免疫系统中的关键受体BCR结构解析

冷冻电镜技术分辨率革命的突破了传统X-射线技术对蛋白要求的限制，在过去的8年时间里，解析了包括核孔复合物、剪接体、离子通道等一大批复杂的药物靶点的高分辨结构。B细胞受体复合物在B细胞发育和免疫反应中起着重要作用，受限于蛋白获取难度高，科学家们一直未能看清它的面貌。今年8月，西湖大学、哈工大在 Science杂志发表论文，利用冷冻电镜技术，先后阐述了B细胞受体的组装机制，为针对该受体进行药物的开发具有很高的价值。近日，哈佛大学吴皓教授和合作者，利用冷冻电镜技术，进一步揭示了该受体的结构信息。

B细胞的表面覆盖着抗原受体，这些受体能识别入侵的病原体，如细菌和病毒。当B细胞受体与抗原结合时，即与外来结构结合时，B细胞被激活产生抗体。抗体对我们的生存至关重要，保护我们免受病原体感染的严重疾病，如COVID-19等。疫苗接种具有保护作用，因为它们能够激活抗原受体引发免疫反应。弗莱堡大学CIBSS卓越中心和美国哈佛大学医学院的一个国际研究小组现在已经发表了一个确切的IgM型B细胞受体的分子结构。他们的发现指出，B细胞表面的受体与其他受体相互作用，从而控制信号的转导。该研究结果在Nature杂志发表。 

信号亚基与免疫球蛋白的联系 B细胞抗原受体由一个结合在细胞膜上的抗体和两个较小的蛋白质Ig α和Ig β组成。一旦B细胞受体识别出一种病原体，这些较小的亚基就会将信号传递到细胞内部。 弗莱堡大学生物系的Michael Reth教授说："在以前，这些信号亚基究竟是如何与免疫球蛋白联系在一起是未知的。长期以来，我们没有技术上的可能来研究膜蛋白的确切结构。现在，冷冻电镜已经使我们能够创建一个高分辨率的B细胞受体图像。" Michael Reth教授是 C IBSS卓越中心—综合生物信 号研究中心的成员，也是BIOSS卓越中心的共同主任。

BCR的基本结构

利用冷冻技术，样品能够以极高的速率冷却到零下183℃。这减少了分子的自然运动，防止微小冰晶的形成，进而避免对蛋白质的天然结构产生破坏。相比其他的电子显微镜方法，这种方式获取的结构分辨率能够提高数倍。目前，该研究小组已经实现了3.3Å的分辨率，这相当于只有几个原子的宽度。为了达到该分辨率，他们将整个受体的数十万张图像与缺少两个柔性区域的截断图像相结合。之后利用这些数据在计算机上计算出B细胞受体的完整三维结构。

对称的膜结合抗体只在一侧结合

值得注意的是，三维结构中对称的膜结合抗体只在一侧与Ig α和Ig β结合，从而形成一个不对称的复合物。这种不对称性与T细胞受体相似，T细胞受体是另一种重要的免疫受体，其结构于2019年被阐明。"令人惊讶的是，两种类型的抗原受体都形成了不对称的复合物，这使我们得出结论，现在阐明的结构是一个更大的受体复合物的一部分，它与B细胞表面的其他分子相互作用。"Reth说。

BCR表达策略及其结构

这种较大的结构是通过不太强大的力量固定在一起的，还不能用冷冻电镜等技术进行研究。然而，新发表的分子结构提供了进一步的证据，支持与其他分子的这种相互作用的说法：结构显示B细胞受体的外部包含保守的氨基酸。如果氨基酸在进化过程中几乎没有变化，在不同生物体的抗原受体中是相同的，则被描述为保守的。"外部氨基酸的存在表明，IgM B细胞受体有进一步的结合伙伴，换句话说，我们目前只知道整个机制的一部分，现在我们想确定其他的构件，并确定它们如何影响受体的信号效应。"Reth说道。

其他的这些构件可以解释受体通常如何保持静止状态，只有当它与抗原结合时才被激活。"这将是特异性免疫研究的下一个重要任务之一，" Reth总结道。"对B细胞激活的更好理解也可以帮助我们进一步改善疫苗的开发，或者理解B细胞受体以不受控制的方式被激活的淋巴瘤的形成。"