免疫球蛋白，也被稱為抗體，是體液免疫系統(tǒng)的核心成分。人體免疫系統(tǒng)演化出了五種類型的免疫球蛋白：IgA、IgD、IgE、IgG和IgM，以應(yīng)對(duì)多樣的病原體挑戰(zhàn)。在先前的研究中，蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、昌平實(shí)驗(yàn)室肖俊宇教授團(tuán)隊(duì)對(duì)IgM和IgA的分子機(jī)制進(jìn)行了深入研究，闡明了這兩種免疫球蛋白如何形成多聚體，并揭示了它們黏膜轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制。此外，他們還分析了IgM受體分子FcμR，以及包括瘧原蟲和肺炎鏈球菌在內(nèi)的病原體效應(yīng)蛋白如何特異性靶向識(shí)別IgM或IgA。這些研究為理解這兩種免疫球蛋白的功能提供了新的視角^1—5。

IgE是最晚被發(fā)現(xiàn)的免疫球蛋白亞型，在抗毒素、抗寄生蟲感染方面發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，IgE 也對(duì)包括花粉在內(nèi)的其他外界物質(zhì)和自身分子產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致過(guò)敏性疾病的出現(xiàn)，如哮喘、過(guò)敏性鼻炎、特應(yīng)性皮炎、慢性蕁麻疹等^6,7。目前，過(guò)敏性疾病已成為發(fā)病率增長(zhǎng)最快的疾病之一。據(jù)估計(jì)，全球超過(guò)25%—30%的人口受到這些疾病的影響⁸。而且，過(guò)敏性疾病患病率有逐年增長(zhǎng)之勢(shì)，給個(gè)人以及社會(huì)造成嚴(yán)重負(fù)擔(dān)，是重要的公共健康問題。

FcεRI高表達(dá)于肥大細(xì)胞和嗜堿性細(xì)胞，是識(shí)別并傳導(dǎo)IgE信號(hào)、誘發(fā)過(guò)敏反應(yīng)的關(guān)鍵受體分子⁹。FcεRI由FcεRIα、FcεRIβ以及形成同源二聚體的FcεRIγ（也稱作FcRγ） 組成異源四聚體，其中，F(xiàn)cεRIα識(shí)別來(lái)自于過(guò)敏原–IgE的免疫復(fù)合物的信號(hào)，F(xiàn)cεRIβ與FcεRIγ/FcRγ則響應(yīng)該激活信號(hào)，其胞內(nèi)的免疫受體酪氨酸激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif, ITAM）經(jīng)由Src家族激酶磷酸化，從而誘發(fā)Syk家族激酶介導(dǎo)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致效應(yīng)細(xì)胞脫顆粒及過(guò)敏反應(yīng)。FcεRI作為過(guò)敏反應(yīng)的中心分子，是過(guò)敏性疾病治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)。盡管如此，關(guān)于FcεRI 復(fù)合物組裝的機(jī)制仍待深入研究。

2024年8月21日，肖俊宇課題組在Nature雜志在線發(fā)表了題為“Structural insights into the high-affinity IgE receptor FcεRI complex”的研究論文。這項(xiàng)研究首次揭示了IgE 的Fc 區(qū) (Fcε) 與FcεRI 形成的復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，為理解FcεRI的組裝模式提供了重要視角。通過(guò)生化分析，研究還探討了FcεRIγ/FcRγ與其他Fc受體的相互作用模式。

研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)重組表達(dá)和內(nèi)源分離純化技術(shù)獲得了Fcε-FcεRI復(fù)合物，并利用冷凍電鏡技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了分析，獲得了整體分辨率均為3?左右、存在輕微差異的三種構(gòu)象。其中，一種構(gòu)象來(lái)自重組表達(dá)的FcεRI樣品，其余兩種來(lái)自內(nèi)源FcεRI樣品。在這些構(gòu)象中，F(xiàn)cεRI的胞外域有輕微的角度擺動(dòng)，而跨膜結(jié)構(gòu)域則高度一致。FcεRIα的跨膜螺旋位于跨膜區(qū)的中心，與FcRγ同源二聚體形成三螺旋束，進(jìn)而與FcεRIβ結(jié)合。FcεRIβ與B細(xì)胞表面抗原CD20同屬于四次跨膜蛋白（Tetraspan）MS4A家族成員。與B細(xì)胞表面抗原CD20不同，F(xiàn)cεRIβ以單體形式存在，并通過(guò)與CD20二聚體類似的界面與FcεRIα–FcεRIγ2三聚體相互作用。在跨膜區(qū)胞內(nèi)側(cè)，觀察到了膽固醇類似物分子的電子密度，該分子進(jìn)一步增強(qiáng)了FcεRIβ與FcεRIα–FcεRIγ2三螺旋束之間的相互作用。

圖1. Fcε-FcεRI復(fù)合物的結(jié)構(gòu)

盡管最初作為FcεRI 復(fù)合物的一個(gè)亞基被鑒定出來(lái)，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)FcεRIγ也是IgG受體FcγRI、FcγRIIIA以及IgA受體FcαRI 的關(guān)鍵組分并介導(dǎo)相應(yīng)的免疫應(yīng)答過(guò)程，包括抗體依賴的的細(xì)胞毒性作用與吞噬作用等；因此，F(xiàn)cεRIγ也被稱作Fc receptor gamma chain (FcRγ)。此外，F(xiàn)cεRIγ/FcRγ還能夠與多種其他免疫受體結(jié)合，包括白細(xì)胞受體簇家族成員中的天然細(xì)胞毒性觸發(fā)受體 1 (NCR1/NKp46)、血小板膠原受體糖蛋白 VI (GPVI)等，參與各類復(fù)雜的免疫反應(yīng)。另外，F(xiàn)cεRIγ/FcRγ與TCR復(fù)合物的信號(hào)傳導(dǎo)分子CD3ζ高度同源，且在一些特應(yīng)條件下，能夠替代CD3ζ組裝形成非典型的TCR復(fù)合物。

圖2. FcRγ結(jié)合不同的免疫受體從而介導(dǎo)各類免疫反應(yīng)

為了深入探究FcεRIγ/FcRγ與其他Fc受體的組裝機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)基于解析的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建并篩選了兩個(gè)FcεRIγ/FcRγ突變體，這些突變體能夠破壞與FcεRIα的相互作用。生化驗(yàn)證表明，這些突變體能夠影響FcεRIα的糖基化水平和細(xì)胞表面表達(dá)，進(jìn)而顯著影響IgE介導(dǎo)的脫顆粒功能。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，這些突變體破壞了與FcγRIIIA的相互作用，并影響了其跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，但對(duì)于FcαRI，其中一個(gè)突變體僅輕微減弱了相互作用，且其跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)不依賴于FcεRIγ/FcRγ。這些結(jié)果表明，F(xiàn)cεRIγ/FcRγ與FcγRIIIA的相互作用可能與FcεRIα相似，但與FcαRI的相互作用則有所不同。進(jìn)一步分析表明，F(xiàn)cαRI在其跨膜區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)特征性的精氨酸，F(xiàn)cεRIγ/FcRγ可能通過(guò)Asp29與之相互作用，類似于TCR復(fù)合物中TCRα-Arg253與CD3ζ-Asp36的相互作用模式。

總之，這項(xiàng)研究增進(jìn)了對(duì)FcεRI組裝和功能的理解，也為其他利用FcεRIγ/FcRγ亞基傳導(dǎo)信號(hào)的免疫受體提供了參考。

肖俊宇和昌平實(shí)驗(yàn)室杜碩副研究員為本論文的共同通訊作者。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2020級(jí)博士研究生鄧梅潔和杜碩副研究員為本論文共同第一作者。此外，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院、昌平實(shí)驗(yàn)室2023級(jí)博士研究生侯涵迪為該論文提供了幫助。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、昌平實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院?jiǎn)|產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基金的經(jīng)費(fèi)支持。北京大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)、昌平實(shí)驗(yàn)室冷凍電鏡平臺(tái)、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院儀器中心為本項(xiàng)目提供了重要支持。

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來(lái)源：北京大學(xué)