NK細胞可通過多種途徑被活化，包括膜表面的CD2、CD3分子和多種細胞因子。
1.通過CD3分子的ζ鏈 NK細胞不表達TCR/CD3復合物，但部分NK細胞表達CD3ζ鏈，當用CD16抗體刺激NK細胞活化時，ζ鏈發生酪氨酸磷酸化，引起胞漿內Ca2+濃度升高，IP3水平增加，促進細胞因子合成和ADCC作用。
2.通過CD2分子 CD2與CD58相互作用或用CD2 McAb刺激可活化NK細胞，CD3ζ鏈發生酪氨酸磷酸化。
3.自然殺細胞刺激因子 自然殺傷細胞刺激因子（natrual killer cell stimulatory factor ,NKSF)對NK細胞有刺激作用。
IL-2、IL-12、IFN-α、TNF-α以及白細胞調節素（liukoregulin,LR)對NK細胞的活化和分化有正調節作用，體外培養時加入上述細胞因子可明顯提高NK的殺傷活性。前列腺素（PG)E1、E2、D2和腎上腺皮質激素等對NK細胞的活性有抑制作用。
NK細胞表面具有IL-2中親和性受體，IL-2誘導NK的殺傷活性約需18-24小時，此外，IL-2還可誘導NK細胞的增殖，一般在刺激后3-4天開始發生增殖，其機理為IL-2可誘導NK細胞表達IL-2Rα鏈，新表達的α鏈與原先細胞表面的β鏈和γ鏈結合形成高親和性受體，在IL-2存在下刺激NK細胞發生增殖。IL-2誘導NK細胞的活性機理尚不清楚，可能與增加細胞粘附分子的表達，提高對NK抵抗靶細胞的殺傷活性的關，還可能增加NK細胞胞漿中的顆粒以及絲氨酸酯酶mRN的表達，活化和促進殺傷介質的殺作用。
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