细胞表面的生物分子相互作用

免疫反应研究

适应的和天生的免疫反应的调节：细胞表面的生物分子相互作用

本试验综述回顾了关于生物分子相互作用的动力学分析的四个最近的报告，这

些生物分子相互作用涉及到适应的和天生的免疫系统的细胞反应。尽管这些研

究范围广泛，但是它们因为具有共同领域而相互关联。在这些研究中，受体和

它们的配基之间相互作用的结合与解离速率是可能分化细胞功能的参数，例如

在决定T细胞对抗原：MHC复合物的反应或者NK细胞对与病毒感染细胞相互

作用的反应。在免疫系统的效应分子之间相互作用的动力学研究方面，Biocore

SPR技术提供了获得正确动力学数据的快速和可靠手段，免疫系统的研究在搜

索以这些相互作用为靶标的有效的治疗试剂中起重要作用。

T细胞受体识别抗原肽：MHC复合物

高等生物区别外源和自身抗原的能力也许是生物体中调节的最精巧的例子。B

细胞和T细胞受体不仅识别和处理外源抗原，而且能够记起此抗原的分子的特

征信号，并且当第一次遭遇后的几年或者甚至几十年相同的抗原进攻时，它们

随后即可引发免疫系统发生快速和有效的反应。

在最近的一篇Nature文章（Wu et al，2002）中，斯坦福大学医学院Mark M.

Davis研究小组的Lawren Wu和其同事研究了T细胞抗原识别的非凡的特异

性可能怎样被调节。

作者使用Biocore® 3000分析在抗原的肽段和它结合的II类MHC引见伴侣的

单个氨基酸残基的贡献。T细胞受体（TCR）和MHC/抗原肽段复合物之间的

相互作用的结合速率常数（k a）和亲和分离常数（K D）被测量。

然后这些值被应用到为一个假定相互作用计算结合激活能量估计值的运算法则

中。通过使用点突变的分析物，Φ值（假定残基对结合激活能量的贡献相对于

它对结合自由能的贡献的一种度量标准）可被归属于单个氨基酸残基，并且每

一个残基对转变化合物形成的贡献可被估计。

在本研究中，在抗原肽段（蛾细胞色素c，MCC）或者结合的类II MHC分子

（根据其它复合物的晶体结构数据，与TCR相互作用）α链的区域产生单个

点突变。复合物通过MHC α链的C-端生物素标签被固定在Sensor Chip SA

上，然后可溶性的TCR流过这些靶标。所有的测量通过与固定在平行的传感

片通道上同野生型复合物比较被标准化。

明显地，肽段上的残基影响解离速率，但不影响结合速率。相反，MHC与TCR

接触对结合速率负主要责任，但对复合物的整体稳定性具有更少的影响。这导

致了一种假设：当抗原起稳定相互作用的时候，MHC组成成分使TCR能够筛

选潜在的复合物（参见图1）。这个模型与表明大多数肽段部分隐藏位于MHC

分子的深缝隙内的数据一致，此模型也显示了肽段必须按特定方向被积极地呈

现到TCR，以便稳定结合（Rudolph和Wilson，2002）。在使用Biocore® 3000

的突变分析实验获得动力学数据方面，Wu等假设了TCR与抗原结合的二重结

合机制。在这个模型中，刚性的CDR1和CDR2结构域扫描被引见复合物的

MHC组成成分。当呈现到TCR时，更柔韧的CD3结构域能够以稳定的、高亲

和性的诱导适应方式在抗原成分周围折叠。这个类型的机制能够解

释为什么T 细胞受体固有地可交叉反应，因为折叠到肽段结合区域的第二个阶段能够采取非常大量的构象。

低亲和性Fc γ受体识别IgG

免疫复合物由自身抗体和抗原组成，抗原可以通过结合到造血细胞上的免疫球蛋白（Ig ）Fc 受体（FcRs ）启动发炎反应。此复合物是病原因子，在包括关节炎的许多自身免疫疾病的组织损伤中起作用。 到目前为止IgG 的三个细胞受体已被鉴定。作为其中之一，Fc γRIII 是对抗原-抗体复合物中的同型体IgG1具有特定结合偏好的低亲和性受体。Fc γRIII 结合到IgG 上，结合部位是由更低的铰链区域上的重链和轻链Fc 区域形成的抗原决定部位。附着在天冬酰胺残基297（Asn 297）的保守低聚糖占据了非常靠近Fc γRIII 识别结构域（图2）的唯一缝隙，并且它可能通过稳定铰链区域和维持分子的三级结构而在受体结合中起作用。位

于Rockville 的国家卫生研究院（NIH ）Sergei Radaev 和Peter Sun 检测了这个假设，具体方法是使用Biacore 测试比较了天然的糖基化完整IgG 或Fc 片断与酶解脱糖基的对应化合物在和Fc γRIII 相互作用的区别

（Radaev 和Sun ，2001）。他们也研究了从低铰链区域衍生出来的肽段作为治疗拮抗分子（设计用于抑制IgG 和Fc γRIII 之间的相互作用）的候选资格。

为了决定碳水化合物在受体识别过程中的作用，Fc γRIII 被固定在Sensor Chip CM5，并被暴露在稀释的天然IgG1、脱糖基IgG1或者Fc 片断。与天然IgG1相比较，当脱糖基IgG1与受体结合的亲和性减少了十倍，Fc 片断与Fc γRIII 的结合有效地被废除。

为了产生导致靶细胞发炎反应的信号，受体必须聚集在细胞表面。因此，能够掩盖IgG1的结合位点但对成簇Fc γRIII 不起作用的小肽段可能是理想的拮抗分子。基于Fc 更低铰链区域的肽段被合成和固定在在Sensor Chip CM5。然后，一定浓度的Fc γRIII 被传递到耙分子，它们的结合亲和性被测量。尽管结合到受体上的许多肽段被鉴定，但是甚至最强的结合分子的亲和性比天然Fc 弱20倍。

使用竞争测试方法（Fc 衍生的肽段被固定在Sensor Chip CM5上，并且在不同浓度Fc 片断存在的情况下被暴露在Fc γRIII 面前），Fc γRIII 的结合随着Fc 片断浓度的增加而被逐渐封闭。这暗示了肽段和天然Fc 片断共享了Fc γRIII 上相同的抗原决定部位。因此，Biacore 测试被应用在这个研究的各种方法中，产生了定量数据。这些数据表明了IgG1中Asn 297上的低聚糖成分对IgG 和它的低亲和受体相互作用是重要的，而且表明了即使从IgG 更低铰链区域衍生的肽段具有比糖基化Fc 更低的亲和性，但是此肽段可能是有用的，作为使用自体免疫IgG 介导的病因学治疗疾病的治疗拮抗分子。

天生的免疫系统的细胞表面受体

噬菌细胞和天然杀手（NK ）是第一线防御中天生免疫系统的显著细胞成分。它们阻止病原体繁殖和损伤宿主。尽管它的机制比适应性免疫的靶向B 细胞和T 细胞反应精确性更差，但是天生的防御系统是对抗入侵生

图1A. T 细胞靠近携

带抗原的抗原引见细

胞（antigen

presenting cell ，

APC ），此抗原结合

在主要组织相容性复

合物（major

histocompatibility

complex ，MHC ）分子

上。 图1B. T 细胞受体（TCR ）以低的亲和相互作用结合到MHC 分子上。 图1C. 自身-MHC 的识别引起TCR 的构象改变，能够与抗原发生诱导适应和高亲和性的相互作用。