Естественные киллеры

Естественные киллеры (англ. natural killer cells, NK-клетки) — это тип лимфоцитов (гранулярных лейкоцитов), являющийся ключевым компонентом врождённой иммунной системы. В отличие от Т- и B-лимфоцитов, обеспечивающих адаптивный (приобретённый) иммунитет, естественные киллеры способны распознавать и уничтожать повреждённые клетки собственного организма (в первую очередь, инфицированные вирусами и опухолевые) без предварительной сенсибилизации и без ограничения по главному комплексу гистосовместимости (MHC). Основной функцией NK-клеток является иммунологический надзор — выявление и элиминация клеток с аномальным фенотипом.

Открытие и история изучения

NK-клетки были открыты в начале 1970-х годов. В 1972 году исследователи Р. Херберман (США), Х. Вагнер и М. Роллингхофф (ФРГ) независимо друг от друга описали популяцию лимфоцитов, проявляющую цитотоксическую активность против опухолевых клеток без предварительной иммунизации. Термин «естественные киллеры» был предложен Херберманом и его коллегами для подчёркивания их природной, не требующей специфического обучения способности к лизису.

В последующие десятилетия были идентифицированы поверхностные маркеры NK-клеток (CD16, CD56 у человека), раскрыты механизмы их активации и торможения (система рецепторов «свой-чужой»), а также обнаружена их роль в регуляции адаптивного иммунитета. Лауреат Нобелевской премии 2011 года Ральф Штайнман внёс вклад в понимание связи NK-клеток с дендритными клетками.

Характеристика и фенотип

У человека NK-клетки составляют 5—15 % циркулирующих лимфоцитов крови. Они присутствуют также в селезёнке, костном мозге, печени, лёгких и лимфатических узлах. Основные поверхностные маркеры:

• CD56 (Neural Cell Adhesion Molecule, NCAM) — основной маркер;
• CD16 (FcγRIII) — рецептор для Fc-фрагмента IgG, обеспечивающий антителозависимую клеточную цитотоксичность (АЗКЦ).

Различают две субпопуляции:

• CD56^dim CD16^bright (ок. 90 %) — зрелые, высокоцитотоксичные клетки, преобладают в крови.
• CD56^bright CD16^dim/– (ок. 10 %) — клетки с высокой продукцией цитокинов (IFN-γ, TNF-α), преимущественно локализованы в тканях.

Механизм действия

NK-клетки используют сложную систему рецепторов, позволяющую отличать здоровые клетки от «своих, но стрессированных» или «чужих». Ключевым принципом является баланс активирующих и ингибирующих сигналов.

Ингибирующие рецепторы

Узнают молекулы главного комплекса гистосовместимости класса I (MHC-I), которые экспрессируются на поверхности всех здоровых ядросодержащих клеток. Основные типы:

• KIR (Killer-cell Immunoglobulin-like Receptors) — у человека;
• CD94/NKG2A (гетеродимерный рецептор).

Если уровень MHC-I на клетке нормален, ингибирующий сигнал преобладает, и NK-клетка не атакует. Снижение или отсутствие MHC-I («missing self») — часто встречающееся при вирусном инфицировании или трансформации — снимает торможение.

Активирующие рецепторы

Распознают лиганды, появляющиеся на клетках при стрессе, инфекции или злокачественном перерождении. Основные активирующие рецепторы:

• NKG2D — связывается с белками MIC-A, MIC-B, ULBPs, индуцируемыми на клетках с повреждённой ДНК (например, при раке);
• DNAM-1;
• NCR (Natural Cytotoxicity Receptors: NKp30, NKp44, NKp46).

При доминировании активирующих сигналов NK-клетка запускает цитотоксический ответ.

Цитотоксические механизмы

NK-клетки уничтожают мишени двумя путями:

1. Высвобождение гранул с перфорином и гранзимами (экзоцитоз). Перфорин образует поры в мембране клетки-мишени, через которые проникают гранзимы — сериновые протеазы, запускающие апоптоз.
2. Fas-лиганд (FasL) — Fas-опосредованный апоптоз. Взаимодействие FasL на NK-клетке с рецептором Fas на мишени активирует каспазный каскад.

Кроме того, NK-клетки продуцируют цитокины (IFN-γ, TNF-α, GM-CSF, IL-5, IL-13), регулирующие активность других иммунных клеток: макрофагов, дендритных клеток и Т-лимфоцитов.

Антителозависимая клеточная цитотоксичность (АЗКЦ)

Реализуется через Fcγ-рецептор CD16. NK-клетка связывается с Fc-фрагментом антител, уже прикреплённых к антигенам на поверхности клетки-мишени, и уничтожает её — это звено связывает врождённый и адаптивный иммунитет.

Роль в иммунной системе

NK-клетки выполняют несколько ключевых функций:

• Противовирусный иммунитет — распознают и элиминируют клетки, инфицированные вирусами (герпесвирусы, цитомегаловирус, ортомиксовирусы и др.), особенно на ранних стадиях, когда адаптивный ответ ещё не сформирован.
• Противоопухолевый надзор — уничтожают клетки с изменённым фенотипом (опухолевые, клетки с повреждением ДНК) и подавляют метастазирование. Пониженная активность NK-клеток связывается с повышенным риском развития некоторых раков.
• Иммунорегуляция — через продукцию цитокинов влияют на дифференцировку дендритных клеток и Т-хелперов; могут взаимодействовать с макрофагами.
• Участие в противоопухолевом иммунитете при трансплантации — LT-клетки могут вызывать отторжение аллотрансплантата или, наоборот, защищать от рецидива лейкоза (эффект «трансплантат против лейкемии» после трансплантации гемопоэтических стволовых клеток).

Клиническое значение

Недостаточность естественных киллеров

Дефекты функции или количества NK-клеток связаны с:

• Синдромом Чедиака — Хигаси — нарушение дегрануляции;
• Синдромом Гриселли (тип 2) — дефицит секреции цитотоксических гранул;
• Тяжёлым комбинированным иммунодефицитом (ТКИН) — отсутствие NK-клеток (например, при мутации гена JAK3, IL2RG);
• Повышением восприимчивости к герпесвирусным инфекциям (особенно цитомегаловирус).

Гиперактивность

Избыточная активация NK-клеток может усугублять течение аутоиммунных заболеваний (ревматоидный артрит, системная красная волчанка, псориаз) и болезней трансплантата против хозяина.

Использование в терапии

• Аллогенная трансплантация гемопоэтических стволовых клеток — NK-клетки донора могут уничтожать лейкемические клетки реципиента и снижать частоту рецидивов (гаплоидентичная трансплантация).
• Адаптивная иммунотерапия — введение донорских NK-клеток (в том числе активированных in vitro с цитокинами — IL-2, IL-15) для лечения лейкозов, лимфом и некоторых солидных опухолей.
• NK-клеточные линии — в стадии разработки, для создания «универсальных» продуктов клеточной терапии.
• Лекарственные препараты — ингибиторы контрольных точек NK-клеток (антитела к рецепторам KIR) и агонисты NKG2D в доклинических и клинических исследованиях.
• CAR-NK — NK-клетки, несущие химерный антигенный рецептор (CAR), способный распознавать специфический белок на опухолевых клетках. Перспективное направление клеточной терапии, разрабатываемое в том числе в России (Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина).

Сравнение с другими лимфоцитами

Источники

• Lanier LL. NK cell recognition. Annual Review of Immunology. 2005;23:225–274.
• Cooper MA, Fehniger TA, Caligiuri MA. The biology of human natural killer-cell subsets. Trends in Immunology. 2001;22(11):633–640.
• Vivier E, Tomasello E, Baratin M, Walzer T, Ugolini S. Functions of natural killer cells. Nature Immunology. 2008;9(5):503–510.
• Caligiuri MA. Human natural killer cells. Blood. 2008;112(3):461–469.
• Biron CA, Nguyen KB, Pien GC, Cousens LP, Salazar-Mather TP. Natural killer cells in antiviral defense: function and regulation by innate cytokines. Annual Review of Immunology. 1999;17:189–220.
• Rodrigues PF, Morgado S, Brown A, et al. Natural killer cell biology and applications in cancer therapy. Bioactive Materials. 2021;6(11):3888–3901.
• Медицинская энциклопедия. Естественные киллеры. — М.: Медицина, 2020.