ингибирующий. Активирующие и ингибирующие рецепторы, экспрессируемые NK-клетками, весьма разнообразны даже в пределах одного организма, благодаря чему NK-клетки могут распознавать клетки, инфицированные разными патогенами. Гены, кодирующие рецепторы NK-клеток, демонстрируют выраженный , поэтому репертуар рецепторов в одном организме сильно отличается от такового у другого организма .

Цитоплазматические «хвосты» активирующих и ингибирующих рецепторов содержат , которые связаны с активацией или подавлением сигнальных путей, приводящих к секреции цитокинов и активации или подавлению цитотоксичности соответственно. Активирующие рецепторы содержат мотивы , известные как (от англ. immunoreceptor tyrosine-based activation motifs ). ITAMs содержат остатки тирозина , которые фосфорилируются киназами при связывании лиганда с активирующим рецептором. Фосфорилированные ITAMs привлекают к себе другие киназы, которые благодаря этому активируются и фосфорилируют другие белки, что в конечном счёте приводит к запуску цитотоксической программы и секреции цитокинов. ITAMs содержатся в цитоплазматических «хвостах» и других рецепторов иммунных клеток. У некоторых активирующих рецепторов и внеклеточная лиганд-связывающая часть, и ITAMs входят в состав одной полипептидной цепи, а у других ITAMs входят в состав отдельной полипептидной цепи. Ингибирующие рецепторы содержат в цитоплазматической части мотивы (от англ. immunoreceptor tyrosine-based inhibition motifs ). Эти мотивы активируют молекулы, блокирующие сигнальные пути, запускаемые активирующими рецепторами. Когда ингибирующий рецептор связывается с лигандом, то остатки тирозина в составе ITIMs фосфорилируются, что активирует фосфатазы, дефосфорилирующие некоторые сигнальные белки и липиды, фосфорилированные в ходе активирующего каскада. В результате активирующий сигнал блокируется. Как и ITAMs, ITIMs, помимо ингибирующих рецепторов NK-клеток, встречаются в других рецепторах иммунных клеток .

Активирующие рецепторы

Активирующие рецепторы распознают широкий спектр лигандов, некоторые из которых присутствуют и на поверхности нормальных клеток, однако большинство из них уникальны для инфицированных и злокачественных клеток. Одна из многочисленных групп активирующих рецепторов NK-клеток называется от англ. killer cell immunoglobulin-like receptors , поскольку они содержат в своём составе иммуноглобулиновый домен . Другая важная группа активирующих рецепторов относится к числу лектинов типа C и, как все лектины , обладает способностью связывать углеводные фрагменты. Некоторые активирующие рецепторы могут связываться с молекулами MHC-I, что больше свойственно ингибирующим рецепторам, и функциональное значение взаимодействия активирующих рецепторов с MHC-I неизвестно. Активирующий рецептор NKG2D связывает белки, похожие на MHC-I, которые имеются только у инфицированных и злокачественных клеток, но не нормальных клеток. Другой активирующий рецептор NK-клеток, CD16 (также известный как FcγRIIIA), обладает слабым сродством к антителам класса IgG . Благодаря этому рецептору NK-клетки могут взаимодействовать с клетками, покрытыми антителами (этот путь действия NK-клеток называют цитотоксичностью, опосредованной антителами) .

Ингибирующие рецепторы

Большинство NK-клеток экспрессируют ингибирующие рецепторы, которые распознают молекулы MHC-I, присутствующие на поверхности всех нормальных здоровых клеток, имеющих ядро . Чаще всего клетки, инфицированные вирусами или внутриклеточными патогенами, перестают экспрессировать MHC-I. Рецепторы NK-клеток, распознающие MHC-I, фундаментально отличаются от T-клеточных рецепторов, взаимодействующих с MHC-I. Самые многочисленные ингибирующие рецепторы NK-клеток относятся к группе KIRs и распознают широкий спектр молекул MHC I класса. Многие ингибирующие рецепторы являются лектинами (например, гетеродимерный рецептор CD94 /NKG2A). Третьим по многочисленности семейством ингибирующих рецепторов NK-клеток является LIRs (от англ. leucocyte immunoglobulin-like receptors ). Эти рецепторы, как и KIRs, имеют иммуноглобулиновый домен и связываются с молекулами MHC-I, но с меньшим сродством, чем KIRs. LIRs больше экспрессируются B-клетками, чем NK-клетками .

История изучения

NK-клетки стали первыми описанными и наиболее хорошо изученными лимфоидными клетками врождённого иммунитета. Открытие уникальной группы лимфоцитов, имеющих «естественную» или «спонтанную» цитотоксичность (отсюда название «естественные киллеры»), у мышей было сделано Рольфом Кисслингом ( англ. Rolf Kiessling и Хью Проссом ( англ. Hugh Pross ) в 1975 году , а у человека их открыли Хью Просс и Майкл Джондал ( англ. Mikael Jondal ) в том же году . В 1980 году NK-клетки удалось изолировать с помощью и впервые изучить с помощью микроскопии .

Клиническое значение

NK-клетки являются привлекательными объектами для использования в иммунотерапии рака . Некоторые особенности NK-клеток делают их более перспективными в иммунотерапии онкологических заболеваний по сравнению с T-клетками. При введении NK-клеток почти исключается развитие реакции « », кроме того, NK-клетки практически не оказывают цитотоксического действия на нормальные клетки, что снижает вероятность побочных эффектов иммунотерапии. Однако получить NK-клетки в достаточном для терапии количестве очень сложно, что значительно затрудняет их применение в медицинских целях .

Примечания

Литература

• Ярилин А. А. Иммунология. — М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 752 с. — ISBN 978-5-9704-1319-7 .
• Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman, Shiv Pillai. (англ.) . — Philadelphia: Elsevier Saunders, 2015. — ISBN 978-0-323-22275-4 .