清華張永輝團隊揭示γδT細胞抗原識別機制

　　CD4、CD8 T細胞是現代免疫治療的研究重點。無論是以PD-1抗體為代表的免疫檢查點抑制劑，還是CAR-T細胞過繼療法，其核心功能細胞都是CD4、CD8 T細胞。根據T細胞受體鏈組成的不同，這類細胞被劃分為αβ T細胞。αβ T細胞能通過其表面受體TCR特異性識別靶細胞表面MHC分子呈遞的“非我”或腫瘤新生多肽抗原，這是現代免疫治療的核心理論之一。

　　根據TCR鏈的不同 還有一類T細胞被定義為γδ T細胞。在人的外周血中，其主要的γδ T細胞亞群叫做Vγ9Vδ2 T細胞。與αβ T細胞不同的是，這類γδ T細胞并不識別多肽抗原，但能有效地殺滅腫瘤和病原體。這主要是因為它們能識別腫瘤細胞由于代謝異常而分泌的焦膦酸代謝物DMAPP，IPP，以及病原體產生的HMBPP（(E)-1-hydroxy-2-methyl-but-2-enyl 4-diphosphate）。這些焦膦酸類代謝產物被稱為膦抗原。外源性的HMBPP從化學結構上比腫瘤產生的內源性的DMAPP、IPP多一個羥基；而這一個小小的羥基使HMBPP激活γδ T細胞的活性比DMAPP、IPP高近千倍，其EC50在pM級別。這些特殊的脂類代謝產物尤其是HMBPP是如何激活γδ T細胞的呢？這是T細胞領域長期一直未能回答的問題之一。γδ T細胞識別這些膦抗原并不受MHC分子的限制。

　　清華大學藥學院張永輝課題組2018年曾在《Cell》撰文，揭示甲羥戊酸通路通過調控樹突狀細胞中類異戊二烯焦磷酸含量，影響了αβ T細胞對抗原的識別。

　　在此基礎上，這組研究人員又發表了題為“A structural change in butyrophilin upon phosphoantigen binding underlies phosphoantigen-mediated Vγ9Vδ2 T cell activation”最新研究成果，報道了γδ T細胞的抗原識別機制，揭示了免疫治療的新靶點。

　　這一研究成果公布在4月22日的Immunity雜志上。

　　這一領域的前期研究表明乳糜蛋白3A1(BTN3A1)是膦抗原的遞呈分子。BTN3A1是一次跨膜蛋白，屬于B7相關的分子，其胞外段與PD-L1結構相似。2013年Nature Immunology發表晶體結構證明膦抗原結合在胞外段，而隨后2014年Immunity的結構工作則顯示膦抗原結合在該蛋白的胞內段。但是這些晶體結構中膦抗原的電子云密度都存在嚴重缺陷，這極大地限制了γδ T細胞激活機制的闡釋。

　　到目前為止，膦抗原與BTN3A1的具體結合模式如何，以及它如何通過BTN3A1激活了γδ T細胞一直存在大量的爭議。

　　在過去4年中，張永輝團隊系統地研究了γδ T細胞對膦抗原HMBPP的識別模式（圖A）。他們通過晶體結構研究發現HMBPP結合在BTN3A1的胞內段，其中HMBPP的焦磷酸頭部與蛋白的6個堿性氨基酸存在氫鍵或鹽橋的結合，而其獨特的羥基則與BTN3A1胞內段氨基酸H351、Y352形成了2個氫鍵。

　　這種氫鍵結合在內源性抗原DMAPP, IPP上是觀察不到的。這就從結構生物學上解釋了病原體產生的HMBPP為什么比內源的DMAPP、IPP能更好地激活γδ T細胞。該團隊繼而通過化學生物學手段、尤其是小分子探針的策略，發現BTN3A1的單體本身并不足以將HMBPP的結合信號傳導給γδ T細胞，并推斷BTN3A1胞內段可能是以不對稱二聚體的模式將HMBPP結合引起的構象變化傳遞到細胞外。而后續的突變、晶體結構、免疫功能及分子動力學等一系列研究則表明，HMBPP的羥基幫助引發了胞內段氨基酸H351及周圍區域構象的變化，而不對稱的二聚體能幫助這種變化更有效地通過跨膜區傳到細胞外。最后，該團隊借助于單細胞原子力顯微鏡等生物物理手段，發現這種胞外段的構象變化引起了BTN3A1胞外段與γδ T細胞受體結合能力的加倍，從而促進了對γδ T細胞的激活。

　　BTN3A1采取這種罕見的“由內而外”的信號傳導模式幫助膦抗原激活了γδ T細胞，這與目前免疫學中傳統的T細胞抗原識別模式截然不同。在傳統的3種T細胞抗原識別模式中（圖C  -I，II，III），抗原都是結合在抗原遞呈分子例如MHC的胞外段，從而實現與T細胞受體更有效的結合。因此，該研究幫助完善了T細胞抗原識別的第四種模型（圖C  -IV）。

　　需要指出的是，當前免疫治療雖然取得了重大的突破，但以αβ T細胞為主的CAR-T細胞療法對實體瘤尚未取得突破，而且很難實現異體的細胞治療，這極大地限制了其應用空間。而γδ T細胞可用于異體治療的特質及其在實體瘤乃至一些傳染性疾病治療中的潛力促使國際醫藥企業在該領域紛紛布局。理解γδ T細胞對腫瘤及病原體的識別機制將有助于發展更好的細胞治療方案。此外，該領域長期缺乏高質量的小分子幫助γδ T細胞的有效擴增，以及對腫瘤細胞的高效識別。張永輝研究團隊關于BTN3A1蛋白的深入研究，為發展基于γδ T細胞治療的小分子藥物提供了非常有效的靶點。