NK細胞　SARS-CoV-2に対する両刃の剣

要旨

ナチュラルキラー（NK）細胞は、微生物から個人を守る自然免疫の重要な役割を担っている。NK細胞は、特定の抗原を提示することなく、感染した細胞を直接標的にすることができるため、侵入してきたウイルスに対する最初の防御ラインとなる。

NK細胞は、樹状細胞のような様々な細胞タイプと細胞ネットワークを構築することで、抗ウイルス適応免疫応答を増幅・調節することができる。このレビューでは、現在進行中のCOVID19パンデミックの原因となっているSARS-COV2感染症におけるNK細胞の役割について、ウイルス性呼吸器感染症や炎症性肺障害におけるNK細胞の役割について議論の的となっていることを念頭に置きながら検討していく。

我々は、ヒトにおける以前のコロナウイルスのアウトブレイク（SARS-CoV-1およびMERS-COVによる）から得られた教訓について議論する。

1. 序論

コロナウイルス病（COVID-19）は、中国湖北省武漢市での呼吸器疾患症例のバースト中に初めて同定された新規のベータコロナウイルス属である重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2;以前は-nCoVとして指定されていた）によって引き起こされる新規のウイルス感染症である。この病気は数週間でパンデミックとなり、5月28日の時点で5,593,631人の症例と353,334人の確定死亡が報告されている。最近の豊富なデータは、制御されていない免疫応答およびその炎症性成分が、罹患率および死亡率の主な原因であることを強調している。COVID-19におけるウイルス-宿主反応を形成する初期のイベントをよりよく理解する必要性を否定していない。

このシナリオでは、自然免疫系の構成要素が、ウイルス感染の検出およびクリアランスのためのファーストレスポンダーとして機能することを思い出す価値がある。自然免疫細胞は、ウイルスの複製を阻害する炎症性サイトカインを分泌し、適応免疫応答を刺激し、他の免疫細胞を感染部位に勧誘する。効率的な免疫応答の実施は、ウイルス感染細胞の制御とクリアランスにおいて重要な側面である。実際、自然免疫応答と適応免疫応答は、微生物感染から宿主を保護するために協力している。

NK細胞は、その機能が、ウイルス、細菌および寄生虫感染に対する第一の防御の第一線で重要である自然免疫細胞であり、腫瘍の監視、それらの機能の枯渇は、疾患の進行と相関している。さらに、NK細胞は、自然免疫応答および適応免疫応答を統合する上で極めて重要なプレーヤーであると考えられている。これらの理由から、NK細胞は、HBV、HCVおよびHIVのような、これまでのところ世界的に主要な健康問題を代表する感染症の異なる設定において広範囲に研究されてきた。

COVID-19は世界中に急速に広がっており、現代科学が直面しなければならない最も困難な課題の一つである。この原稿を書いている時点で、SARS-CoV-2感染時のNK細胞の数および機能の変動についてのデータの増加体が出現しており、それを臨床症状の重症度および転帰と相関させている。しかしながら、この観察の機能的意味合いを解明する必要がある。

NK細胞は、IL-2、IL-12、IL-15およびタイプI INFを含む多数のサイトカインによって活性化される。一旦活性化されると、それらは、CCL3/MIP1α、CCL4/MIP1β CCL5/RANTESなどのいくつかのケモカイン、およびインターフェロン-γ（IFN-γ）、腫瘍壊死因子（TNF）、および顆粒球/マクロファージコロニー刺激因子（GM-脳脊髄液）などのサイトカインを産生する。これらの可溶性因子は、造血において重要な制御的役割を果たすだけでなく、プライミングまたは細胞ネットワークの活性化にも寄与する。

実際、NK細胞は、NK細胞-DC細胞相互作用および特定のサイトカインの分泌の両方を必要とするプロセスを介して、自己樹状細胞（DC）との積極的かつ双方向のクロストークに関与していることが示されている。さらに、単球／マクロファージおよび好中球は、NK細胞のリクルートおよび活性化を調節することが示されており、これにより、過剰に刺激されたマクロファージを排除することができる。この「mènage à trois」は、NK細胞によるIFN-γ産生を誘導する目的で、細胞由来のサイトカインによって媒介される正の増幅ループと同様に、直接的な相互作用を伴う。

これらの相乗的相互作用の最終的な結果は、組織部位におけるウイルス感染などの炎症性刺激に応答する自然免疫および適応免疫の両方の調整および最適化である。この非常にダイナミックなシナリオにおいて、NK細胞は、COVID-19患者における免疫応答の質を決定する上で重要なプレーヤーとして構成される可能性が高く、ウイルスへの直接的な応答-感染細胞を排除することによる-と、DC、モノクチンおよびT細胞を殺すことによる全身性の炎症応答-との決定的なバランスをとる。このバランスの喪失は、より重篤な症例を代表する過活動性サイトカイン反応が急速に血管過疎、多臓器不全、および最終的には死のリスクの増加をもたらすので、COVID-19の間に重要であるように思われる。

2. ウイルスに対する防御としてのNK細胞

NK細胞は、ウイルス感染に対する効率的な防御シールドであることが知られている。最初の実験的証拠は1980年代後半に出現したもので、NK細胞欠損症の若い患者で重度のヘルペスウイルス感染が再発したという報告がある。NK細胞が事前の抗原感作を必要としないという事実は、NK細胞を自然免疫応答の初期段階から、抑制性と活性化NK細胞受容体（NKR）の間のダイナミックなバランスによって制御されるいくつかのエフェクター機能を介して病原体と戦う準備ができていることを意味する。

実際、NK細胞は、クラスI（MHC-I）分子の「自己」主要組織適合性複合体を十分なレベルで発現している正常細胞を免れる一方で、「非自己」細胞標的を溶かすことができる。この細胞溶解機能は、古典的または非古典的なヒト白血球抗原（HLA）対立遺伝子に特異的に結合する阻害性NKR（iNKR）の不均一なファミリーによって制御される。ウイルス感染細胞の表面でHLA-I分子の発現が低下したり、発現しなかったりすると、iNKRの結合が低下し、その結果、大規模な活性化NKR（aNKR）が細胞毒性を誘発することになる。

NK細胞を殺すためにaNKRが発揮する「オンシグナル」は、ウイルス感染した標的細胞上の活性化受容体のリガンドの発現に依存している。これらの特異的なリガンドの認識は、NK細胞による溶解顆粒の放出に関連したaNKR介在下流経路の関与に必要である。NK細胞が存在しない場合、HSV-2感染マウスは感染しやすくなり、ウイルス力価が上昇し、死亡率が上昇する。自然免疫応答の重要な構成要素として、NK細胞は、感染細胞の細胞溶解およびINF-γとしての炎症性サイトカインの放出を誘導するように作用する。

NK細胞は、主に、タイプI-INFのような炎症性刺激に応じてDCから放出されるIL-15によって活性化されるが、他の養子移行戦略が提案されている。Murine Citomegalovirus感染の文脈において、IFN受容体がNK細胞上で活性化されるために必要とされないことが示されている。さらに、NK細胞は、IL-8を介して単球によってIFN-γを産生するためにプライミングされる可能性があることが示されている。実際、炎症性単球のリクルートが欠損したCCR2-/-マウスモデルが、NK細胞によるIFN-γ産生の有意な減少を示すという事実から示唆されるように、自然免疫NK応答は単球に依存している可能性がある。NK活性化における単球の中心的な役割は、例えばHCV感染において、ヒトPBMCsから炎症性単球を試験管内試験（in vitro）で枯渇させることでNK細胞応答が抑制されたことがよく述べられている。

2.1. 呼吸器感染症におけるNK細胞

NK細胞の初期の自然免疫機能は、呼吸器系ウイルス感染に対する免疫防御に不可欠であり、有益であることを示す広範な証拠が存在する。これらの活動には、抗ウイルス性サイトカインの産生（例えば、IFN-γ）およびウイルス感染細胞の溶解が含まれる。呼吸器同期ウイルス（RSV）、センダイウイルス（パラインフルエンザウイルス）、およびインフルエンザAウイルス（マウスおよびハムスターにおけるIAV）の低〜中間の接種量では、NK細胞の活性は、ウイルス負担を軽減し、致命的な疾患から保護することができる。

豚の実験的インフルエンザ感染の過程では、TNF-α、およびIL-1およびIL-6とともに気管支肺胞分泌物中にI型IFNが検出される。IFN反応は接種後12時間以内に始まり、最大のウイルス複製とともに18～24時間以内にピークを迎える。さらに、肺プロ炎症性サイトカインのレベルは、臨床徴候の強度および気管支肺胞液中の新好中球浸潤と相関している。

病原体クリアランスに肺に特異的にリクルートされた常駐NK細胞と循環NK細胞の相対的な貢献はまだ定義されていない。

それにもかかわらず、恒常性維持中のヒト肺常駐NK細胞のアレルギー状態は、肺に高活性NK細胞を持続させることは、有益というよりも有害であり、潜在的に臓器損傷を悪化させる可能性があることを示唆している。注目すべきことに、NK細胞は、肺の損傷を増強し、ウイルスのより高い力価および強い炎症反応によって特徴付けられる呼吸器感染症の間のマウスの生存を減少させることができる。増加したIFN-γ産生をもたらすNK細胞活性の上昇は、IAVおよびRSV感染の両方の間に肺の炎症を悪化させるのに役立つ。さらに、上昇したIL-2およびIL-18は、この有害なプロセスを増幅し、間質性肺炎を有利にする。NK細胞による不可逆的な肺損傷は、NK細胞によるウイルス感染気道上皮細胞の強固な細胞溶解除去が、肺の機能的および再生能力を上回るかもしれない重要な抗ウイルス機能であるため、IFN-γ産生の単なる不幸な副作用以上のものであるかもしれない。

2.2. 非COVID-19コロナウイルス感染症におけるNK細胞

上述したように、NK細胞は、動物モデルおよびヒトにおいてウイルス感染制御に関与している。しかしながら、我々の知る限りでは、NK細胞とSARSとの間の相互作用はほとんど記述されていない。

Huaらは、Murine Hepatitis Virus Strain 1（MHV-1）、マウスでSARSの臨床モデルを再現することができる）の鼻腔内接種が、NK活性化をプライミングし、タイプI INFシグナル伝達を介してLy6C +炎症性単球の肺リクルートを増加させ、第二のコロナウイルス感染に向けた自然免疫介在性制御を生成することを証明した。

NK細胞の細胞毒性は、標的細胞上に発現したMHC-Iに結合するCD158bを含む多数の受容体によって制御される。Xiaらは、SARS患者では、マイコプラズマ肺炎による間質性肺炎の患者と対照群に比べて、NK細胞の総数およびCD158b+NK細胞の総数および割合が有意に低かったことを報告している。NK細胞数とCD158b+ NK細胞の割合は、疾患経過全体にわたって低値を維持し、発症40日目以降に回復し始めた。重症SARS症例では、3つのパラメータすべてが軽症SARS症例に比べて有意に低かった。また、軽症SARSとM. pneumoniae感染群との間には有意差は認められなかった。

SARSウイルスがNK細胞の数や機能をどのように変化させるのか、そのメカニズムを解明する必要がある。SARS患者におけるCD158bのダウンレギュレーションのメカニズムはまだ研究中であり、Xiaらによると、このメカニズムの下には以下の2つの可能性が考えられるという。（i） CD158bがNK表面から剥離して血清中に可溶化する、および/または（ii） CD158bの発現が転写レベルまたは翻訳レベルでダウンレギュレーションされる、という2つのメカニズムが考えられる。NK総数の減少については、以下のようなことが考えられる。（i）感染した標的細胞を殺した後のNK細胞溶解;および/または（ii）標的臓器（例えば、肺）への再分配。

2.3. COVID-19のNK細胞

リンパ球減少症がCOVID-19の重症化と関連していることは、いくつかのエビデンスから裏付けられている。具体的には、T細胞およびCD8+T細胞数は、COVID-19患者において、非感染例と比較して減少し、COVID-19患者の中で、重症例は、軽症例と比較して有意に低いカウントを呈した。同様に、NK細胞数は、SARS-Cov-2感染中に顕著に減少し、重症患者において優勢である。これは、上述したSARSの過去の所見と一致しており、この所見は肺などの標的臓器へのNKの隔離によるものであると考えられる。しかし、この減少が感染部位でのNK細胞の再分配によるものなのか、細胞死によるものなのかは現時点では不明である。

さらに、T細胞とNK細胞の枯渇の非常に興味深いメカニズムが、Zhengらによって仮説が立てられている。彼らの研究では、抑制性シグナルを伝達し、T細胞およびNKサイトカインの分泌および細胞傷害機能を抑制するNKグループ2メンバーA（NKG2A）受容体が、COVID-19患者では健常対照と比較して過剰発現しているのに対し、活性化マーカーCD107a、IFNɣ、IL-2、およびTNFɑを発現するTおよびNK細胞の割合が有意に低かったことを観察している。これらのデータをまとめると、重度のCOVID-19患者は、末梢性CD8+ TおよびNK細胞の機能的枯渇に起因すると思われる自然免疫応答が著しく低下していることが示された（図1）。

図1

図1. SARS-Cov-2とNK細胞の相互作用の両面メカニズムの仮説。有効な免疫自然応答の場合、NK細胞は活性化マーカーCD107aを発現し、IFNɣ、IL-2、TNFɑを放出する（右側）。疲弊した場合、NK細胞は抑制性のNKG2A受容体を過剰に発現し、T細胞やNKの細胞傷害機能を抑制し、プロ炎症状態を有利にしている（左側）。

NK細胞エフェクター機能の喪失は、マクロファージ活性化症候群（血球貪食性リンパ組織球症、HLHとも呼ばれる）の最も顕著な免疫学的特徴であり、これは感染症によって誘発され得る状態であり、ShoenfeldらがSARS-CoV-2関連サイトカインストームと比較している「高フェリチン血症症候群」に酷似している。HLHで起こることと同様に、局所的および全身的な炎症は、NK細胞エフェクター機能の低下に寄与する;具体的には、上昇したIL-6およびIL-10レベル（COVID-19で観察されるものとして）は、PERFおよびグランザイムBの発現としてのNK細胞傷害活性を阻害することが可能である）。さらに、IL-6は、感染細胞の殺傷に重要なNKG2Dの発現を減少させることにより、NK活性をさらに損なう可能性がある。

Xiongらは、COVID-19患者からのPBMCsにおけるいくつかのアップレギュレートされた遺伝子がアポトーシス経路に関与していることを示し、リンパ減少がSARS-CoV-2媒介のアポトーシスに起因する可能性があることを示唆し、したがって細胞死仮説を支持する。

対照的に、標的部位の隔離メカニズムを支持するために、COVID-19患者（3人の重症例および3人の軽症例）からの気管支肺胞液（BALF）サンプルのscRNA-seq分析は、対照と比較してCOVID-19患者においてより多くの量のNK細胞を検出することを可能にし、肺へのNK細胞の輸送を示唆した（Liao er al）。最後に、8人のCOVID-19症例からのBALFのバルクRNA-seqは、COVID-19症例の安静時NK細胞の有意な減少を健常対照と比較して発見したが、活性化されたNK細胞の数に変化は見られなかった。

Zhouらが分析したコホートでは、サンプリングの時間が症状の発症日に近かったことから、これら2つの研究の間の不一致は説明できた。

これらのデータを総合すると、SARS-CoV-2に感染すると、NK細胞は末梢血を出て肺に移動し、局所的な炎症や損傷に寄与する可能性があることが示唆された。また、血液中に残ったNK細胞は疲弊した表現型を示し、他の臓器へのウイルスの拡散を促進する（図2）。

図2

図2.COVID-19の間の循環と肺に留まるNK細胞の仮説された反対の挙動。循環に残っているNK細胞は、ウイルスの拡散を促進する枯渇した表現型を示している一方で、血液を排出し、肺へのトラフィックのNK細胞は、局所的な炎症や組織の損傷に貢献している。

COVID19病でNK細胞および/またはNK細胞モジュレーションを使用する根拠は、NK細胞の有益な抗ウイルス作用と有害な病理学的作用のバランスを決定するであろう、NK細胞の治療上の「微調整」のタイミングに基づいていなければならない。マウスにおける仙台パラインフルエンザウイルス感染の間、NK細胞の早期注入は、低用量接種の感染を部分的に制御したが、感染の後期段階での治療開始は、ウイルス複製および関連する罹患率を増加させた。

同様に、重度のSARS-CoV-2感染は低酸素および上昇したIL-6と関連しており、これはNK細胞の機能を著しく損なう可能性があるため、患者特異的因子がNK細胞ベースの治療薬の有効性に影響を与える可能性がある。SARS-CoV-2感染症の不良な転帰におけるIL-6上昇の潜在的な役割は、SARS-CoV-2患者の重症患者の治療におけるIL-6（例えば、トシリズマブ;…clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT）またはJAKシグナル伝達（例えば、トファシチニブ;https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT）を阻害する�

この点に関するいくつかの予備的データは、既に公表された文献で入手可能である。注目すべきことに、トファシチニブおよび関連するJAK阻害剤は、NK細胞の数および機能を減少させることができ、そのような薬剤の臨床的利益が、潜在的に病原性のあるNK細胞の枯渇から、部分的にどのようにして得られるかを強調している。

3. 結論

COVID-19は、SARS-CoV-2感染に対する特別な調節障害と不均衡な自然免疫応答であると考えられているものの実質的な構成要素を特徴としている。注目すべきは、SARS-CoV-2感染に対する熟練した効果的な自然免疫応答の特徴については、現時点ではよくわかっていないということである。この切実な問題を解決するには、これまで比較的見落とされてきた患者集団を評価することであろう。実際、COVID-19の研究の大部分は、重症/重症患者に焦点を当てている。

SARS-CoV-2感染症を理解する上で重要な部分であり、協調的で成功した免疫応答を特定するのに役立つ可能性があるが、入院を必要としない軽症のCOVID-19患者を評価することは、COVID-19患者を評価することであろう。入院患者と非入院患者の免疫応答を比較する縦断的研究は、この関連する知見を明らかにする上で極めて重要である。このような研究は、最大の利益をもたらし、患者の回復を改善するために免疫応答をどのように調節する必要があるかについての道筋を提供することになるであろう。

自然免疫、適応免疫、SARS-CoV-2のインターフェースをより詳細に理解することは、患者の良好な予後を向上させ、病気の影響を調節したり、病気の発生を予防したりすることを目的とした将来の免疫介入（ワクチンなど）の設計に役立つであろう。