Molecular Cell | 黄志伟课题组揭示胆固醇抑制T细胞受体活性的分子机制

T细胞是脊椎动物适应性免疫的重要细胞，在病毒感染、癌症以及自体免疫疾病中起着关键作用。T细胞通过其TCR-CD3受体复合物特异性识别抗原，将胞外的抗原识别信号跨膜传递到T细胞内，激活胞内的适应性免疫信号通路，启动免疫反应。

2022年3月9日，黄志伟课题组在Molecular Cell上发表了研究论文Cholesterol inhibits TCR signaling by directly restricting TCR-CD3 core tunnel motilit（胆固醇通过直接限制TCR-CD3 核心通道的构象变化抑制T细胞受体激活），该研究揭示了胆固醇抑制T细胞受体活性的分子机制。

在这项研究中，该课题组解析了人源野生型、硫酸胆固醇结合的以及组成型激活的三种状态的TCR-CD3复合物的高分辨率冷冻电镜结构。首先通过解析了3.2 埃的野生型TCR-CD3复合物的高分辨率结构，发现两个胆固醇分子结合在TCR-CD3复合物的跨膜螺旋围成的通道内（课题组称之为“胆固醇结合通道”，通过质谱、解析硫酸胆固醇结合的TCR-CD3复合物、放射性标记胆固醇竞争性实验证实TCR胆固醇结合通道结合的是胆固醇分子）。在该静息态的TCR复合物结构中，CD3ζ亚基跨膜螺旋的中间至C端和TCR其他亚基的互作主要由两个尾部相连的胆固醇二聚体分子介导，胆固醇二聚体分子就像闩锁将CD3ζ的跨膜α螺旋锁定在非活性的构象状态。

课题组猜想通过突变阻断TCR与胆固醇结合是不是能够激活TCR？于是基于TCR结构产生系列突变体以阻断其与胆固醇结合，事实上，功能实验发现TCR突变体获得了不依赖抗原的CD3ζ亚基胞内区的磷酸化，说明突变体具有组成型激活的能力。为什么突变体能够组成型激活TCR？为了进一步研究这些突变体组成型激活的机制，该课题组解析了其中一个组成型激活的突变体（TCRβ L281A/L285A）的结构，分析发现果然该突变体的胆固醇结合通道中的胆固醇二聚体分子结合被打破，将该突变体和野生型TCR复合物结构进行比较，发现该突变体在CD3ζ跨膜螺旋近C端区发生显著的构象变化，从而带动与C端紧密相连的CD3ζ胞内尾巴发生构象变化，暴露出其磷酸化位点，激活胞内信号通路。

TCR复合物作为T细胞识别抗原、启动免疫反应的关键分子，其激活活性受到精确调控，以免在没有抗原结合或非特异性抗原结合后引发非特异性的激活，这将可能导致自免疫反应。因此在未结合抗原时，TCR通过结合胆固醇分子使其维持在静息态构象，结合特异性抗原后，触发TCR构象变化，解除胆固醇对TCR的构象限制，TCR激活。该研究通过捕捉到TCR在静息和激活两种状态的构象，不仅揭示胆固醇限制 TCR活性的机制，而且对认识TCR从静息状态到激活状态的构象变化提供结构和理论依据，同时为理性设计靶向TCR，调控T细胞活性的新型免疫疗法治疗自免疫等疾病具有重要意义。

图一、胆固醇（CLR）和硫酸胆固醇(CS)结合状态下的 TCR复合物结构

图二、组成型激活态和野生型TCR结构比较（A），以及TCR工作模型（B）

哈工大生命学院黄志伟教授为通讯作者。哈工大生命学院陈彦博士后、朱玉威副研究员、博士生李想和本科生高文博为论文的共同第一作者。哈工大生命学院博士生甄梓期、董德博士后、本科生黄不了、马卓、张安琪、郭长友和张帆研究员参与该研究的部分工作。北京生命科学研究所宋小翠和马燕老师进行了质谱工作。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.02.017