náhled|lidská NK buňka NK buňka (z angl. natural killer cell, tedy „přirozený zabiják“) je velká buňka imunitního systému, která je řazena mezi lymfocyty po bok B-lymfocytů a T-lymfocytů, ale na rozdíl od nich se řadí do (přirozené) nespecifické větve imunity. NK buňky lze identifikovat podle přítomnosti CD56 a nepřítomnosti CD3 (CD56+, CD3−). NK buňky (patřící do skupiny přirozených lymfoidních buněk) jsou jedním ze tří druhů buněk diferencovaných od běžného lymfoidního progenitoru, další dva jsou B a T lymfocyty. Je známo, že NK buňky se diferencují a dozrávají v kostní dřeni, lymfatických uzlinách, slezině, mandlích a brzlíku, a tam se pak dostávají do oběhu. NK buňky se liší od NK T-lymfocytů (NKT buněk) fenotypově, původem a příslušnými efektorovými funkcemi; aktivita NKT buněk často podporuje aktivitu NK buněk sekrecí IFN-γ. Na rozdíl od NKT buněk, NK buňky neexprimují T-buněčné antigenní receptory (TCR), CD3 marker nebo B-buněčné receptory (BCR), ale obvykle exprimují povrchové markery CD16 (FcyRIII) a CD57 u lidí a NK1.1 nebo NK1.2 u C57BL/6 myší. Povrchový buněčný marker NKp46 představuje v současné době další preferovaný NK buněčný marker exprimovaný jak u lidí, tak u několika kmenů myší (včetně myší BALB/c) a u tří běžných druhů opic.
Přirozené lymfoidní buňky se hlavně podle produkovaných cytokinů dělí na tři skupiny. Skupina 1 ILCs sekretuje IFN-γ a řadí se sem NK buňky a ILC1 buňky. Skupina 2 ILCs produkuje převážně IL-5 a IL-13 a patří sem ILC2 buňky. Poslední skupina 3 ILCs je charakterizována produkcí IL-22 a/nebo IL-17 a obsahuje LTi buňky, NCR− ILC3 a NCR+ ILC3 buňky.
Mezi hlavní efektorové funkce NK buněk se řadí cytotoxicita a poté sekrece cytokinů a to hlavně INF-γ, který dále aktivuje makrofágy, T-lymfocyty a dendritické buňky. NK buňky hrají roli v brzké imunitní odpovědi proti virům, kdy jsou schopny rozpoznat a zabít napadené buňky, a dále také v protinádorové imunitě, kde za určitých okolností rozpoznávají transformované nádorové buňky a také v nich indukují apoptózu.
Kromě toho, že přirozené zabíječské buňky zastávají efektorové funkce přirozené imunity, aktivační i inhibiční NK buněčné receptory hrají důležitou funkční roli, včetně tolerance vlastních tkání a udržení aktivity NK buněk. NK buňky také hrají roli v adaptivní imunitní odpovědi: četné experimenty prokázaly jejich schopnost rychle se přizpůsobit bezprostřednímu prostředí a formulovat antigen-specifickou imunologickou paměť, zásadní pro reakci na sekundární infekce stejným antigenem. Role NK buněk v přirozené i adaptivní imunitní odpovědi se stává stále důležitější ve výzkumu, který využívá aktivitu NK buněk jako potenciální terapii proti nádorovým onemocněním.
Podskupiny NK buněk NK buňky lze klasifikovat jako CD56bright nebo CD56dim. CD56bright NK buňky jsou podobné pomocným T lymfocytům jejichž efektorové funkce závisí převážně na sekreci cytokinů. CD56bright tvoří většinu NK buněk, nacházejí se v kostní dřeni, sekundární lymfatické tkáni, játrech a kůži. NK buňky CD56dim se primárně nacházejí v periferní krvi a vyznačují se schopností zabíjet buňky. CD56dim NK buňky jsou vždy CD16 pozitivní (CD16 je klíčovým mediátorem buněčné cytotoxicity závislé na protilátkách (ADCC)). CD56bright může přejít na CD56dim získáním CD16.
NK buňky mohou prostřednictvím CD16-zprostředkované ADCC eliminovat buňky infikované virem. Všichni pacienti s koronavirovým onemocněním (COVID-19) z roku 2019 vykazovali vyčerpané CD56bright NK buňky, ale CD56dim je vyčerpaný pouze u pacientů s těžkým průběhem onemocnění COVID-19.
Receptory
Receptory NK buněk mohou být rozděleny na základě jejich funkce. NCR receptory přímo indukují apoptózu po navázání na Fas ligand, který přímo indikuje infekci buňky. Tyto receptory nezávislé na MHC molekulách využívají alternativní cesty k indukci apoptózy rozpoznávaných buněk. Aktivace NK buněk je závislá na rovnováze signalizace inhibičních a aktivačních receptorů. Například pokud je výraznější signalizace inhibičním receptorem, bude aktivace NK buněk inhibována a naopak.
Inhibiční receptory Inhibiční receptory NK buněk rozpoznávají na cílových buňkách hlavně molekuly MHC I. Signalizují pomocí intracelulární části receptoru, na které se nachází ITIM (zkr. angl. immunoreceptor tyrosin-based inhibitory motif).
KIR (zkr. angl. killer immunoglobulin-like receptors) – jsou receptory patřící do imunoglobulinové rodiny a rozeznávají MHC I, jsou exprimovány na lidských buňkách CD94/NKG2A – receptor tvořící heterodimer, patří do C-type lektinové rodiny, rozpoznává neklasické MHC I molekuly a je exprimován jak na lidských, tak myších buňkách Ly49 – myší analog lidských KIR receptorů
Aktivační receptory Aktivační receptory NK buněk obecně rozpoznávají povrchové molekuly, které jsou exprimovány a translokovány na membránu při buněčném stresu. Aktivační receptory nesignalizují přímo pomocí intracelulární části receptoru, ale využívají k tomu adaptorové molekuly, na kterých se pro změnu nachází ITAM (zkr. angl. immunoreceptor tyrosin-based activating motif).
NKG2D – homodimer, mezi nejvýznamnější ligandy patří MIC-A, MIC-B, které jsou hodně exprimovány v nádorových buňkách jako odpověď na poškození DNA, a pak ULBP1, ULBP2, ULBP3 a ULBP4 NCR (zkr. angl. natural cytotoxicity receptors) – patří také do imunoglobulinové rodiny, asi nejvíce prozkoumanými variantami jsou NKp46 a NKp30, tyto receptory obecně rozpoznávají ligandy na nádorových buňkách i virem infikovaných buňkách KIR, Ly49 – některé varianty těchto receptorů mohou mít naopak aktivační funkci FcγRIII (CD16) – receptor specifický pro Fc část IgG protilátek, které opsonizují cílové buňky, zprostředkovává ADCC (zkr. angl. antibody-dependent cellular cytotoxicity) TLR – Toll-like receptory patří mezi tzv. Patter recognition receptory (PRR), receptory typické pro buňky přirozené imunity rozeznávající PAMP a DAMP molekuly. Tyto receptory jsou zásadní pro indukci imunitní reakce. Toll-like receptory (TLR) jsou exprimovány také na NK buňkách, kde podporují produkci zánětlivých cytokinů a chemokinů a zesilují imunitní odpověď a jsou schopny spustit efektorové funkce NK buněk. NK buňky tedy přímo reagují na přítomnost patogenů. NK buňky exprimují všechny lidské TLR (kromě TLR10) v různé míře. Exprimují vysoké hladiny TLR1, střední hladiny TLR2, TLR3, TLR5 a TLR6 a nízké hladiny TLR4, TLR8 a TLR9 a velmi nízké až nedetekovatelné hladiny TLR7 a TLR10. TLR jsou však exprimovány na NK buňkách bez ohledu na stav, v jakém se buňka nachází a spolupracují s chemokiny nebo cytokiny na aktivaci NK buněk. TLR jsou exprimovány na povrchu buňky nebo uvnitř endosomů a kromě TLR3 všichni signalizují přes adaptorový protein MyD88 a aktivují NF-kB signální dráhy. TLR3 využívá signalizaci přes adaptorový protein TRIF. Stimulace různých TLR jejich ligandy způsobuje rozdílnou aktivaci NK buněk.
Funkce
Apoptóza zprostředkovaná cytolytickými granulemi NK buňky jsou cytotoxické a v cytoplazmě se nachází malé granule, které obsahují cytolytické proteiny jako perforin a proteázy granzymy. Po exocytóze lytických granulí, vytváří perforin póry v buněčné membráně cílové buňky, kterými mohou do buňky prostoupit granzymy a přidružené molekuly a dochází k indukci apoptózy nebo k osmotické lýzi cilové buňky. Rozdíl mezi apoptózou a lýzou buňky je velice důležitý: lýza virem infikované buňky je potenciálně imunogenní, zatímco apoptóza vede k neimunogenní buněčné smrti. NK-buňky vylučují také α-defensiny a antimikrobiální molekuly, které přímo zabíjejí bakterie narušováním jejich buněčných stěn podobným způsobem jako neutrofily.
Buněčná cytotoxicita závislá na protilátkách (ADCC) Protilátky opsonizují infikované buňky a aktivují následně buňky imunitního systému, a to včetně NK buněk. Protilátky, které se vážou na antigeny, mohou být rozpoznány receptory FcyRIII (CD16) exprimovanými na NK buňkách, čímž dochází k aktivaci NK buněk, uvolnění cytolytických granulí a následné buněčné apoptóze. Toto je hlavní mechanismus zabíjení některých monoklonálních protilátek, jako je rituximab (Rituxan), ofatumumab (Azzera) a další. Příspěvek ADCC k zabíjení nádorových buněk lze měřit specifickým testem, který používá imortalizovanou buněčnou linii NK-92.
Cytokiny indukovaná aktivace NK buněk a cytotoxických T-lymfocytů (CTL) Cytokiny hrají klíčovou roli v aktivaci NK buněk. Jedná o stresové molekuly uvolňované buňkami po virové infekci a slouží k signalizaci přítomnosti virových patogenů v postižené oblasti. Cytokiny zapojené do aktivace NK zahrnují IL-12, IL-15, IL-18, IL-2 a CCL5. NK buňky jsou aktivovány v reakci na interferony nebo cytokiny odvozené od makrofágů. NK buňky slouží k potlačení virových infekcí, zatímco adaptivní imunitní odpověď generuje antigen-specifické cytotoxické T lymfocyty (CTL), které mohou infekci odstranit. NK buňky kontrolují virové infekce vylučováním IFNγ a TNFα. IFNγ aktivuje makrofágy k fagocytóze a zničení napadených buněk a TNFα podporuje přímé zabíjení nádorových buněk. Ukázalo se, že pacienti s nedostatkem NK buněk jsou vysoce náchylní k časným fázím infekce herpes virem.
Missing 'self' hypotéza Aby NK buňky mohli bránit tělo před viry a jinými patogeny, vyžadují mechanismy, které umožňují určit, zda je buňka infikována nebo ne. Přesné mechanismy zůstávají předmětem výzkumu, ale předpokládá se, že jde o rozpoznání stavu „altered self“. Pro kontrolu jejich cytotoxické aktivity mají NK buňky dva typy povrchových receptorů: aktivační receptory a inhibiční receptory, včetně killer-cell immunoglobulin-like receptoru (KIR). Většina z těchto receptorů není jedinečná pro NK buňky a může být přítomna také na některých podskupinách T lymfocytů.
Inhibiční receptory rozpoznávají molekuly MHC I. třídy, což by mohlo vysvětlovat, proč NK buňky přednostně zabíjejí buňky, které mají nízké hladiny molekul MHC I. třídy. Tento způsob interakce cílové buňky a NK buňky je známý jako „missing-self recognition“, termín vytvořený Klasem Kärrem a jeho spolupracovníky koncem 90. let. Prezentace peptidů pomocí molekul MHC I. třídy je hlavním mechanismem, kterým buňky vystavují virové nebo nádorové antigeny pro rozpoznání cytotoxickými T lymfocyty. Běžná evoluční adaptace na tento proces je pozorována jak u intracelulárních mikrobů, tak u nádorů: chronická down-regulace molekul MHC I. třídy, která činí postižené buňky neviditelné pro T lymfocyty. To jim umožňuje vyhnout se imunitní reakci zprostředkované cytotoxickými T lymfocyty. NK buňky se zjevně vyvinuly jako evoluční odpověď na tuto adaptaci (ztráta MHC eliminuje působení CD4/CD8, takže se vyvinula další imunitní buňka, která tuto funkci plní).
Dohled nad nádorovými buňkami NK buňkám často chybí antigenně specifické buněčné povrchové receptory, jsou tedy součástí přirozené imunity, tedy schopné okamžitě reagovat bez předchozí expozice patogenu. U lidí i myší hrají NK buňky zásadní roli při imunitním dohledu nad nádory. NK buňky přímo indukují smrt nádorových buněk (NK působí jako cytolytické efektorové lymfocyty), a to i v nepřítomnosti povrchových adhezních molekul a antigenních peptidů. Tato role NK buněk je kritická pro imunitní reakci zejména proto, že T lymfocyty nejsou schopny rozpoznat patogeny v nepřítomnosti povrchových antigenů. Detekce nádorových buněk vede k aktivaci NK buněk a následné produkci a uvolňování cytokinů.