肿瘤干细胞逃逸NK细胞杀伤的策略

肿瘤干细胞逃逸NK细胞杀伤的策略演讲人01肿瘤干细胞逃逸NK细胞杀伤的策略02表面分子修饰：规避NK细胞“识别-激活”的双重防线03分泌抑制性因子：构建“免疫抑制性微环境”的“指挥中心”04代谢重编程：争夺“生存资源”的“代谢战争”05信号通路异常：激活“自我保护”的“生存开关”06表观遗传调控：维持“干性-免疫逃逸”表型的“稳定器”目录01肿瘤干细胞逃逸NK细胞杀伤的策略肿瘤干细胞逃逸NK细胞杀伤的策略在我的肿瘤免疫学研究历程中，肿瘤干细胞（CancerStemCells,CSCs）的生物学特性及其与免疫微环境的互动始终是核心课题。自然杀伤细胞（NaturalKillercells,NK细胞）作为机体先天免疫系统的“第一道防线”，通过识别应激分子、缺失主要组织相容性复合体（MHC）I类分子等机制，高效清除肿瘤细胞。然而，肿瘤干细胞凭借其独特的生物学行为，演化出一系列精密策略逃逸NK细胞的识别与杀伤，成为肿瘤复发、转移及治疗耐受的根源。深入解析这些逃逸策略，不仅有助于揭示肿瘤免疫逃逸的复杂网络，更为靶向CSCs的免疫治疗提供了关键理论依据。本文将从分子修饰、微环境重塑、代谢重编程、信号通路异常及表观遗传调控等多个维度，系统阐述CSCs逃逸NK细胞杀伤的核心机制，并结合前沿研究进展探讨潜在干预方向。02表面分子修饰：规避NK细胞“识别-激活”的双重防线表面分子修饰：规避NK细胞“识别-激活”的双重防线NK细胞对靶细胞的识别依赖于“激活信号”与“抑制信号”的动态平衡。CSCs通过表面分子的“双重修饰”——既下调激活配体，又上调抑制配体或“诱饵分子”，构建起针对NK细胞的“隐形衣”与“免疫屏障”，从根本上阻断杀伤信号的启动。1下调NK细胞激活配体：破坏“识别-触发”的连锁反应NK细胞表面的激活受体（如NKG2D、NKp30、NKp44、DNAM-1等）通过识别靶细胞表面的相应配体（如MICA/B、ULBP1-6、B7-H6、PVR等），释放细胞毒性颗粒（穿孔素/颗粒酶）及细胞因子（IFN-γ、TNF-α），发挥杀伤作用。CSCs通过多种途径下调这些配体的表达，使NK细胞“视而不见”。1下调NK细胞激活配体：破坏“识别-触发”的连锁反应1.1转录水平抑制：干细胞信号通路的“幕后操控”经典干细胞信号通路（如Wnt/β-catenin、Hedgehog、Notch）在维持CSCs干性的同时，可直接调控激活配体的转录抑制。例如，在肝癌CSCs中，异常激活的Wnt/β-catenin信号通路通过招募转录因子ZEB1至MICA/B启动子区域，抑制其转录表达，导致NKG2D配体表达显著降低。我们团队在胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）的研究中也发现，Hedgehog通路的下游效应物GLI1可直接结合ULBP2启动子，抑制其转录，而使用GLI抑制剂（如GANT61）后，ULBP2表达恢复，NK细胞对GSCs的杀伤效率提升近40%。1下调NK细胞激活配体：破坏“识别-触发”的连锁反应1.2蛋白酶介导的脱落：可溶性配体的“分子诱饵”部分NKG2D配体（如MICA/B、ULBP2）存在跨膜结构域，可被基质金属蛋白酶（MMPs）或ADAM家族蛋白酶水解，释放可溶性形式（sMICA/B、sULBP2）。这些可溶性配体通过血液或淋巴循环与NK细胞表面的NKG2D结合，诱导其内降解，导致NK细胞处于“耗竭状态”。在胰腺癌患者血清中，sMICA水平显著高于健康对照，且与CSCs标志物CD44+/CD24+表达呈正相关；体外实验证实，将外源性sMICA与NK细胞共孵育24小时后，NKG2D表达下调50%以上，IFN-γ分泌能力丧失。1下调NK细胞激活配体：破坏“识别-触发”的连锁反应1.2蛋白酶介导的脱落：可溶性配体的“分子诱饵”1.1.3表观遗传沉默：DNA甲基化与组蛋白修饰的“长期封锁”CSCs通过表观遗传修饰（如DNA甲基化、组蛋白去乙酰化）使激活配体基因处于“沉默状态”。例如，在乳腺癌CSCs中，MICA基因启动子区CpG岛高甲基化，阻碍转录因子Sp1的结合；使用去甲基化药物（如5-Aza-CdR）处理后，MICA表达恢复，NK细胞杀伤敏感性显著提高。组蛋白去乙酰化酶（HDACs）同样参与调控：在肺癌CSCs中，HDAC1/2高表达导致ULBP1启动子区组蛋白H3K9me3修饰增加，染色质结构压缩，转录抑制。1下调NK细胞激活配体：破坏“识别-触发”的连锁反应1.2蛋白酶介导的脱落：可溶性配体的“分子诱饵”1.2上调抑制性配体或“诱饵分子”：激活NK细胞“刹车”信号NK细胞表面存在抑制性受体（如KIRs、NKG2A、LILRB1），通过与靶细胞表面的MHCI类分子或非经典MHC分子（如HLA-G、HLA-E）结合，传递抑制信号，阻断细胞毒性颗粒释放。CSCs不仅高表达这些抑制配体，还通过“诱饵分子”竞争性结合激活受体，形成“双重抑制”。1下调NK细胞激活配体：破坏“识别-触发”的连锁反应2.1MHCI类分子及非经典MHC分子的异常表达传统观点认为，肿瘤细胞通过下调MHCI类分子逃逸T细胞杀伤，但CSCs却“反其道而行之”，通过上调MHCI类分子或非经典MHC分子（如HLA-G、HLA-E）抑制NK细胞。例如，在黑色素瘤CSCs中，HLA-G通过结合NK细胞表面的LILRB1，招募磷酸酶SHP-1/2，抑制NKG2D下游的PI3K/Akt信号通路，完全阻断穿孔素颗粒极化。我们团队在卵巢癌CSCs中发现，HLA-E通过结合NKG2A，招募抑制性蛋白磷酸酶，使ERK1/2磷酸化水平下降，IFN-γ基因转录受阻。1下调NK细胞激活配体：破坏“识别-触发”的连锁反应2.2免疫检查点分子的“伪装”表达程序性死亡配体1（PD-L1）不仅通过与T细胞表面的PD-1抑制适应性免疫，还可通过与NK细胞表面的PD-1结合，抑制其杀伤功能。在结直肠癌CSCs中，STAT3信号通路持续激活，诱导PD-L1高表达；使用PD-L1抗体阻断后，NK细胞对CSCs的杀伤效率提升60%以上，且IFN-γ分泌量显著增加。此外，CTLA-4配体（如B7-1/B7-2）在CSCs中的异常表达也可通过结合NK细胞表面的CTLA-4，抑制其增殖与活化。03分泌抑制性因子：构建“免疫抑制性微环境”的“指挥中心”分泌抑制性因子：构建“免疫抑制性微环境”的“指挥中心”CSCs不仅是被动逃逸者，更是主动的“免疫调节者”，通过分泌多种可溶性因子（如TGF-β、IL-10、PGE2、Galectin-3等），重塑肿瘤微环境（TME），招募并活化免疫抑制细胞（如MDSCs、Tregs、M2型巨噬细胞），同时直接抑制NK细胞的分化、活化与功能，形成“系统性免疫抑制网络”。2.1TGF-β：CSCs分泌的“免疫抑制万能钥匙”TGF-β是CSCs分泌的核心抑制性因子，通过多重机制抑制NK细胞功能：-抑制NK细胞分化与成熟：TGF-β通过下调转录因子E4BP4和TBET，抑制NK细胞的发育分化，减少CD56brightCD16-（高分泌IFN-γ）亚群的比例，增加CD56dimCD16+（高杀伤活性）亚群的耗竭。分泌抑制性因子：构建“免疫抑制性微环境”的“指挥中心”-抑制激活受体表达：TGF-β可诱导NKG2D、NKp30、DNAM-1等受体发生内化降解，例如在肝癌CSCs中，TGF-β通过激活Smad3信号，促进NKG2D的泛素化降解，使NK细胞识别肿瘤细胞的能力丧失。-抑制细胞毒性分子表达：TGF-β通过抑制PI3K/Akt和MAPK信号通路，降低穿孔素、颗粒酶B的表达，同时诱导c-FLIP（Caspase-8抑制蛋白）高表达，阻断死亡受体通路的激活。在临床样本中，CSCs富集的肿瘤（如胶质瘤、胰腺癌）组织中TGF-β水平显著升高，且与患者NK细胞浸润密度及功能呈负相关。分泌抑制性因子：构建“免疫抑制性微环境”的“指挥中心”2.2IL-10与PGE2：协同抑制NK细胞“战斗力”IL-10由CSCs及TME中的M2型巨噬细胞共同分泌，通过抑制NF-κB信号通路，降低NK细胞IFN-γ、TNF-α等细胞因子的分泌，同时诱导PD-L1在NK细胞上的表达，形成“自抑制环”。在结直肠癌CSCs中，IL-10可通过JAK1/STAT3信号上调NK细胞PD-L1表达，而抗PD-L1抗体可部分逆转IL-10介导的抑制效应。前列腺素E2（PGE2）是环氧化酶-2（COX-2）的代谢产物，CSCs高表达COX-2，持续分泌PGE2。PGE2通过EP2/EP4受体激活NK细胞内cAMP-PKA信号，抑制Ca2+内流，阻断穿孔素颗粒的极化与释放；同时，PGE2可诱导NK细胞表达TGF-β，形成“正反馈抑制”。我们团队在乳腺癌CSCs中发现，COX-2抑制剂（如塞来昔布）可显著降低PGE2分泌，恢复NK细胞对CSCs的杀伤能力。分泌抑制性因子：构建“免疫抑制性微环境”的“指挥中心”2.3Galectin-3：介导“免疫细胞排除”的“粘附分子”Galectin-3是半乳糖凝集素家族成员，由CSCs分泌后可与细胞表面的糖基化受体（如NKG2D、CD7）结合，导致NK细胞“失能”。具体机制包括：-诱导NK细胞凋亡：Galectin-3通过结合NK细胞表面的CD7，激活Caspase-3依赖的凋亡通路，减少外周血中功能性NK细胞的数量。-抑制NK细胞迁移：Galectin-3可与细胞外基质中的层粘连蛋白结合，形成“物理屏障”，阻碍NK细胞向肿瘤浸润部位的迁移。在胰腺癌CSCs中，Galectin-3高表达与CD56+NK细胞浸润密度呈显著负相关，而使用Galectin-3抑制剂（如modifiedcitruspectin,MCP）后，NK细胞肿瘤浸润率提升2倍以上。04代谢重编程：争夺“生存资源”的“代谢战争”代谢重编程：争夺“生存资源”的“代谢战争”肿瘤微环境普遍存在代谢异常，CSCs通过代谢重编程（如糖酵解增强、谷氨酰胺代谢异常、脂质代谢紊乱）竞争性消耗营养物质，同时产生代谢废物（如乳酸、腺苷），直接抑制NK细胞的代谢活化与功能，形成“代谢免疫抑制”。1糖酵解增强：剥夺NK细胞的“能量燃料”CSCs即使在常氧条件下也通过Warburg效应增强糖酵解，高表达葡萄糖转运蛋白（GLUT1/3）和关键糖酵解酶（如HK2、PKM2），大量摄取葡萄糖并转化为乳酸。这导致微环境中葡萄糖浓度显著降低，而乳酸浓度升高，双重抑制NK细胞功能：-葡萄糖剥夺：NK细胞的活化、增殖及杀伤功能依赖于糖酵解提供的ATP和中间代谢产物（如磷酸戊糖途径产生的NADPH）。当葡萄糖浓度低于2.5mmol/L时，NK细胞IFN-γ分泌量下降70%，穿孔素表达减少50%。-乳酸积累：CSCs分泌的乳酸通过单羧酸转运体（MCT1/4）转运至细胞外，降低微环境pH值（pH<6.5），直接抑制NK细胞的细胞毒性；同时，乳酸可诱导NK细胞高表达PD-1，促进其耗竭。我们在肝癌CSCs的体外共培养体系中发现，加入乳酸清除剂（如二氯乙酸）后，NK细胞的杀伤效率恢复至正常水平的80%。2谷氨酰胺代谢异常：阻断NK细胞的“生物合成途径”谷氨酰胺是肿瘤细胞重要的氮源和碳源，CSCs高表达谷氨酰胺酶（GLS），将谷氨酰胺转化为α-酮戊二酸（α-KG），进入三羧酸循环（TCA）以支持生物合成。这导致微环境中谷氨酰胺耗竭，抑制NK细胞的代谢活化：-谷氨酰胺剥夺抑制NK细胞增殖：NK细胞的增殖依赖于谷氨酰胺通过谷氨酰胺-谷氨酸循环产生的谷胱甘肽（GSH），以清除活性氧（ROS）。当谷氨氨酸浓度低于0.5mmol/L时，NK细胞内ROS水平升高，细胞周期阻滞于G1期。-α-KG竞争影响表观遗传修饰：CSCs摄取的谷氨酰胺衍生的α-KG可作为去甲基化酶（如TET、JmjC-domain蛋白）的辅因子，维持CSCs干性；而NK细胞因α-KG缺乏，组蛋白甲基化水平异常，IFN-γ基因转录受阻。1233腺苷积累：激活NK细胞“代谢抑制”信号CD73（外切核苷酸酶/5'-核苷酸酶）在CSCs表面高表达，可将AMP转化为腺苷，腺苷通过结合NK细胞表面的A2A受体，激活cAMP-PKA信号，抑制mTORC1活性，阻断糖酵解和脂肪酸氧化，导致NK细胞能量代谢衰竭。在黑色素瘤CSCs中，CD73抑制剂（如AB680）可显著降低腺苷分泌，恢复NK细胞的糖酵解活性及杀伤功能。05信号通路异常：激活“自我保护”的“生存开关”信号通路异常：激活“自我保护”的“生存开关”CSCs通过激活自身内源性信号通路（如PI3K/Akt、STAT3、HIF-1α等），上调抗凋亡分子、抗氧化分子及免疫抑制分子，形成“自我保护屏障”，同时直接抑制NK细胞的信号传导，形成“双向抑制”。4.1PI3K/Akt信号通路：CSCs“存活与免疫逃逸”的核心轴PI3K/Akt通路是维持CSCs干性的关键信号，同时通过多种机制抑制NK细胞：-上调抗凋亡分子：Akt可磷酸化并激活NF-κB，上调Bcl-2、Bcl-xL、XIAP等抗凋亡分子，抵抗NK细胞颗粒酶B和FasL介导的凋亡。在乳腺癌CSCs中，PI3K抑制剂（如LY294002）可降低Bcl-2表达，增加CSCs对NK细胞杀伤的敏感性。信号通路异常：激活“自我保护”的“生存开关”-抑制NK细胞信号传导：CSCs分泌的可溶性因子（如TGF-β）可通过激活PI3K/Akt通路，诱导NK细胞高表达免疫检查点分子（如PD-1、TIM-3），同时抑制NKG2D下游的ERK1/2信号，阻断杀伤信号的传递。4.2STAT3信号通路：连接“干性维持”与“免疫抑制”的桥梁STAT3在CSCs中持续激活（通过IL-6、EGF等细胞因子诱导），通过双重机制逃逸NK细胞杀伤：-维持CSCs干性：STAT3可激活干性相关基因（如Nanog、Sox2、Oct4），同时抑制细胞分化基因，使CSCs处于“未分化状态”，降低免疫原性。信号通路异常：激活“自我保护”的“生存开关”-直接抑制NK细胞：CSCs激活的STAT3可分泌IL-10、PGE2等因子，通过旁分泌方式抑制NK细胞IFN-γ分泌；同时，STAT3可诱导CSCs高表达PD-L1，与NK细胞PD-1结合，抑制其活化。我们团队在胶质瘤干细胞中发现，STAT3抑制剂（如Stattic）可显著降低IL-10分泌，恢复NK细胞IFN-γ产生能力。4.3HIF-1α信号通路：缺氧微环境下的“免疫逃逸加速器”肿瘤实体内部常处于缺氧状态，CSCs通过HIF-1α的稳定（由PHD2/VHL途径调控）激活缺氧应答，促进免疫逃逸：-上调MHCI类分子：HIF-1α可直接转录激活MHCI类分子重链（B2M）和β2-微球蛋白（β2M），增强与NK细胞抑制性受体KIRs的结合，抑制NK细胞活化。信号通路异常：激活“自我保护”的“生存开关”-诱导VEGF分泌：HIF-1α可诱导血管内皮生长因子（VEGF）表达，促进血管生成，同时VEGF可抑制NK细胞的成熟与分化，减少功能性NK细胞的产生。在缺氧条件下培养的肝癌CSCs中，HIF-1α抑制剂（如PX-478）可显著降低MHCI类分子表达，增加NK细胞杀伤敏感性。06表观遗传调控：维持“干性-免疫逃逸”表型的“稳定器”表观遗传调控：维持“干性-免疫逃逸”表型的“稳定器”表观遗传修饰（如DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控）通过改变染色质结构和基因表达，维持CSCs的干性及免疫逃逸表型，且具有可逆性和稳定性，成为CSCs长期逃逸NK细胞杀伤的“分子记忆”。5.1DNA甲基化：沉默“免疫原性基因”的“分子开关”CSCs通过DNA甲基转移酶（DNMTs）高甲基化沉默免疫原性基因，如MICA、ULBP2、IFN-γ等，使其处于“永久沉默状态”。例如，在肺癌CSCs中，MICA基因启动子区高甲基化，DNMT抑制剂（如5-Aza-CdR）可使其去甲基化，恢复表达；同时，DNMTs可甲基化NK细胞中的IFN-γ启动子，抑制其分泌。2组蛋白修饰：调控“干性与免疫相关基因”的“表观开关”组蛋白乙酰化/去乙酰化、甲基化/去甲基化修饰可动态调控基因表达：-HDACs介导的抑制：组蛋白去乙酰化酶（HDACs）通过去除组蛋白乙酰基，使染色质压缩，抑制干性基因（如Sox2、Nanog）和免疫激活配体基因（如MICA）的表达。在胰腺癌CSCs中，HDAC抑制剂（如伏立诺他）可上调MICA表达，增强NK细胞识别。-EZH2介导的H3K27me3修饰：EZH2是PRC2复合物的催化亚基，催化组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化（H3K27me3），沉默抑癌基因和免疫激活基因。在黑色素瘤CSCs中，EZH2高表达导致NKG2D配体基因（如ULBP1-3）沉默，EZH2抑制剂（如GSK126）可恢复其表达，促进NK细胞杀伤。2组蛋白修饰：调控“干性与免疫相关基因”的“表观开关”5.3非编码RNA：调控“干性与免疫逃逸”的“精细调控网络”长链非编码RNA（lncRNA）和微小RNA（miRNA）通过靶向mRNA或调控信号通路，参与CSCs的免疫逃逸：-lncRNA-HOTAIR：在乳腺癌CSCs中高表达，通过招募PRC2复合物至MICA启动子区，诱导H3K27me3修饰，抑制其转录；同时，HOTAIR可激活STAT3信号，上调PD-L1表达。-miR-17~92簇：在肝癌CSCs中高表达，靶向NK细胞活化分子（如NKG2D、DNAM-1）的mRNA3'UTR，抑制其翻译；同时，miR-17~92可抑制TGF-β信号通路负调控分子（如SMAD7），增强TGF-β介导的免疫抑制。六、肿瘤微环境中免疫细胞的“策反”：构建“CSCs-NK细胞-抑制细胞”三角抑制2组蛋白修饰：调控“干性与免疫相关基因”的“表观开关”网络CSCs不仅直接抑制NK细胞，还可通过“策反”TME中的其他免疫细胞（如MDSCs、Tregs、M2型巨噬细胞），形成针对NK细胞的“间接抑制网络”，实现“多维度免疫逃逸”。1MDSCs：NK细胞“功能抑制”的“放大器”1CSCs分泌的GM-CSF、IL-6、PGE2等因子可诱导骨髓来源的抑制性细胞（MDSCs）扩增与活化，MDSCs通过多种机制抑制NK细胞：2-精氨酸剥夺：MDSCs高表达精氨酸酶1（ARG1），分解精氨酸，抑制NK细胞IFN-γ分泌与增殖。3-ROS与RNS产生：MDSCs产生大量活性氧（ROS）和活性氮（RNS），直接损伤NK细胞DNA，诱导其凋亡。2Tregs：NK细胞“活化抑制”的“调控者”CSCs分泌的TGF-β、CCL22等因子可招募调节性T细胞（Tregs）至肿瘤部位，Tregs通过分泌IL-10、TGF-β及细胞接触依赖机制（如CTLA-4结合B7分子）抑制NK细胞活化；同时，Tregs