在癌症的复杂生物学过程中，循环肿瘤细胞（CTC）和自然杀伤（NK）细胞扮演着重要的角色。CTC作为肿瘤远处转移的“种子”，其在血液循环中的存在预示着疾病进展和预后不良。而NK细胞，作为先天免疫系统的哨兵，拥有识别并消除肿瘤细胞的能力。尽管它们在抗肿瘤防御中发挥着重要作用，但CTC与NK细胞之间的相互作用仍有许多未知之处，这包括CTC如何逃避NK细胞的免疫监视，以及如何通过这种机制促进肿瘤的转移和扩散。
本文将深入探讨NK细胞如何成为肿瘤免疫的核心力量，以及它们与CTCs之间的复杂互动。
图1.NK细胞的发育过程,CLP：淋巴祖细胞；CILCP：天然免疫细胞前体细胞。NKP：NK细胞前体细胞,CD56brightNK：CD56高表达NK细胞CD56dimNK:CD低表达NK细胞
NK细胞是先天淋巴细胞免疫系统的重要组成部分，占白细胞总数的5%-20%，以其独特的CD3-/CD56+/CD16+表达模式为特征，通常存在CD56bright/CD16low和CD56dim/CD16+两种表达模式，CD56bright/CD16low通过细胞因子释放实现免疫调节，而CD56dim/CD16+以细胞毒性杀伤作用为主。它们在骨髓和次级淋巴器官中分化、成熟，为身体提供对抗肿瘤的首道防线。NK细胞是天生的杀手，无需抗原预先致敏即可快速反应并产生杀伤效应，NK细胞的有限组织渗透能力，使得它们在血液中对抗高度移动性CTCs的能力尤为突出。
图2.NK细胞的膜表面表达模式
NK细胞作为抗击癌症的第一道防线，其免疫反应涉及四个主要途径：
1)细胞毒性颗粒的释放：NK细胞通过胞吐作用释放含有颗粒酶B和穿孔素的细胞毒性颗粒，直接诱导CTCs的凋亡。
2)细胞因子的释放：NK细胞释放IFN-γ和其他细胞因子，激活树突状细胞和其他免疫细胞，增强对肿瘤的免疫反应。
3)死亡诱导配体的表达：NK细胞在其表面表达死亡诱导配体如FasL和TRAIL，与CTCs表面的相应受体结合，诱导CTCs的凋亡。
4）表达Fc受体（CD16），介导通过触发抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）效应。
图3.自然杀伤（NK）细胞抗肿瘤机制的示意图
NK细胞的活化和抑制是一个精细平衡的过程，它们通过识别目标细胞表面的特定标志物来决定是否发动攻击。这种机制确保了NK细胞能够有效地对抗病原体和肿瘤，同时避免对健康细胞造成伤害。
NK细胞通过多种不同的激活或抑制受体发挥其细胞毒性。激活受体如NKG2D识别肿瘤细胞上的MHC I类多肽相关序列A/B（MICA/MICB）分子，从而激活NK细胞反应。抑制受体如杀伤细胞免疫球蛋白样受体（KIRs）识别肿瘤细胞表面的MHCI类分子，调节NK细胞的激活。这种精细的平衡确保了NK细胞能够精确地识别并消灭肿瘤细胞。NK细胞在血液中具有对抗CTCs的能力。研究表明，NK细胞能够通过释放细胞毒性颗粒（如颗粒酶B和穿孔素）直接杀伤CTCs。此外，NK细胞还能通过释放干扰素-γ（IFN-γ）和其他细胞因子，激活其他免疫细胞，增强对肿瘤的免疫反应。然而，肿瘤细胞通过miRNA等机制降低MHC分子表达，试图逃避NK细胞的监视。这一斗争在肿瘤转移形成中起着决定性作用。
图4.NK细胞与其识别的肿瘤细胞
最新研究表明，金复康能够在体外诱导NK细胞表达FasL并分泌TNF，再通过激活Fas/FasL信号通路在CTC细胞系中诱导凋亡，导致CTCs的清除增加并抑制了CTCs的肺部转移，显示了NK细胞与CTCs之间的作用机制。在另一项近期的研究中，尽管NK细胞成功地消除了小鼠血液中的单个CTCs，但CTC团簇对NK细胞介导的细胞毒性表现出抵抗力。他们进一步展示了与乳腺癌细胞共培养的NK细胞对那些具有更多间充质表型的细胞表现出增加的细胞毒性活动，而不是上皮表型的细胞。在肿瘤细胞经历上皮-间充质转化（EMT）的过程中，一些激活性NKG2D NK细胞配体的表达增加，同时肿瘤细胞表面的MHC I类分子表达下调。
这种分子层面的变化增加了NK细胞对发生EMT的肿瘤细胞的免疫压力。先前的体外研究，如Lopez-Soto等人在2013年的工作，也观察到NK细胞通过上调其细胞表面的NKG2D配体，增强了对具有间充质特征的肿瘤细胞的活性。
然而，也有研究提出不同的假设，认为EMT过程可能导致某些NKG2D配体，例如ULBP1的表达降低。这种下调可能会减少NK细胞对肿瘤细胞的识别和杀伤，从而为循环肿瘤细胞（CTCs）提供了一种免疫逃逸的机制。
这些发现表明，NK细胞与肿瘤细胞之间的相互作用是多方面的，涉及到肿瘤细胞表面分子的变化以及NK细胞对这些变化的响应。了解这些复杂的相互作用对于开发新的癌症治疗策略至关重要，尤其是在利用NK细胞的免疫监视功能来对抗肿瘤发展和转移方面。
图5.在微环境中CTC逃避NK细胞的免疫监视发生转移的途径
NK细胞在癌症治疗中显示出巨大潜力，其数量的增加对癌症患者生存有显著的积极影响。尽管在CTC阳性和转移性癌症患者中，NK细胞的细胞毒性和溶解活性往往受到损害，但研究表明，恢复这些细胞的功能和数量可以显著抑制肿瘤的转移。值得注意的是，癌症患者血液中NK细胞的总数通常与CTCs的数量呈负相关，尽管在某些情况下也观察到正相关，特别是某些NK细胞亚群如CD56bright/CD16low与较短的生存期关联。目前尚不完全清楚NK细胞数量的增加是作为对受损活性的补偿，还是对肿瘤负担和循环CTCs的反应。尽管存在这些不确定性，NK细胞介导的免疫疗法因其在减少肿瘤转移方面的有效性，被视为一种充满希望的治疗策略，特别适用于针对患者的循环肿瘤细胞。
NK细胞在肿瘤免疫中扮演着核心角色，尤其在癌症转移的复杂过程中发挥着重要作用。深入探究NK细胞与循环肿瘤细胞（CTCs）之间的相互作用，对于设计创新的肿瘤免疫治疗方案极为关键。随着科学探索的持续深入，NK细胞的潜力有望为肿瘤治疗开辟新的前景。
敬请期待本系列的下一篇文章，我们将继续深入探讨CTCs与免疫系统的其他淋巴细胞之间的互动，揭示更多关于肿瘤转移背后的故事。
1. Abel, A.M., Yang, C., Thakar, M.S., & Malarkannan, S. (2018). Natural killer cells: development, maturation, and clinical utilization. Front. Immunol. 9.
2. Scoville, S.D., Freud, A.G., & Caligiuri, M.A. (2017). Modeling human natural killer cell development in the era of innate lymphoid cells. Front. Immunol. 8.
3. Morvan, M.G., & Lanier, L.L. (2016). NK cells and cancer: you can teach innate cells new tricks. Nat. Rev. Cancer 16, 7–19.
4. Dianat-Moghadam, H., Mahari, A., Heidarifard, M., Parnianfard, N., Pourmousavi-Kh, L., Rahbarghazi, R., & Amoozgar, Z. (2021). NK cells-directed therapies target circulating tumor cells and metastasis. Cancer Lett. 497, 41–53.
5. Leblanc, R., & Peyruchaud, O. (2016). Metastasis: new functional implications of platelets and megakaryocytes. Blood 128, 24–31.
6. Wang, B., Wang, Q., Wang, Z., Jiang, J., Yu, S.C., Ping, Y.F., Yang, J., Xu, S.L., Ye, X.Z., Xu, C., et al. (2014a). Metastatic consequences of immune escape from NK cell cytotoxicity by human breast cancer stem cells. Cancer Res. 74, 5746–5757.
7. Liu, X., Chen, Q., Yan, J., Wang, Y., Zhu, C., Chen, C., Zhao, X., Xu, M., Sun, Q., Deng, R., et al. (2013). MiRNA-296-3p-ICAM-1 axis promotes metastasis of prostate cancer by possible enhancing survival of natural killer cell-resistant circulating tumor cells. Cell Death Dis. 4.
8. Lorenzo-Herrero, S., Lopez-Soto, A., Sordo-Bahamonde, C., Gonzalez-Rodriguez, A.P., Vitale, M., & Gonzalez, S. (2018). NK cell-based immunotherapy in cancer metastasis. Cancers 11.
9. Lopez-Soto, A., Gonzalez, S., Smyth, M.J., & Galluzzi, L. (2017). Control of metastasis by NK cells. Cancer Cell 32, 135–154.
10. Brodbeck, T., Nehmann, N., Bethge, A., Wedemann, G., & Schumacher, U. (2014). Perforin-dependent direct cytotoxicity in natural killer cells induces considerable knockdown of spontaneous lung metastases and computer modelling-proven tumor cell dormancy in a HT29 human colon cancer xenograft mouse model. Mol. Cancer 13.
11. Mohme, M., Riethdorf, S., & Pantel, K. (2016). Circulating and disseminated tumor cells — mechanisms of immune surveillance and escape. Nat. Rev. Clin. Oncol.
12. Que, Z.J., Yao, J.L., Zhou, Z.Y., Yu, P., Luo, B., Li, H.G., Liu, J.X., Xu, H.X., & Tian, J.H. (2021). Jinfukang inhibits lung cancer metastasis by upregulating CX3CL1 to recruit NK cells to kill CTCs. J. Ethnopharmacol. 275.
13. Lo, H.C., Xu, Z., Kim, I.S., Pingel, B., Aguirre, S., Kodali, S., Liu, J., Zhang, W., Muscarella, A.M., Hein, S.M., et al. (2020). Resistance to natural killer cell immunosurveillance confers a selective advantage to polyclonal metastasis. Nature Cancer 1, 709–722.
14. Hu, B., Tian, X., Li, Y., Liu, Y., Yang, T., Han, Z., An, J., Kong, L., & Li, Y. (2020). Epithelial-mesenchymal transition may be involved in the immune evasion of circulating gastric tumor cells via downregulation of ULBP1. Cancer Med. 9, 2686–2697.
15. Bald, T., Krummel, M.F., Smyth, M.J., & Barry, K.C. (2020). The NK cell-cancer cycle: advances and new challenges in NK cell-based immunotherapies. Nat. Immunol. 21, 835–847.
16. Hayes, B., Brady, L., Sheill, G., Baird, A.M., Guinan, E., Stanfill, B., Dunne, J., Holden, D., Vlajnic, T., Casey, O., et al. (2021). Circulating tumour cell numbers correlate with platelet count and circulating lymphocyte subsets in men with advanced prostate cancer: data from the ExPeCT clinical trial (CTRIAL-IE 15-21). Cancers 13.
17. Navarro, A.G., Bjorklund, A.T., & Chekenya, M. (2015). Therapeutic potential and challenges of natural killer cells in treatment of solid tumors. Front. Immunol. 6.
18. Ye, L., Zhang, F., Li, H., Yang, L., Lv, T., Gu, W., & Song, Y. (2017). Circulating tumor cells were associated with the number of T lymphocyte subsets and NK cells in peripheral blood in advanced non-small-cell lung cancer. Dis. Markers 2017.
19. de Jonge, K., Ebering, A., Nassiri, S., Maby-El Hajjami, H., Ouertatani-Sakouhi, H., Baumgaertner, P., & Speiser, D.E. (2019). Circulating CD56 bright NK cells inversely correlate with survival of melanoma patients. Sci. Rep. 9.
揭秘CTC与免疫系统的神秘互动（七）——NK细胞：CTC的克星，肿瘤免疫的核心力量
