在癌癥和感染中，病變細胞通過“由內到外”的信號傳導過程呈現(xiàn)給人類Vγ9Vδ2 T細胞，在這個過程中，結構多樣的磷酸抗原(pAg)分子被細胞內親丁酸蛋白BTN3A1的結構域感知。
2023年9月6日，清華大學張永輝及湖北大學郭瑞庭共同通訊在Nature 在線發(fā)表題為”Phosphoantigens glue butyrophilin 3A1 and 2A1 to activate Vγ9Vδ2 T cells“的研究論文，該研究展示了在人類和羊駝中，多個pAgs如何作為“分子膠”發(fā)揮作用，促進BTN3A1細胞內結構域與結構相似的親丁酸蛋白BTN2A1之間的異聚結合。X射線晶體學研究表明，BTN3A1與pAg的結合形成了與BTN2A1直接結合的復合界面，各種pAg分子分別位于界面的中心，并以不同的親和力粘合親丁酸蛋白。結構見解指導了誘變實驗，導致細胞內BTN3A1-BTN2A1關聯(lián)的破壞，消除了pAg介導的Vγ9Vδ2 T細胞活化。利用基于結構的分子動力學模擬、19F-NMR研究、嵌合受體工程和細胞間結合力的直接測量進行分析，揭示了pAg介導的BTN2A1關聯(lián)如何以熱力學有利的方式驅動BTN3A1細胞內波動，從而使BTN3A1從BTN2A1外疇推出，啟動T細胞受體介導的γδ T細胞活化。實際上，該研究利用分子膠模型設計免疫療法，展示了開發(fā)人類γδ T細胞功能的小分子激活劑和抑制劑的化學原理。T細胞分為αβ T細胞和γδ T細胞兩大家族，由它們的T細胞受體(TCRs)來定義。在過去的40年里，關于αβ T細胞如何識別它們的抗原的知識已經(jīng)大大擴展。αβ T細胞識別抗原的共同特征是所有抗原結合在主要組織相容性復合體(MHC)(或MHC樣)抗原呈遞分子的細胞外區(qū)域形成的凹槽中，從而能夠與αβ TCR直接相互作用。與αβ T細胞相比，γδ T細胞識別抗原的分子基礎尚不清楚。Vγ9Vδ2 T細胞-人類循環(huán)γδ T細胞的主要亞型-以MHC不依賴的方式對多種癌癥和傳染病作出反應，它們被稱為pAgs的小的非肽二磷酸代謝物特異性激活。20世紀90年代的研究表明，類異戊二烯的普遍前體，二磷酸異戊烯基(IPP)和二磷酸二甲基烯基(DMAPP)可以弱激活Vγ9Vδ2 T細胞，這些小分子已知在腫瘤發(fā)生過程中在細胞內積聚。后來的研究發(fā)現(xiàn)了DMAPP的羥基類似物，(E)-1-羥基-2-甲基-但2-烯基4-二磷酸(HMBPP)，作為一種很強的生物來源的pAg，在皮摩爾范圍內具有Vγ9Vδ2 T細胞活化的大有效濃度(EC50)的一半。HMBPP被認為是一種外源性pAg，由一系列病原體通過甲基赤蘚糖醇4-磷酸途徑產生。BTN2A1對pAg傳感至關重要，但不直接與pAg結合（圖源自Nature）靶細胞中pAgs的感知需要一種具有胞內和胞外結構域的表面蛋白BTN3A。雖然pAgs結合位點初與細胞外結構域相連，但這一觀點后來被修正，現(xiàn)在有晶體學證據(jù)表明HMBPP與BTN3A1的細胞內B30.2結構域結合。這種細胞內結合觸發(fā)細胞外構象變化，使靶細胞能夠被γδ T細胞識別，這一過程被稱為內向外信號傳導。單獨的BTN3A1單體不太可能觸發(fā)pAgs誘導的細胞外構象變化。也有人提出，BTN3A1二聚體或具有一個(或多個)輔助蛋白的復合物負責將細胞內pAgs識別事件翻譯為細胞外變化以激活γδ T細胞。這些發(fā)現(xiàn)影響了鑒定參與傳遞pAg傳感信號的輔助蛋白的工作。在此期間，BTN2A1被證明是一個直接的Vγ9 TCR配體，這與早期報道BTNL3-BTNL8異源二聚體響應Vγ4 TCR以及BTNL3 IgV結構域直接與Vγ4TCR相互作用的報道相一致。后來，多個pAg可以促進BTN3A1和BTN2A1細胞內結構域之間的聯(lián)系，另一項研究描述了所謂的HMBPP受體復合物，包括結合的pAg配體和BTN2A1和BTN3A1細胞內結構域。因此，BTN3A1和BTN2A1顯然都發(fā)揮著pAg傳感器和TCR配體的雙重功能，盡管細胞內外事件的結構基礎尚未闡明，特異性pAg在γδ T細胞活化過程中的離散影響仍不清楚。該研究展示了在人類和羊駝中，多個pAgs如何作為“分子膠”發(fā)揮作用，促進BTN3A1細胞內結構域與結構相似的親丁酸蛋白BTN2A1之間的異聚結合。X射線晶體學研究表明，BTN3A1與pAg的結合形成了與BTN2A1直接結合的復合界面，各種pAg分子分別位于界面的中心，并以不同的親和力粘合親丁酸蛋白。結構見解指導了誘變實驗，導致細胞內BTN3A1-BTN2A1關聯(lián)的破壞，消除了pAg介導的Vγ9Vδ2 T細胞活化。利用基于結構的分子動力學模擬、19F-NMR研究、嵌合受體工程和細胞間結合力的直接測量進行分析，揭示了pAg介導的BTN2A1關聯(lián)如何以熱力學有利的方式驅動BTN3A1細胞內波動，從而使BTN3A1從BTN2A1外疇推出，啟動T細胞受體介導的γδ T細胞活化。實際上，該研究利用分子膠模型設計免疫療法，展示了開發(fā)人類γδ T細胞功能的小分子激活劑和抑制劑的化學原理。清華大學藥學院袁琳潔博士為論文第一作者，馬先強博士及湖北大學楊云云副教授為共同第一作者。張永輝教授為論文通訊作者，湖北大學郭瑞庭教授為共同通訊作者。研究得到了北京自然科學基金委、國家自然科學基金委、科技部、湖北洪山實驗室等項目的支持。
