中科院學者NatureStructural&MolecularBiology發表最新成果

　　10月23日，中國科學院生物化學與細胞生物學研究所國家蛋白質科學中心（上海）許琛琦研究組與牛津大學Omer Dushek研究組合作，在Nature Structural & Molecular Biology上在線發表了題為“Dynamic regulation of CD28 conformation and signaling by charged lipids and ions”的論文，該研究揭示了CD28的活性調控機制以及T細胞高抗原敏感性的信號基礎。

　　T細胞的完全活化依賴于T細胞抗原受體（T-cell receptor, TCR）提供的抗原刺激信號和共刺激受體提供的共刺激信號。CD28是T細胞中關鍵的共刺激受體，它調控T細胞的發育、分化、代謝、遷移等生理過程。針對CD28的阻斷藥物已經在臨床上用于治療自身免疫病和器官移植。近期研究表明PD-1主要是通過抑制CD28的信號轉導來下調T細胞的腫瘤免疫應答反應，因此CD28可能成為腫瘤免疫治療的一個重要分子標記。CD28的信號轉導依賴于其胞內區的41個氨基酸殘基，其中含多個酪氨酸磷酸化位點和脯氨酸信號模體，能與PI3K，Grb2，Lck等下游分子產生磷酸化依賴或者磷酸化非依賴的相互作用。

　　目前的科學研究還未能發現有何種機制來防止CD28與下游分子產生自動結合。另外CD28的信號轉導具有TCR依賴性，即只有存在TCR信號的時候，CD28才能被活化并激活相對特異的下游信號通路。這種信號依賴性的分子基礎是什么也是個懸而未決的問題。

　　許琛琦研究組此前一直從事脂質分子調控T細胞功能的分子機制研究，前期的研究發現細胞質膜內層酸性磷脂通過與TCR/CD3胞內區堿性氨基酸發生靜電相互作用從而屏蔽TCR的活化[7]，而T細胞初始激活產生的Ca2+可通過靜電競爭解除TCR的屏蔽并促進其磷酸化[8  -10]。在對CD28跨膜信號轉導的分子機制的研究中，許琛琦研究組利用生物化學、核磁共振和熒光成像技術發現CD28的胞內區能通過其堿性氨基酸富集區（Polybasic Region，PBR）與酸性磷脂發揮靜電相互作用，將CD28胞內區完全地屏蔽在膜脂雙層中，從而阻止了CD28與下游信號分子的自動結合。

　　隨后許琛琦研究團隊利用高分辨率鈣成像發現TCR活化后會引發Ca2+在CD28周圍的富集，這些鈣離子能夠通過靜電競爭來直接打破CD28與酸性磷脂的靜電相互作用，從而幫助CD28的活化，該發現解釋了CD28對TCR依賴的信號機制和分子基礎。結合TCR方面的研究成果，牛津大學Omer Dushek研究組利用數據建模的方法模擬了TCR與CD28的信號轉導網絡，提出了TCR-Ca2+-CD28所組成的正反饋調控環路可以迅速放大T細胞信號強度，從而極大地提高T細胞的抗原響應敏感性。

　　該論文的另一個亮點是預測了可能被酸性磷脂調控的人單次跨膜蛋白質。科研人員通過生物信息學分析了人單次跨膜蛋白質的胞內區序列，發現它們的前10個氨基酸殘基序列中富含帶正電的堿性殘基。由于細胞質膜的內層富含帶負電的酸性磷脂，這些帶正電的蛋白質很可能通過靜電相互作用受酸性磷脂的調控，其中就包括CD28以及Nocth1、PD1L1、IL2RA等免疫系統中的關鍵功能蛋白。

　　該研究由許琛琦研究團隊和牛津大學Omer Dushek研究團隊合作完成，博士后楊魏（現任南方醫科大學教授）、碩士生潘煒鈴、陳碩凱、牛津大學博士生Trendel、博士生姜書譚為本文的共同第一作者，許琛琦研究員、李華副研究員和Omer Dushek教授為共同通訊作者。該項工作得到了上海交大沈紅斌教授、上海科技大學王皞鵬教授、生化與細胞所姜海、季紅斌和劉小龍研究員的大力幫助，并得到國家自然科學基金委、中國科學院先導B專項以及科技部的經費支持。該研究工作還得到國家蛋白質科學研究（上海）設施核磁共振系統、復合激光顯微鏡系統，生化與細胞所細胞分析技術平臺、分子生物學技術平臺的大力支持。

　　在靜息狀態下，帶負電荷的酸性磷脂可以屏蔽TCR和CD28的活性位點；生理條件下，抗原的數量非常微量，抗原對TCR的初始激活可以誘發Ca2+內流；內流的Ca2+通過靜電競爭解除TCR和CD28的活性位點，促進它們的信號轉導；TCR和CD28的信號轉導都可以進一步引起Ca2+內流。TCR-Ca2+-CD28之間由此形成了正反饋環路，可以迅速放大抗原刺激信號，從而為T細胞產生高抗原敏感性提供信號基礎。胞內的Ca2+濃度還受鈣轉運蛋白的負調控，因此被維持在一個合理的水平，其生理功能主要包括短期的T細胞停止信號和長期的轉錄調控。