8月19日，西湖大學施一公團隊在《科學》上發表了題為《人源IgM B細胞受體的冷凍電鏡結構》的研究論文。該論文首次報道了人源IgM同種型B細胞受體（IgM-BCR）的高分辨率三維結構，揭示了膜結合的IgM（mIgM）與Igα和Igβ異源二聚體複合物組裝的分子機制，從而回答了B細胞受體如何組裝這一重要科學問題，同時也為基於B細胞受體的免疫療法提供了關鍵的結構基礎。
B細胞的“生命周期”概略示意圖 施一公團隊供圖
B細胞也叫B淋巴細胞, 是適應性免疫系統的重要組成部分。它在抗原刺激下可分化為漿細胞和記憶B細胞：漿細胞可合成和分泌抗體，是人體的免疫屏障之一；記憶B細胞則可以“記錄”下感染信息，並在體內長期存在，以備不時之需。
B細胞需要抗原與B細胞受體（BCR）的結合，才能進行增殖和分化，產生漿細胞和記憶細胞。這就好比，如果B細胞要組織一場免疫戰鬥，入侵的抗原是敵人，B細胞受體（BCR）則是探知敵人虛實的先鋒。
早在1990年，德國馬普所的Michael Reth實驗室就鑒定發表了BCR的組分，在之後的三十多年中，人們對BCR胞外區如何識別各種抗原並激活B細胞信號通路進行了深入的研究。BCR由膜結合的免疫球蛋白（mIg）和Igα/Igβ異二聚體組成。其中mIg負責與抗原結合，Igα/Igβ參與信號傳遞。抗原結合以後，BCR在細胞膜表面寡聚化，Igα和Igβ被Lyn激酶磷酸化，之後激活下游信號通路。 BCR被認為是治療B細胞惡性腫瘤的重要治療靶點。例如，Polatuzumab vedotin是一種抗體偶聯藥物，該藥物可以結合BCR中的Igβ組分，釋放偶聯的毒素分子，對B淋巴瘤細胞進行精準殺傷。儘管BCR十分重要，但科學家一直未能看清其結構。一旦獲知BCR的結構信息，對於理解B細胞活化以及針對該複合物進行抗體藥物的開發，將具有很高的潛在價值。
BCR根據mIg類型的不同，可以分為五種類型，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。此次施一公團隊的研究對象，正是其中的IgM型。實驗過程中，他們首先將IgM-BCR的四個組分的cDNA進行密碼子優化並克隆到表達載體上，接着通過共表達內質網瀦留蛋白pERp1促進IgM二硫鍵的形成，幫助其正確摺疊。之後，在蛋白純化時加入抗體偶聯藥物Polatuzumab的Fab片段，最後通過冷凍電鏡解析了第一個人源IgM同種型B細胞受體複合物3.3 埃(1埃等於0.1納米)的高分辨率結構。
該IgM-BCR複合物結構包含一個mIgM和一個Igα/Igβ，它們以 1:1 的化學計量比非共價結合。在Igβ的上方，觀察到了Polatuzumab的Fab片段的電子密度，證實了Polatuzumab結合在Igβ氨基末端的柔性區域。
在IgM-BCR的胞外區域，重鏈的胞外域與 Igα/Igβ的胞外域緊密堆疊。在近膜區域，兩條重鏈中的一條通過連接肽（linker）穿過由 Igα/Igβ包圍的中空結構。在跨膜區域，mIgM和Igα/Igβ的跨膜螺旋（TM）形成一個四螺旋束，通過跨膜螺旋之間的氫鍵來穩定構象。
這樣的結構特徵暗示了mIgM和Igα/Igβ在細胞內通過共摺疊的方式形成複合物。施一公團隊通過體外pull-down和體內免疫共沉澱（co-IP）實驗， 驗證了IgM-BCR的組分通過共摺疊的方式在細胞內形成複合物的猜想，同時揭示了TM和linker在複合物組裝中的重要作用。 除此之外，該結構揭示了胞外域上的 14 個糖基化位點，並發現三個潛在的表面抗體結合位點，可能有助於用於疾病干預的治療性抗體或微型蛋白質的理性設計。和已經批准的抗體偶聯藥物Polatuzumab vedotin一樣，這些特異性結合IgM-BCR的抗體或微型蛋白質，具有治療B細胞淋巴瘤的潛力。
《科學》的審稿人對該項研究給予了高度評價：“這是B細胞生物學的一大突破，也是一項非常了不起的成就。”
相關論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo3923