抗原递呈细胞与NK细胞之间的cross-talk增强NK细胞的抗肿瘤作用

摘要

研究目的:
　　 恶性肿瘤是一种严重危害人类健康的常见病和多发病，其死亡人数约占世界总死亡人数的四分之一，且呈现逐年递增的趋势。虽然目前用于恶性肿瘤治疗的手段有很多，包括手术、放疗、化疗、内分泌治疗、中医中药治疗、热疗和射频消融治疗等，但他们大多都缺乏特异性和靶向性，不仅杀死肿瘤细胞还破坏正常细胞的功能，导致患者免疫功能严重低下，给患者带来极大的毒副作用。近年来，以机体免疫细胞，如树突状细胞(dendriticcells，DC)、巨噬细胞、自然杀伤(naturalkiller,NK)细胞和细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxicTlymphocytes，CTL)等为主体，以现代免疫学、细胞生物学和分子生物学等前沿科学为基础的细胞免疫治疗，成为21世纪最新的抗癌生物科学技术。通常情况下，细胞免疫治疗以重组、合成或天然制剂（细胞因子，趋化因子，寡核苷酸，Imiquimod和CPG等）作为细胞活化的免疫调节剂，试图激发或重塑机体免疫系统来排斥或摧毁肿瘤细胞，最终实现消灭肿瘤和治愈癌症的目的。
　　 NK细胞是先天免疫系统中不可或缺的一部分，也是连接天然免疫和获得性免疫之间的桥梁。不仅具有强大的抗细菌、病毒和肿瘤的功能，还在移植排斥、超敏反应和自身免疫性疾病中发挥着重要的调节作用。一方面，NK细胞的杀伤作用取决于其细胞表面活化受体和抑制性受体对靶细胞上相应配体的结合，其中NK细胞介导的靶向感染自体细胞的杀伤还可以触发强大的抗原特异性T细胞免疫反应和体液免疫反应。NK细胞还可以通过自身来源的细胞因子Ⅱ型干扰素(interferongamma，IFN-γ)和肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF)，进一步促使初始T细胞向着Th1细胞类型的分化。而且这两种细胞因子还能诱导DC的成熟，促进DC的抗原提成能力，间接调控T细胞介导的获得性免疫应答。此外，NK细胞还能提升另一种抗原提呈细胞(antigen-presentingcell，APC)-巨噬细胞的抗菌效应，促使诱导型一氧化氮合酶(induciblenitricoxidesynthase，iNOS)的产生;NK细胞还能通过分泌白细胞介素-22(interleukin-22，IL-22)，诱导巨噬细胞吞噬溶酶体的融合而起到抑制胞内结核分枝杆菌生长的效应。另一方面，NK细胞的杀伤和增殖还受到细胞因子，诸如IL-2，IL-15，IL-12，IL-18和IL-21等的调控。而这些细胞因子通常是由其它免疫细胞，尤其是活化的APC，所分泌的。因此，相比于其他免疫细胞，NK细胞与APC之间的相互调控关系(cross-talk)，在先天免疫和适应性免疫反应的发展中起着重要的影响，近年来引起了人们极大的兴趣和关注。
　　 Toll样受体(Toll-likereceptors，TLRs)也是天然免疫系统中重要成员，能够泛特异性地识别病原体表面的病原相关分子模式(pathogenassociatedmolecularpatterns，PAMPs)。TLRs家族广泛表达于多种细胞，包括上皮细胞、内皮细胞、间皮细胞、成纤维细胞、中性粒细胞、T淋巴细胞、NK细胞，巨噬细胞和DC。其中，属于TLR9亚家族的、表达于细胞内体的TLR3、TLR7、TLR8和TLR9，不仅能够直接活化多种免疫细胞，尤其是和APC和NK细胞，还能诱导肿瘤细胞的凋亡和杀伤敏感性的增强。因此，TLR9亚家族是APC和NK细胞之间cross-talk启动的桥梁和纽带，而TLR9亚家族的激动剂成为以两种细胞单独或联合应用为基础的细胞免疫治疗的最佳免疫调节剂。
　　 本研究是以TLR3的激动剂PolyI:C，TLR7和（或）TLR8激动剂Imiquimod(R837)、Gardiquimod(GDQ)以及ssRNA40为研究对象，观察它们刺激的APC对NK细胞抗肿瘤作用的影响，进而从细胞因子和细胞与细胞间接触分子两方面着手，深入探讨APC与NK细胞之间的cross-talk。
　　 研究方法:
　　 (1)免疫磁珠分选(MACS)小鼠脾脏NK细胞;(2)淋巴细胞分离液密度梯度离心法分离健康人外周血PBMCs;(3)重组细胞因子体外诱导人PBMCs来源DC;(4)流式细胞术技术检测NK分选效率和巨噬细胞提纯效率，以及小鼠NK细胞、人NKL细胞和PBMCs表面活化分子、胞内杀伤相关分子或细胞因子的表达水平;(5)实时定量PCR方法检测小鼠NK细胞、巨噬细胞、人NKL细胞和PBMCs中活化分子、活化性（或抑制性）受体及细胞因子等的mRNA水平;(6)51Cr释放法和MTT法检测小鼠NK细胞、人NKL细胞或PBMCs对肿瘤细胞的杀伤效应;(7)ELISA方法检测细胞培养上清中细胞因子的分泌水平;(8)RT-PCR方法检测NKL细胞和PBMCs中TLR7和TLR8的基因表达水平;(9)RNA干扰技术阻断小鼠巨噬细胞内TLR3和Qa-1的表达;(10)抗体中和实验阻断小鼠NK细胞中NKG2D的表达或抑制细胞上清中IL-15或IFN的分泌;(11)WesternBlotting技术检测NKL细胞、DC和PBMCs中NF-κB信号通路的活化情况;(12)人HepG2裸鼠肿瘤异种移植模型的建立和治疗;(13)Transwell实验阻断小鼠NK细胞与巨噬细胞的接触，或NKL细胞与DC的接触。
　　 结果:
　　 结果一:PolyhC诱导的巨噬细胞增强小鼠NK细胞的抗肿瘤活性
　　 1、PolyI∶C诱导的巨噬细胞能够增强NK细胞地对肿瘤细胞的杀伤作用，而非活化它的巨噬细胞PolyI∶C处理的巨噬细胞能够明显活化NK细胞，促进NK细胞对肿瘤细胞YAC-1，Hepal-6，MCA-38和H22的杀伤效应，而对PolyI∶C处理的小鼠巨噬细胞，尤其对原代腹腔巨噬细胞不具备杀伤增强效应。
　　 2、NK细胞介导的肿瘤杀伤具有NKG2D依赖性PolyI∶C诱导的巨噬细胞能够通过上调NK细胞表面NKG2D的表达，而增强NK细胞的抗肿瘤活性。
　　 3、PolyI∶C能够诱导巨噬细胞表面NKG2D配体的表达PolyI∶C能够显著上调巨噬细胞表面NKG2D配体RAE-1，H60和MULT-1的表达水平，并且存在着一定的剂量依赖性。
　　 4、PolyI∶C对NKG2D配体的上调作用存在TLR3依赖性si-TLR3作用于巨噬细胞后，PolyI∶C对其表面NKG2D配体的诱导表达能力明显下降。
　　 5、Qa-1保护巨噬细胞免受NK细胞介导的杀伤相比于肿瘤细胞YAC-1，巨噬细胞表面抑制性配体的表达水平明显优于活化性配体，即Qa-1和NKG2A的相互作用能够保护巨噬细胞免受NK细胞的攻击。
　　 6、巨噬细胞对NK细胞的活化作用具有IL-15和IFN-β依赖性PolyI∶C上调巨噬细胞分泌细胞因子的水平，尤其是IL-15和IFN-β。当IL-15和IFN-β的分泌被中和后，NK细胞的活化、细胞因子的分泌和杀伤功能均显著下降。
　　 7、细胞与细胞间分子接触在巨噬细胞对NK细胞的活化过程中起重要作用Transwell培养体系中，NK细胞表面CD69和NKG2D以及胞内IFN-γ的表达水平均有所下降。
　　 结果二:TLR7/TLR8激动剂介导的DC/NKcross-talk对人肝癌的免疫治疗
　　 1、TLR7/TLR8激动剂能够直接活化人NK细胞TLR7激动剂R837，TLR7/8激动剂GDQ和TLR8激动剂ssRNA40能够直接活化人NK细胞系NKL和新鲜分离的人PBMCs中原代NK细胞，尤其是GDQ。
　　 2、TLR7/TLR8激动剂增强NK细胞IFN-γ和TNF-α的分泌能力R837，GDQ和ssRNA40能够上调NKL分泌炎性细胞因子IFN-γ和TNF-α。
　　 3、TLR7/TLR8激动剂诱导NK细胞表面NKG2D和NKp80的表达水平GDQ可以促进NK细胞表面NKG2D的表达水平;三种激动剂均能够诱导NKp80的表达上调。
　　 4、TLR7/TLR8激动剂协同树突状细胞促进NK细胞的活化DC协同激动剂能够更加显著地上调NKL细胞表面CD69和CD25的表达水平、增强NKL细胞对HepG2细胞的杀伤功能、上调胞内杀伤相关基因的表达水平，以及IFN-γ的胞内表达和分泌水，尤其是DC协同GDQ刺激组。
　　 5、GDQ协同DC增强NK细胞的体内抗肿瘤作用以腹腔荷瘤方式建立了HepG2裸鼠异种移植肿瘤模型，用不同刺激的NKL细胞进行治疗。结果表明，TLR7/TLR8激动剂活化的NKL细胞可以明显抑制HepG2肿瘤的体内生长，尤其是GDQ、DC和NKL联用组。
　　 6、TLR7/TLR8激动剂协同NK细胞促进DC的成熟和细胞因子的分泌三种激动剂协同NK能够明显促进DC表面成熟分子CD1a、CD11c、CD83和CD86的表达水平，诱导其Th1类细胞因子IFN-α、IFN-β、IL-12p35、IL-15和IL-18，以及炎性因子IL-6的分泌，而对IL-1β和IL-I0没有影响。
　　 7、DC介导的NK细胞的活化依赖于Ⅰ型干扰素和IL-12的分泌混合培养细胞中IFNR的阻断可以明显削弱NK细胞表面表面CD69和CD25的表达水平、胞内杀伤相关基因的表达水平，以及细胞上清中IFN-γ的分泌水平。与此同时，相比于激动剂或IL-12单独刺激组，激动剂和IL-12的协同刺激能够更加显著地促进NK细胞表面CD69和胞内IFN-γ的表达水平。
　　 8、DC与NK细胞间的分子接触参与了DC介导的NK细胞的活化在Transwell条件下，NK细胞表面CD69的表达水平有所下降，同时，细胞上清中IFN-γ的分泌水平也明显降低。NK细胞与DC之间的活化性受体NKG2D和NKp80及其配体、协同刺激分子CD40-CD40L和LFA-1-ICAM-1、以及趋化因子CCL2和CCL4及其受体可能参与了两种细胞之间的相互调控。
　　 结论及意义:
　　 本研究证实了TLR激动剂介导的APC与NK细胞间的cross-talk能够增强NK细胞的抗肿瘤效应。一方面，TLR3激动剂PolyI∶C刺激的巨噬细胞可以增强小鼠NK细胞的抗肿瘤作用，其机制是:PolyI∶C可以诱导小鼠巨噬细胞NKG2D配体的表达，以及细胞因子IL-15、IL-12和IFN-β等的分泌，从而促进NK细胞的活化和IFN-γ的分泌;而巨噬细胞自身却因为高表达抑制性受体NKG2A的配体Qa-1而免受活化NK的攻击。另一方面，TLR7和（或）TLR8激动剂介导的DC与NK细胞间的cross-talk可以增强人类NK细胞的抗肿瘤作用，其机制是:尽管TLR7激动剂R837、TLR8激动剂ssRNA40和TLR7/8激动剂GDQ均可以直接诱导人NK细胞的活化，而DC的参与能够更加显著地诱导NK细胞抗肿瘤效应的增强，这在HepG2人肿瘤裸鼠异种移植模型的体内试验中也得到了进一步证实;而DC对NK细胞功能的增强主要依赖于其所分泌的大量Th1型细胞因子，尤其是IFN-α/β和IL-12。此外，活化性受体NKG2D和NKp80及其配体，协同刺激分子CD40-CD40L和LFA-1-ICAM-1，以及趋化因子CCL2和CCL4及其受体等细胞与细胞间接触分子，有可能参与了NK/DC之间的cross-talk。
　　 本研究明确了APC对NK细胞的活化作用以及此过程中所需要的细胞因子和细胞与细胞间接触，这为深入探讨APC/NKcross-talk的分子机制提供了新理论基础和思路。本研究提示PolyI∶C、R837、GDQ和ssRNA40均可以作为抗肿瘤的有效药物，或许可以作为疫苗或免疫佐剂与其他抗肿瘤药物联合应用;而TLR激动剂、APC和NK细胞三者的联合应用有可能成为一种细胞治疗方式，应用于抗肿瘤、抗病毒和自身免疫性疾病的临床治疗和研究。

目录

声明

摘要

符号说明

第一部分：文献综述

综述1：DC/NK细胞间的相互作用与细胞免疫治疗

综述2：Toll样受体在DC的表达及其免疫学功能

第二部分：PolyI：C诱导的巨噬细胞增强小鼠NK细胞的抗肿瘤活性

前言

材料和方法

结果

1 PolyI：C诱导的巨噬细胞能够增强NK细胞对肿瘤细胞的杀伤作用

2 NK细胞介导的肿瘤杀伤具有NKG2D依赖性

3 PolyI：C能够诱导巨噬细胞表面NKG2D配体的表达

4 PolyI：C对NKG2D配体的上调作用存在TLR3依赖性

5 Qa-1保护巨噬细胞免受NK细胞介导的杀伤

6 PolyI：C上调巨噬细胞分泌细胞因子的水平

7 巨噬细胞对NK细胞的活化作用具有IL-15和IFN-β的依赖性

8 细胞与细胞间分子接触在巨噬细胞对NK细胞的活化过程中起重要作用

讨论

参考文献

第三部分：TLR7/TLR8激动剂介导的DC与NK之间的cross-talk增强人类肝癌的免疫治疗

前言

材料和方法

结果

1 TLR7/TLR8激动剂能够直接活化人NK细胞

2 TLR7/TLR8激动剂增强NK细胞IFN-γ和TNF-α的分泌能力

3 TLR7/TLR8激动剂诱导NK细胞活化性受体NKG2D和NKp80的表达

4 TLR7/TLR8激动剂协同树突状细胞促进NK细胞的活化

5 GDQ协同DC增强NK细胞的体内抗肿瘤作用

6 TLR7/TLR8激动剂协同NK细胞诱导DC的成熟和细胞因子的分泌

7 DC介导的NK细胞的活化依赖于Ⅰ型干扰素和IL-12的分泌

8 DC与NK细胞间的分子接触参与了DC介导的NK细胞的活化

9 NKG2D和NKp80及其配体参与了NK/DC之间的cross-talk

10 协同刺激分子CD40和LFA-1可能参与了NK/DC之间的cross-talk

11 趋化因子CCL2和CCL4及其受体可能参与了NK/DC之间的cross-talk

讨论

参考文献

总结

论文创新性及意义

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

攻读学位期间参加的学术会议

已发表论文

已发表SCI收录论文1

已发表SCI收录论文2

已发表英文书籍收录综述

待发表SCI收录论文

学位论文评阅及答辩情况表