IFNγ上调的单核细胞表面MHCI类链相关分子促进NK细胞活化

1、IFN-上调的单核细胞表面MHC-I类链相关分子促进NK细胞活化 作者：王惠明, 王沂芹, 阮志华, 傅晓岚, 徐文岳, 赵婷婷, 吴玉章【摘要】 目的: 研究IFN-诱导上调表达的单核细胞MHC-I类链相关分子(MICs)分子对NK细胞的活化作用。方法: 采用密度梯离离心法分离人外周血单个核细胞（PBMC）, 以免疫磁珠法从PBMC中特异性分选单核细胞及NK细胞, 以细胞因子IFN-、 TNF-刺激单核细胞后, 再将单核细胞与NK细胞共培养, 以流式细胞术（FCM）检测NK细胞表面CD69分子及胞内IFN-表达, 以51Cr释放试验检测NK细胞对K562细胞的杀伤效应。结果: IFN-上调人

2、单核细胞表面MICs表达; IFN-刺激的单核细胞能促进异体NK细胞CD69及胞内IFN-表达, 能增强NK细胞对K562细胞的杀伤效应; 单核细胞的这种效应至少部分依赖于IFN-上调的MICs分子, 因为用抗MIC抗体封闭或用细胞小室阻断细胞接触, 可以明显地抑制NK细胞的活化。结论: IFN-上调人单核细胞表面MICs分子介导了NK细胞的活化。 【关键词】 单核细胞 IFN- MHC-I类相关分子 NK细胞活化的淋巴细胞（含NK、 T、 NKT细胞）分泌的细胞因子干扰素（IFN-）不仅具有直接的抗病毒作用, 更具有强大的免疫调节和修饰功能。目前认为, IFN-能广泛地作用于体内包括淋巴细胞

3、在内的多种细胞。对于单核细胞, IFN-一方面可以影响其向DC或巨噬细胞分化; 另一方面, IFN-还能诱导单核细胞产生系列细胞因子1, 2。机体单核细胞正常情况下处于免疫静息状态, 但在适宜的条件下, 它可以通过转化为DC或者分泌大量细胞因子来参与或调节免疫应答。最近研究发现, 单核细胞与NK细胞或T细胞之间存在着对话机制, 并且IFN-及细胞间的直接接触是介导单核细胞与淋巴细胞相互作用的关键因素3。NKG2D是同时表达于人类NK细胞及CD8+T细胞表面的活化受体。对于NK细胞, 它直接启动活化信号; 对于CD8+T细胞, 它提供重要的共刺激信号4。MHC-I类链相关分子(MIC)是最早发现

4、并且研究最多的NKG2D受体的配体。MIC是一种应激诱导表达的分子, 当细胞处于热休克、 氧化、 感染等状态时, MIC分子即被诱导表达于细胞表面。细胞表面的MICs作为一种应激“标记”分子, 能够被NK细胞或CD8+T细胞表面的NKG2D受体识别, 并刺激或共刺激NK细胞或CD8+T细胞活化, 最终清除异常细胞。研究发现, MICs分子低水平的表达于某些正常组织细胞如肠上皮细胞、 内皮细胞、 成纤维细胞表面, 单核细胞表面未见MICs表达5。NKG2D还在NK细胞、 T细胞、 DC及其他组织细胞中起着重要的“桥梁”作用6。但NKG2D是否也在单核细胞与NK细胞对话中发挥作用？ IFN-作用的

5、单核细胞是否通过MIC-NKG2D促进NK细胞活化？ 我们对此进行了探讨。1 材料和方法1.1 材料 FITC标记抗人CD3（OKT3）、 CD14（61D3）、 CD69（FN50）、 IFN-（4S.B3）单克隆抗体（mAb）、 纯化及生物素化抗人NKG2D (1D11) mAb、 PE标记抗人CD56 mAb(NCAM)、 抗体的各同型对照抗体均购于eBioscience公司; 小鼠抗人MICs mAb(clone 159207)购于R&D公司; FITC标记的山羊抗小鼠IgG及山羊抗兔IgG二抗购自北京中山生物技术有限公司。小鼠抗人CD14免疫磁珠（CD14 Magnetic

6、Particles, Clone MP9）、 磁性细胞分离架购于BD Bioscience Pharmingen公司; 人重组干扰素-（IFN-）、 重组干扰素-（IFN-）购自PeProtech公司; 人淋巴细胞分离液（Ficoll-Hypaque）购自天津TDB生物技术发展中心; 胎牛血清购自HyClone公司; FACSCalibur流式细胞仪购于BD公司。1.2 方法1.2.1 人PBMCs的分离及单核细胞、 NK细胞的分选 健康志愿者外周血用生理盐水作等倍稀释后, 按标准密度梯度离心法分离PBMCs。单核细胞及NK细胞采取阴性分选和阳性分选相结合的序贯分离法, 按说明书操作进行。先从

7、PBMCs中分选CD14+细胞, 再从其CD14-组分中去除CD3+细胞, 最后从CD3-CD14-组分中分选CD56+细胞, 即为CD3-CD56+ NK细胞。取少量细胞分别行CD14、 CD3/CD56流式细胞术（FCM）检测, 确定CD14+及CD3+CD56-细胞的纯度（>90%）。1.2.2 细胞株培养 人红白血病细胞K562由本研究所保存, 培养于含100 mL/L FCS的RPMI1640完全培养液中。1.2.3 单核细胞/NK细胞共培养 纯化的单核细胞按2.5108个/L接种于24孔培养板中, 根据实验需要加或不加50 mg/L TNF-或1000 mg/L IFN-,

8、培养24 h后, 用无血清RPMI1640液洗细胞2次, 再以含100 mL/L FCS的RPMI1640完全培养液悬浮并按2108个/0.5 L/孔接种细胞于48孔板内; 纯化的异体NK细胞用RPMI1640完全培养液悬浮并调整细胞密度为4108个/L, 按每孔0.5 mL接种于单核细胞培养板内, 使总体积为1 mL。如果要阻断NK细胞与单核细胞的直接接触, 可先在单核细胞培养板内放入细胞小室, 再将NK细胞加于小室中; 如要作抗体阻断试验, 可在共培养体系中加入抗MICs mAb 159207或抗NKG2D阻断抗体。继续培养24 h。1.2.4 NK细胞表面CD69及胞内IFN-表达分析

9、收集共培养细胞, 用流式洗液洗细胞2次后, 将各组细胞等分成相应管数, 每管细胞悬液体积约50 L。采用PE-CD56/FITC-CD69或PE-CD56/FITC-IFN-双色流式检测。简述如下: 如检测NK细胞CD69表达, 在细胞悬液中加入PE-CD56/FITC-CD69单克隆抗体或其同型对照抗体, 4避光孵育20 min, 流式洗液洗细胞1次, 再以10 g/L多聚甲醛悬浮细胞即可上机检测; 如作NK细胞胞内IFN-染色, 先在细胞悬液中加入PE-CD56 mAb或其同型对照抗体, 4避光孵育20 min, 流式洗液洗细胞1次, 再以细胞固定液固定细胞10 min, 用细胞通透液洗细

10、胞2次后, 用50 L流式洗液悬浮细胞, 加入FITC-IFN- mAb或其同型对照抗体, 4避光孵育20 min, 细胞通透液洗细胞1次后, 再以10 g/L多聚甲醛悬浮细胞上机检测。1.2.5 NK细胞51Cr释放试验 K562的标记: 以100 Ci Na2（51CrO4）（中国同位素公司）标记1 mL细胞数为5106个的靶细胞, 37孵育90 min, 再以RPMI1640液洗细胞3次。按不同效靶比（ET）值, 将标记好的K562细胞加入至NK/单核细胞共培养体系中, 并使终体积数为200 L, 天然释放孔不含效应细胞, 最大释放孔加入100 L 20 g/L Triton X-100

11、, 每孔设复孔数为3。50 mL/L CO2、 37条件下孵育4 h。离心后吸取每孔上清, 用FT-603型闪烁计数仪测定每份上清的cpm值。特异性溶细胞活性由特异性释放百分数表示, 按下述公式计算: 特异性释放率=（实验孔cpm自然释放对照孔cpm）/（最大释放对照孔cpm自然释放对照孔cpm）100%。2 结果2.1 细胞因子IFN-对人单核细胞MICs表达的上调作用 活化淋巴细胞分泌的细胞因子TNF-与IFN-一样也参与了淋巴细胞与其他细胞如DC的相互作用7。TNF-与IFN-对单核细胞MICs表达的影响尚不清楚。在此一并研究了TNF-及IFN-对纯化的人单核细胞表面MICs表达的作用。

12、新鲜分离的人单核细胞表面低水平或阴性表达MICs分子, 经IFN-刺激24 h后, 单核细胞表面MICs分子明显上调。细胞因子TNF-不能轻微上调单核细胞表面MICs表达（图1）。2.2 IFN-刺激的单核细胞对NK细胞的活化作用 进一步研究IFN-及TNF-刺激后的单核细胞活化NK细胞的能力。结果显示, 无论是新鲜分离还是在体外培养24 h后的单核细胞, 都不能促进NK细胞表面CD69及胞内IFN-表达, 也不能促进NK细胞杀伤NK敏感的K562细胞; TNF-作用后的单核细胞能微弱的促进NK细胞CD69及胞内IFN-表达,对NK细胞的细胞毒作用亦有一定增强作用; 当单核细胞与IFN-共培养

13、24 h后, 单核细胞对NK细胞有很强的活化作用, 表现为NK细胞表面CD69及胞内IFN-表达、 NK细胞对K562的杀伤活性均明显增强（图2）。图1 细胞因子TNF-与IFN-对人单核细胞MICs分子表达的影响（略）图2 IFN-刺激后的单核细胞促进NK细胞活化（略）A: IFN-刺激后的单核细胞与异体NK细胞共培养后, NK细胞CD69及胞内IFN-表达明显增强, 而TNF-刺激后的单核细胞无此效应; B: IFN-而非TNF-刺激后的单核细胞与NK细胞共培养后, NK细胞对K562的杀伤活性明显增强.2.3 MICs及细胞直接接触在单核细胞活化NK细胞中的作用 IFN-能诱导单核细胞M

14、IC上调表达, IFN-作用后的单核细胞能活化NK细胞, 单核细胞表面MIC分子在NK细胞活化中的作用如何？ 对此进行了研究。首先进行MIC抗体阻断试验: 1000 mg/L IFN-刺激单核细胞24 h后, 在NK细胞/单核细胞共培养体系内加入饱和剂量(5 mg/L)的抗MICs mAb 159207, 或者加入相等剂量的的同型抗体, 结果显示, 加入同型对照抗体后, NK细胞表面CD69及胞内IFN-表达明显升高（图3A）, NK细胞对K562的杀伤活性也明显增强（图3C）; 但加入饱和剂量的抗体159207后, NK细胞表面CD69及胞内IFN-表达、 以及NK细胞对K562的杀伤活性大

15、幅下降（图3A、 C）, 较静息的NK细胞仅有微弱提高。这说明IFN-诱导的表面MICs分子在单核细胞活化NK细胞中发挥着重要作用。用transwell小室进一步证实了细胞间直接接触在单核细胞活化NK细胞中的作用。从（图3）中可以看出, 用小室隔离单核细胞及NK细胞后, NK细胞活化标志CD69及胞内IFN-表达较NK/单核细胞混合条件下明显减低（图3B）, NK细胞的细胞毒活性也明显减弱（图3C）。这些结果提示NK细胞与单核细胞的直接接触及单核细胞表面的MICs分子, 可能是IFN-介导NK/单核细胞相互作用的关键环节。图3 单核细胞活化NK细胞依赖MICs分子及细胞间的直接接触（略）A:

16、IFN-预先刺激的单核细胞与NK细胞共培养, 当加入抗MICs抗体159207阻断后, NK细胞CD69及胞内IFN-表达受抑制; B: IFN-预先刺激的单核细胞与NK细胞共培养, 当以细胞小室阻断细胞直接接触后, NK细胞CD69及胞内IFN-表达受抑制; C: IFN-预先刺激的单核细胞与NK细胞共培养, 当加入抗MICs抗体159207阻断（左）, 或以细胞小室阻断细胞直接接触后（右）, NK细胞对K562细胞的杀伤活性变化.3 讨论 完整的免疫应答包括天然免疫应答和适应性免疫应答2方面, 淋巴细胞和非淋巴细胞是免疫应答的主要物质基础, 免疫应答的效应主要由淋巴细胞来发挥和体现, 非淋

17、巴细胞则起着不可缺少的辅助和调节的作用。事实上, 免疫细胞之间的联系和相互作用十分紧密而复杂, 在淋巴细胞之间、 淋巴细胞与非淋巴细胞之间均存在着不同的“对话”机制。免疫细胞之间的“对话”方式主要有二种, 一是通过释放化学介质（主要是细胞因子）传递信息; 二是通过细胞之间的直接接触进行交流。对免疫细胞相互作用的研究, 此前主要集中在NK细胞与DC、 T细胞与DC、 NK细胞与T细胞几个方面, 对于单核细胞对免疫应答的调节则关注不够。 体内IFN-来源于淋巴细胞, 在免疫应答的早期和晚期主要分别由NK细胞和活化的T细胞产生。除了发挥直接的抗病毒功能, IFN-对免疫应答也起着关键的调节作用。很早

18、就发现, IFN-对单核-巨噬细胞的生化、 形态及功能有修饰和调节的作用, 它能直接活化巨噬细胞, 能促进髓样DCs分泌IL-12和向TH1极化。对于单核细胞, IFN-一方面可以影响其向DC或巨噬细胞分化; 另一方面, IFN-还能诱导单核细胞产生系列细胞因子如IL-15、 IL-12、 TNF-、 IL-6、 M-CSF等1, 2。既往研究发现, IFN-介导了单核细胞与淋巴细胞之间的交互活化, 这种交互作用依赖细胞间的直接接触, 但其具体分子机制不清3。我们的研究显示, 来源于淋巴细胞的IFN-能上调单核细胞表面MICs表达, MIC则介导了NK细胞的活化。 MICs基因位于人类第6号染

19、色体MHC-I类基因区域, 与经典的MHC-I类分子却只有30%相同序列。MICs无抗原提呈功能, 作为一种应激分子, 它广泛表达于处于应激或恶变的细胞表面, 某些正常细胞表面或胞质内也存在MICs表达。此前发现, 单核细胞胞质而非胞膜存在MIC蛋白表达5。细胞因子TNF-、 IFN-对单核细胞MICs表达无类似的影响, 这提示单核细胞可能是IFN-发挥免疫调节作用的一个很重要的靶细胞, 而IFN-则可能是是淋巴细胞与单核细胞之间的主要信号分子。事实上, 众多证据表明, IFN-在淋巴细胞与单核细胞的“对话”中发挥着关键的作用。 单核细胞、 DC和巨噬细胞是免疫系统中专职的APC, 虽然巨噬细

20、胞及大部分DC来源于单核细胞, 但它们之间的生物学性状差异十分明显, 在NKG2D配体的表达和调节上也是如此: 单核细胞组成性表达MIC转录模板和蛋白, GM-CSF、 IL-4诱导的单核细胞源性DC(moDCs)却无MICs的转录和蛋白合成; IFN-可以上调单核细胞表面某种MIC分子表达7。I类IFN（IFN-）或者是结核杆菌的感染可以诱导moDC表面MIC分子表达, 从而介导NK细胞6的活化; 对于巨噬细胞, 目前发现LPS而非IFN-能够诱导小鼠巨噬细胞表达RAE-18。这种差异表明, 单核细胞的分化, 也影响着MIC分子的表达和调节, 但其中的具体机制不清楚。单核细胞及moDC在IL

21、-15的表达调节上也有明显不同, 单核细胞IL-15与MIC分子一样受IFN-而非IFN-调节, 而IFN-则能促进moDC表达MIC和IL-159。基于以上研究结果, 我们认为在抗原提呈细胞（APCs）与淋巴细胞之间可能存在着一种以IFN为信使、 以NKG2D为桥梁的交流对话机制。【参考文献】 1 Delneste Y, Charbonnier P, Herbault N, et al. Interferon- switches monocyte differentiation from dendritic cells to macrophagesJ. Blood, 2003, 101(1)

22、: 143-150.2 Bekeredjian-Ding I, Roth SI, Gilles S, et al. T cell-independent, TLR-induced IL-12p70 production in primary human monocytesJ. J Immunol, 2006, 176(12): 7438-7446.3 Gonzalez-Alvaro I, Dominguez-Jimenez C, Ortiz AM, et al. Interleukin-15 and interferon-gamma participate in the cross-talk

23、between natural killer and monocytic cells required for tumour necrosis factor productionJ. Arthritis Res Ther, 2006, 8(4): R88.4 Raulet DH. Roles of the NKG2D immunoreceptor and its ligandsJ. Nat Rev Immunol, 2003, 3(10): 781-790.5 Stephens HA. MIC and MICB genes: can the enigma of their polymorphism be resolved?J. Trends Immunol, 2001, 22(4)