自然杀伤细胞（natural killer cell, NK）是机体重要的免疫细胞，不仅与抗肿瘤、抗病毒感染和免疫调节有关，而且在某些情况下参与超敏反应和自身免疫性疾病的发生。
NK细胞确切的来源还不十分清楚，一般变人直接从骨髓中衍生，其安育成熟信赖于骨髓的微环境。小鼠和人的体外实验表明，胸腺细胞在体外IL-2等细胞因子存在条件下培养也可诱导出NK细胞。小鼠脾脏在体内IL-3诱导下可促进NK细胞的分化。NK细胞主要分布于外周血中，占PBMC5-10%，淋巴结和骨髓中也有NK活性，但水平较外周血低。
由于NK细胞具有部分T细胞分化抗原，如80-90%NK细胞CD2+，20-30%NK细胞CD3+（表达CD3ζ链），30%NK细胞CD8+（α/α）和75-90%NK细胞CD38+，而且NK细胞具有IL-2中亲和性受体，在IL-2刺激下可发生增殖反应，活化NK细胞可产生IFN-γ，因此一般认为NK细胞与T细胞在发育上关系更为密切。
与T细胞、B细胞相比，NK细胞表面标志的特异性是相对的。人NK细胞mIg-，部分NK细胞CD2、CD3和CD8阳性，表达IL-2受体β链（P75，CD122），CD11b/CD18阳性。目前常用检测NK细胞的标记有CD16、CD56、CD57、CD59、CD11b、CD94和LAK-1（见表7-10）。
最近发现的一种稳定表达在NK和LAK细胞表面的LAK-1分子，120kDa，NK细胞在IL-2条件下培养30天LAK-1仍为阳性，而HNK-1（CD57）和CD16部分消失。LAK的杀伤活性可被抗LAK-1McAb所抑制。
表7-10 检测人NK细胞常用的标志
| CD/代表性McAb | 识别膜成分 | 主要反应细胞 | NK细胞中的阳性率（%） |
| CD16/HUNK2，Leu11 | FcγRⅢ | NK，粒细胞，巨噬细胞，T亚群 | 80～90 |
| CD56/NKH1,Leu19 | N-CAM（神经细胞粘附分子）的异构体 | NK，激活淋巴细胞，NKC | >95 |
| CD57/HNK-1,Leu7 | gp110 | NK，T、B亚群，NEC | 50～70 |
| CD59/NEM-43 | gp18～20,GPI联接分子 | 活化NK，广泛分布 | |
| CD11b/Mol,OKM1 | Mac-1分子的α链 | NK，粒细胞，单核细胞 | 80～90 |
| CD94/HP3Bi | 43/43kDa（同源二聚体） | NK | |
| 未命名/LAK-1 | 120kDa | NK，LAK |
表7-11 NK细胞和其它细胞毒效应细胞的表面标志（%）
| 表面标志 | NK细胞 | T细胞 | 单核细胞 | 中性粒细胞 |
| CD2 | 70～90 | >95 | <5 | <5 |
| CD8 | 20～30(抗ζ) | >95 | 0 | 0 |
| CD8 | 30～40 | 30～40 | <5 | <5 |
| CD11b | 80～90 | 10～15 | >90 | >90 |
| CD15 | <5 | <5 | 60～80 | >95 |
| CD16 | 80～90 | <5 | 10～15a | >95 |
| CD56 | >95 | <5 | <5 | <5 |
a：大多数培养的或活化单核细胞均表达CD16
NK细胞可通过多种途径被活化，包括膜表面的CD2、CD3分子和多种细胞因子。
1.通过CD3分子的ζ链 NK细胞不表达TCR/CD3复合物，但部分NK细胞表达CD3ζ链，当用CD16抗体刺激NK细胞活化时，ζ链发生酪氨酸磷酸化，引起胞浆内Ca2+浓度升高，IP3水平增加，促进细胞因子合成和ADCC作用。
2.通过CD2分子 CD2与CD58相互作用或用CD2McAb刺激可活化NK细胞，CD3ζ链发生酪氨酸磷酸化。
3.自然杀细胞刺激因子 自然杀伤细胞刺激因子（natrualkiller cell stimulatory factor ,NKSF）对NK细胞有刺激作用。
IL-2、IL-12、IFN-α、TNF-α以及白细胞调节素（liukoregulin,LR）对NK细胞的活化和分化有正调节作用，体外培养时加入上述细胞因子可明显提高NK的杀伤活性。前列腺素（PG）E1、E2、D2和肾上腺皮质激素等对NK细胞的活性有抑制作用。
NK细胞表面具有IL-2中亲和性受体，IL-2诱导NK的杀伤活性约需18-24小时，此外，IL-2还可诱导NK细胞的增殖，一般在刺激后3-4天开始发生增殖，其机理为IL-2可诱导NK细胞表达IL-2Rα链，新表达的α链与原先细胞表面的β链和γ链结合形成高亲和性受体，在IL-2存在下刺激NK细胞发生增殖。IL-2诱导NK细胞的活性机理尚不清楚，可能与增加细胞粘附分子的表达，提高对NK抵抗靶细胞的杀伤活性的关，还可能增加NK细胞胞浆中的颗粒以及丝氨酸酯酶mRN的表达，活化和促进杀伤介质的杀作用。
（一）自然杀伤活性
由于NK细胞的杀伤活性无MHC限制，不依赖抗体，因此称为自然杀伤活性。NK细胞浆丰富，含有较大的嗜天青颗粒，颗粒的含量与NK细胞的杀伤活性呈正相关。NK细胞作用于靶细胞后杀伤作用出现早，在体外1小时、体内4小时即可见到杀伤效应。NK细胞的靶细胞主要有某些肿瘤细胞（包括部分细胞系）、病毒感染细胞、某些自身组织细胞（如血细胞）、寄生虫等，因此NK细胞是机体抗肿瘤、抗感染的重要免疫因素，也参与第Ⅱ型超敏反应和移植物抗宿主反应。
1.识别靶细胞 NK细胞识别靶细胞是非特异性的，这与CTL识别靶细胞机理不同，但确切的机理尚未明了。现已知淋巴细胞功能相关抗原-1（LFA-1）与靶细胞表面的细胞间粘附分子-1（ICAM-1）的作用参与NK细胞的识别过程，抗LFA-1或抗ICAM-1McAb可抑制NK细胞的杀活性。此外CD2与LFA-3（CD58）结合以及CD56也可能介导NK细胞与靶细胞的结合。有关白细胞分化抗原和粘附分子分别参见第一章和第二章。
2.杀伤介质 主要有穿孔素、NK细胞毒因子和TNF等。
（1）穿孔素：穿孔素是一种由NK、CTL、LAK等杀伤细胞胞浆颗粒释放的杀伤靶细胞的介质，有关穿孔素的结构和功能参见本章第二节。从胞浆颗粒中纯化的穿孔素在体外能溶解多种肿瘤细胞，抗穿孔素抗体可抑制杀伤活性。IL-2可提高穿孔素基因的转录。IL-6可以促进IL-2对穿孔素基因转录的诱导作用。丝氨酸酯酶可能有活化穿孔素的作用。
（2）NK细胞毒因子：NK细胞可释放可溶性NK细胞毒因子（Nk cytotoxic factor,NKCF），靶细胞表面有NKCF受体，NKCF与靶细胞结合后可选择性杀伤和裂解靶细胞。
（3）TNF：活化的NK细胞可释放TNF-α和TNF-β（LT），TNF通过①改变靶细胞溶酶体的稳定性，导致多种水解酶外漏；②影响细胞膜磷脂代谢；③改变靶细胞糖代谢使组织中pH降低；④以及活化靶细胞核酸内切酶，降解基因组DNA从而引起程序性细胞死亡等机理杀伤靶细胞。TNF引起细胞死亡过程要明显慢于穿孔素溶解细胞的作用过程。
表7-12 人和小鼠NK敏感和敏感靶细胞
| 敏感的靶细胞 | 不敏感的靶细胞 | |
| 人 | K562髓样白血病细胞 | Daudi Burkitt 淋巴瘤 |
| Molt-4急性T淋巴细胞白血病细胞 | Raji Burkitt 淋巴瘤 | |
| JM急性T淋巴细胞白血病细胞 | LiBr黑钯素瘤细胞 | |
| Jurkat急性T淋巴细胞白血病细胞 | ||
| U-937前单核细胞 | ||
| 某些新鲜肿瘤细胞 | ||
| 小鼠 | Yac-1 Moloney病毒诱导的T淋巴病 | EL-4 Benzpyrene诱导的胸腺 |
| （A/Sn小鼠） | 淋巴瘤（C57BL/6） | |
| MPC-11矿物油诱导的浆细胞瘤 | P815 Methlycholanthrene诱导 | |
| （BLAB/c小鼠） | 的肥大细胞瘤（DBA/2） | |
| X-63 |
注：本表中NK不敏感细胞可作为LAK的靶细胞；NK细胞体外在高剂量IL-2诱导下可成为IAK细胞。
（二）ADCC（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity）
NK细胞表面具有FcγRⅢA，主要结合人IgG1和IgG3和Fc段（Cγ2、Cγ3功能区），在针对靶细胞特异性IgG抗体的介导下可杀伤相应靶细胞。IL-2和IFN-γ明显增强NK细胞介导的ADCC作用。以前认为在淋巴细胞中由K细胞介导ADCC，但至今仍未发现K细胞特异的表面标记，也不能证实K细胞是否属于一个独立的细胞群，很可能NK是介导ADCC的一个主要淋巴细胞群。具有ADCC功能的细胞群除NK外，还有单核细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞。
（三）分泌细胞因子
活化的NK细胞可合成和分泌多种细胞因子，发挥调节免疫和造血作用以及直接杀伤靶细胞的作用。
此外，NK细胞可抑制PWM体外诱导B细胞的分化及抗体应答，其机理可能通过直接抑制B细胞或抑制辅佐细胞的抗原提呈作用。
表7-13 NK细胞产生的细胞因子
| 细胞因子 | 静止NK细胞 | 活化的NK细胞 |
| IL-1 | - | - |
| IL-2 | - | - |
| IL-3 | - | + |
| GM-CSF | ？+ | + |
| G-CSF | - | - |
| M-CSF | - | + |
| IFN-α或β | - | ？+ |
| IFN-γ | - | + |
| IFN-α | - | + |
| TNF-β | - | + |
NK细胞通过自然杀伤和NDCC发挥的细胞毒作用，在机体抗病毒感染、免疫监视中起重要作用。（1）抗病毒感染：NK可选择性地杀伤病毒感染的靶细胞。由辅佐细胞或NK细胞所产生的IFN可协同NK的抗病毒作用，而对正常细胞有保护作用。另一方面，病毒感染细胞表面的病毒抗原和其它表面分子使得其对NK的杀伤细胞作用变得更加敏感。在体外，NK可溶解疱疹病毒、牛痘病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、巨细胞病毒和流感病毒感染的靶细胞。体内试验表明，NK低活性小鼠品系对某些病毒感染更加敏感；注射抑制NK细胞的抗Asialo GM1抗体可加重小鼠流感病毒发生肺炎。此外，NK细胞在体外还可杀伤某些细菌、真菌、原虫等，可能与NK细胞释放某些杀伤介质有关。（2）NK细胞在免疫监视、杀伤突变的肿瘤细胞可能比T细胞具有更重要的作用。某些疾病如Chediak-Higashi或X性联淋巴增殖综合征患者，由于NK功能缺陷对恶性淋巴细胞增殖疾病特别易感。（3）参与骨髓移植后移植物抗白血病效应（graft-versus-leukemiaeffect,GVL）:在体外NK细胞可杀伤某些淋巴样和髓样白血病细胞。骨髓移植后数周内，来自供体的NK细胞的PBL中占相当高的比例。此外，在体内NK细胞还可杀伤某引起不成熟细胞如髓髓干细胞、胸腺细胞亚群等。