NK细胞空间分布调控肺转移监测新机制——LFA-1/VLA-4介导的血管锚定与TGF-β驱动的功能分化

《Nature Communications》：Tissue localization of natural killer cells dictates surveillance of lung metastasis

本研究针对肺转移过程中NK细胞时空动态调控机制不清的难题，通过整合单细胞测序、细胞互作分析及基因编辑模型，揭示分化程度不同的NK细胞亚群（CD11bhigh与CD27high）在肺血管区室化分布的核心规律。研究发现LFA-1/ICAM-1与VLA-4/VCAM-1介导成熟NK细胞锚定于肺血管腔，实现早期转移细胞清除；而转移灶内TGF-β信号通过诱导CD27high NK细胞向组织驻留表型分化，同时抑制CD11bhigh NK细胞杀伤功能。该研究为靶向NK细胞空间分布的肺转移免疫治疗提供新策略。

　　

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，而肺脏作为高发转移器官，其免疫监视机制亟待深入解析。自然杀伤细胞（NK细胞）作为先天免疫的核心力量，虽被证实可清除肺内转移肿瘤细胞，但在转移进展过程中却逐渐功能失调，这一矛盾现象长期困扰研究者。传统观点将NK细胞功能衰减归因于肿瘤细胞的免疫逃逸机制，但NK细胞自身在时空维度上的动态行为规律仍如黑箱。

为揭开这一谜题，苏黎世大学Marijne Vermeer团队在《Nature Communications》发表最新研究，通过多维度技术手段首次描绘出NK细胞在肺转移过程中的空间分布图谱。研究人员发现，肺血管内高度分化的CD11b^high NK细胞通过LFA-1/VLA-4整合素系统锚定于血管壁，形成高效早期监测网络；而转移灶内浸润的CD27^high NK细胞则受TGF-β信号驱动发生功能重编程。这一区室化分布机制为理解肺转移免疫逃逸提供了新视角。

研究团队采用多种关键技术方法：通过静脉注射荧光标记肿瘤细胞构建实验性肺转移模型，利用抗CD45抗体体内标记技术区分血管内外免疫细胞；采用流式细胞术分析NK细胞分化标志物（CD11b/CD27）表达；通过单细胞RNA测序解析NK细胞转录组特征；使用CX3CR1基因敲除鼠与TGF-β受体2条件性敲除鼠（Ncr1^CreTgfbr2^fl/fl）验证细胞迁移与分化机制；结合CellChat算法预测NK细胞与肺内皮细胞的互作网络；采用免疫荧光成像技术可视化NK细胞空间定位。

NK细胞在肺血管内快速清除转移肿瘤细胞

通过建立PyMT乳腺癌细胞肺转移模型，研究人员发现NK细胞仅在肿瘤接种前24小时被清除时才导致转移负荷增加，提示其作用集中于早期清除阶段。

进一步通过体内CD45双标记技术证实，稳态下超过90%的肺NK细胞位于血管腔内，且肿瘤接种后6-72小时内仍保持血管内分布。这种空间定位特性使NK细胞能够直接接触循环肿瘤细胞，通过颗粒酶B（Gzmb）和穿孔素介导的细胞毒性作用实现快速清除。

分化成熟的CD11b^high NK细胞倾向归巢至肺血管

比较不同器官NK细胞表型发现，肺内NK细胞主要表现为终末分化表型（CD11b^highCD27^low），高表达KLRG1、Gzmb和CX3CR1。通过将CD27^high与CD11b^high NK细胞以1:1比例过继转移至免疫缺陷鼠，12小时后肺血管内CD11b^high细胞比例显著偏高，且这种偏倚并非由原位分化所致。机制上，肺内皮细胞高表达CX3CL1（fractalkine），而CX3CR1缺陷型NK细胞的肺归巢能力下降，提示CX3CL1-CX3CR1轴参与分化NK细胞的定向迁移。

LFA-1与VLA-4介导NK细胞锚定于肺血管

基于单细胞转录组数据的CellChat分析预测，NK细胞与肺内皮细胞间存在强烈的整合素-配体相互作用，其中LFA-1（CD11a/CD18）与ICAM-1/ICAM-2、VLA-4（CD49d/CD29）与VCAM-1为关键互作对。

体内阻断LFA-1或VLA-4导致血管内NK细胞数量减少，并诱发细胞凋亡。联合阻断实验显示，双抗体处理可完全抑制NK细胞对肿瘤细胞的清除能力，效果与NK细胞完全清除相当。体外粘附实验进一步证实，LFA-1/VLA-4阻断显著降低NK细胞与内皮细胞的粘附强度。

转移结节内CD27^high NK细胞富集与功能重塑

在转移进展期（接种后15天），虽然全肺组织中血管外NK细胞比例仍较低，但分离的转移结节中约40%的NK细胞为血管外分布。这些结节内NK细胞呈现CD27^high低分化表型，而血管内NK细胞保持CD11b^high表型。单细胞测序发现肿瘤相关NK细胞高表达组织驻留标志（CD49a）和TGF-β信号基因（Tgfb1、Smad7）。人类非小细胞肺癌数据分析同样显示，肿瘤内NK细胞呈现CD56^brightCD16^neg表型，并具有TGF-β印记特征。

TGF-β信号驱动NK细胞功能区室化

过继转移实验表明，CD27^high NK细胞更易浸润转移结节，而CD11b^high NK细胞主要滞留于血管内。值得注意的是，结节内CD11b^high NK细胞迅速下调CX3CR1、KLRG1和Gzmb表达，而TGF-β受体2缺陷型NK细胞能部分恢复这些效应分子表达。更重要的是，TGF-β信号缺失显著增强CD27^high NK细胞在结节内的持久性，提示靶向TGF-β信号可优化NK细胞抗肿瘤功能。

本研究创新性地揭示肺转移过程中NK细胞功能发挥依赖于其空间分布与分化状态的动态匹配。血管内分化NK细胞通过整合素介导的锚定作用履行早期清除功能，而转移灶内微环境通过TGF-β信号驱动NK细胞向组织驻留表型分化，这种区室化调控机制既保障了早期免疫监视效率，又解释了晚期免疫逃逸现象。该研究为开发靶向NK细胞空间分布的新型免疫疗法提供理论依据，特别是针对TGF-β信号通路调控CD27^high NK细胞策略，有望突破当前肺转移免疫治疗瓶颈。