B细胞，也称为B淋巴细胞，是淋巴细胞亚型的一种白细胞。它们在适应性免疫系统的体液免疫成分中起作用。B细胞活化是在通过B细胞受体 (B cell receptor, BCR) 识别抗原后启动的，并导致B细胞增殖和分化。活化的B细胞可以分化形成能够分泌抗体的浆细胞或记忆细胞，从而引发特异性免疫反应，防止继发感染1。
B细胞受体 (BCR) 是B细胞表面的一种跨膜蛋白，由膜结合的免疫球蛋白分子 (membrane-bound immunoglobulin, mIg) 和两个信号转导亚基 Igα、Igβ组成。其中，mIg形成1型跨膜受体蛋白，通常位于B淋巴细胞的外表面，负责与抗原结合。五种mIg同种型（即IgA、IgD、IgE、IgG和IgM）各自包含两条重链和两条轻链2。与BCR结合的抗原触发Igα和Igβ的信号转导，抗原结合以后，BCR在细胞膜表面聚集，Igα和Igβ的胞内域的免疫受体酪氨酸的激活基序 (ITAM) 磷酸化，并激活下游信号通路1。
BCR复合物信号转导，免疫激活的结构基础与分子机制一直是免疫学领域重要的科学问题。尽管已经存在几种不同的 BCR 激活模型的假设，但其潜在机制仍然是一个悬而未决的问题。BCR通路也是构成B细胞恶性肿瘤的关键治疗靶点，例如Polatuzumab vedotin是一种抗体偶联药物 (Antibody Drug Conjugate)，将单克隆抗体和抑制有丝分裂的细胞毒剂进行偶联，通过靶向BCR中的Igβ组分，对B细胞淋巴瘤细胞精准杀伤，已被批准用于治疗弥漫大B细胞淋巴瘤3。此外，BCR 信号异常也会导致免疫紊乱，例如 1 型糖尿病、系统性红斑狼疮和无丙种球蛋白血症。因此，BCR的结构信息对于理解B细胞活化以及针对该复合物进行抗体药物的开发具有很高的潜在价值。
2022年8月18日，西湖大学施一公/宿强团队在Science期刊上发表了题为Cryo-EM structure of the human IgM B cell receptor的论文。文章报告了静息状态下IgM-BCR的3.3 Å冷冻电镜结构，揭示了IgM-BCR的组装原则。并发现了IgM-BCR胞外域上的14个糖基化位点，找到了三个潜在的抗体结合表位，有助于基于结构信息的抗体设计。
完整的 IgM-BCR 由六条链组成：两条重链 (μ)、两条轻链 (κ)、Igα和Igβ。为了帮助蛋白质折叠，研究者将IgM-BCR与内质网潴留蛋白pERp1共表达，促进IgM二硫键的形成，帮助IgM-BCR正确的氧化折叠。为了辅助蛋白的结构解析，研究者在蛋白纯化过程中加入了polatuzumab的Fab，IgM-BCR与polatuzumab的Fab形成稳定的复合物。通过冷冻电镜分析IgM-BCR复合物，研究者解析了IgM-BCR复合物结构，平均分辨率高达 3.3 Å，局部分辨率达到 2.8 Å（图1）。
图 1 IgM-BCR复合物的整体结构图
每条重链在空间上由五个Ig模块（Vμ、Cμ1、Cμ2、Cμ3和Cμ4）、一个连接肽Lμ 和一个跨膜螺旋 TMμ 组成。每条轻链包含两个Ig模块（Vκ 和 Cκ），它们与Vμ和Cμ1一起组装成一个Fab结构域。在Fc结构域内，两条重链的Cμ2、Cμ3和Cμ4相对于彼此扭曲。Cμ2A和Cμ4A分别与 Cμ2B/Cμ3B和Cμ4B相互作用。此外，Cμ3A与Cμ3B在空间上是分开的，导致Fc域中有一个大的中心孔。Fc结构域通过Lμ连接到TMμ，TMμA与膜中的TMμB不对称结合。
信号传导亚基Igα/Igβ异二聚体是所有BCR的必需成分，并且在不同物种内，Igα和Igβ的一级序列都是保守的。Igα/Igβ 结构类似于一把剪刀，由一个 胞外结构域 (ECD)、一个连接肽和一个TM组成。Igα通过细胞外侧的ECDα/ECDβ和膜内的TMα/TMβ与Igβ相互作用，并且互作界面高度保守。
与之前的报道一致，mIgM与Igα/Igβ非共价结合。值得注意的是，连接肽LμB穿过Igα和Igβ之间形成的中空结构（称为 O 型环，分别由ECDα/ECDβ和TMα/TMβ在细胞外侧和膜侧密封）。mIgM和Igα/Igβ的TM形成一个四螺旋束，通过跨膜螺旋之间的氢键来稳定（图2）。这样的结构特征强烈表明 mIgM的重链和Igα/Igβ之间的共折叠发生在IgM-BCR的组装过程中。并且与结构表征一致，mIgM 在体外未表现出与 Igα/Igβ 异二聚体的可检测结合；只有通过它们在内质网中的共表达和共折叠，Igα/Igβ和mIgM才能组装成靶向质膜的完整的功能性IgM-BCR。
图 2 mIgM和Igα/Igβ组装成完整的IgM-BCR
除此之外，基于IgM-BCR的结构信息，研究者还发现了胞外域上的14个糖基化位点；在胞外域的表面，发现了三个没有任何糖基化位点的表位，每个表位包含一个或多个亲水性表面环，显示出高抗原性（图3）。因此，这三个区域可能是抗体特异性结合或小蛋白识别的潜在表位。根据这三个区域的结构，可能有助于理性设计特异性结合在这三个表位的纳米抗体或微型蛋白质。和已经批准的抗体偶联药物Polatuzumab vedotin一样，这些特异性结合IgM-BCR的抗体或微型蛋白质，具有治疗B细胞淋巴瘤的潜力。
图 3 IgM-BCR胞外域中的N-连接糖基化位点
总的来说，本文首次解析了人源IgM同种型B细胞受体复合物的3.3 Å高分辨率结构，揭示了IgM-BCR的组装机制。并发现了三个潜在的抗体特异性结合或小蛋白识别的结合位点，为以IgM-BCR为靶点的药物设计提供了重要结构基础。清华大学生命学院刘万里教授评价道，该研究的发现和应用将有助于新型疫苗的设计和开发；为BCR相关自身免疫性疾病和肿瘤抗原的靶向药物的设计提供重要的理论依据；也为病原体的免疫预防研究和应用也提供了新的研究工具和研究思路。
原文链接
https://www.science.org/doi/10.1126/
science.abo3923
转自：“北京生物结构前沿研究中心”微信公众号
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