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，以應對多樣的病原體挑戰(zhàn)。在先前的研究中，蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室、北京大學生命科學學院、北大-清華生命科學聯(lián)合中心、昌平實驗室肖俊宇教授團隊對IgM和IgA的分子機制進行了深入研究，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運的分子機制。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的病原體效應蛋白如何特異性靶向識別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，IgE 也對包括花粉在內的其他外界物質和自身分子產生反應，導致過敏性疾病的出現(xiàn)，如哮喘、過敏性鼻炎、特應性皮炎、慢性蕁麻疹等^6,7。目前，過敏性疾病已成為發(fā)病率增長最快的疾病之一。據估計，全球超過25%—30%的人口受到這些疾病的影響⁸。而且，過敏性疾病患病率有逐年增長之勢，給個人以及社會造成嚴重負擔，是重要的公共健康問題。

FcεRI高表達于肥大細胞和嗜堿性細胞，是識別并傳導IgE信號、誘發(fā)過敏反應的關鍵受體分子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識別來自于過敏原–IgE的免疫復合物的信號，F(xiàn)cεRIβ與FcεRIγ/FcRγ則響應該激活信號，其胞內的免疫受體酪氨酸激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif, ITAM）經由Src家族激酶磷酸化，從而誘發(fā)Syk家族激酶介導的信號級聯(lián)反應，最終導致效應細胞脫顆粒及過敏反應。FcεRI作為過敏反應的中心分子，是過敏性疾病治療的關鍵靶點。盡管如此，關于FcεRI 復合物組裝的機制仍待深入研究。

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。這項研究首次揭示了IgE 的Fc 區(qū) (Fcε) 與FcεRI 形成的復合物的冷凍電鏡結構，為理解FcεRI的組裝模式提供了重要視角。通過生化分析，研究還探討了FcεRIγ/FcRγ與其他Fc受體的相互作用模式。

研究團隊首先通過重組表達和內源分離純化技術獲得了Fcε-FcεRI復合物，并利用冷凍電鏡技術對其進行了分析，獲得了整體分辨率均為3?左右、存在輕微差異的三種構象。其中，一種構象來自重組表達的FcεRI樣品，其余兩種來自內源FcεRI樣品。在這些構象中，F(xiàn)cεRI的胞外域有輕微的角度擺動，而跨膜結構域則高度一致。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，進而與FcεRIβ結合。FcεRIβ與B細胞表面抗原CD20同屬于四次跨膜蛋白（Tetraspan）MS4A家族成員。與B細胞表面抗原CD20不同，F(xiàn)cεRIβ以單體形式存在，并通過與CD20二聚體類似的界面與FcεRIα–FcεRIγ2三聚體相互作用。在跨膜區(qū)胞內側，觀察到了膽固醇類似物分子的電子密度，該分子進一步增強了FcεRIβ與FcεRIα–FcεRIγ2三螺旋束之間的相互作用。

圖1. Fcε-FcεRI復合物的結構

盡管最初作為FcεRI 復合物的一個亞基被鑒定出來，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)FcεRIγ也是IgG受體FcγRI、FcγRIIIA以及IgA受體FcαRI 的關鍵組分并介導相應的免疫應答過程，包括抗體依賴的的細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合，包括白細胞受體簇家族成員中的天然細胞毒性觸發(fā)受體 1 (NCR1/NKp46)、血小板膠原受體糖蛋白 VI (GPVI)等，參與各類復雜的免疫反應。另外，F(xiàn)cεRIγ/FcRγ與TCR復合物的信號傳導分子CD3ζ高度同源，且在一些特應條件下，能夠替代CD3ζ組裝形成非典型的TCR復合物。

圖2. FcRγ結合不同的免疫受體從而介導各類免疫反應

為了深入探究FcεRIγ/FcRγ與其他Fc受體的組裝機制，研究團隊基于解析的結構，構建并篩選了兩個FcεRIγ/FcRγ突變體，這些突變體能夠破壞與FcεRIα的相互作用。生化驗證表明，這些突變體能夠影響FcεRIα的糖基化水平和細胞表面表達，進而顯著影響IgE介導的脫顆粒功能。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，這些突變體破壞了與FcγRIIIA的相互作用，并影響了其跨膜轉運，但對于FcαRI，其中一個突變體僅輕微減弱了相互作用，且其跨膜轉運不依賴于FcεRIγ/FcRγ。這些結果表明，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。進一步分析表明，F(xiàn)cαRI在其跨膜區(qū)域內具有一個特征性的精氨酸，F(xiàn)cεRIγ/FcRγ可能通過Asp29與之相互作用，類似于TCR復合物中TCRα-Arg253與CD3ζ-Asp36的相互作用模式。

總之，這項研究增進了對FcεRI組裝和功能的理解，也為其他利用FcεRIγ/FcRγ亞基傳導信號的免疫受體提供了參考。

肖俊宇和昌平實驗室杜碩副研究員為本論文的共同通訊作者。北京大學生命科學學院2020級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，北京大學前沿交叉學科研究院、昌平實驗室2023級博士研究生侯涵迪為該論文提供了幫助。本研究得到了國家自然科學基金、昌平實驗室、北京大學生命科學學院啟東產業(yè)創(chuàng)新基金的經費支持。北京大學冷凍電鏡平臺、昌平實驗室冷凍電鏡平臺、北京大學生命科學學院儀器中心為本項目提供了重要支持。

參考文獻

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9 Kinet, J. P. The high-affinity IgE receptor (Fc epsilon RI): from physiology to pathology.Annu Rev Immunol 17, 931—972, doi:10.1146/annurev.immunol.17.1.931 (1999).

來源：北京大學