發(fā)布時間：2024-09-04
2024年9月3日，《Nature Structural & Molecular Biology》期刊在線發(fā)表了題為《Structural basis for antibody-mediated NMDA receptor clustering and endocytosis in autoimmune encephalitis》的研究論文。這項成果由中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心主導，上海交通大學醫(yī)學院附屬精神衛(wèi)生中心、復旦大學附屬華山醫(yī)院、上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院、中國科學院上海高等研究院國家蛋白質科學研究（上海）設施等多家研究機構的科學家和臨床醫(yī)生共同參與，是基于臨床醫(yī)學難題與基礎科學的通力合作。該研究聚焦并探索中樞神經系統(tǒng)自身免疫性腦炎的致病機制，旨在揭示抗NMDA（N-甲基-?-天冬氨酸）受體自身免疫性抗體結合的抗原表位，闡明病人來源的致病單抗使NMDA受體聚集導致其內吞的致病機制。
抗NMDA受體腦炎是一種由自身抗體介導的中樞神經系統(tǒng)自身免疫性疾病，是最常見的自身免疫性腦炎類型。NMDA受體是一種在大腦中廣泛分布的興奮性谷氨酸受體，是學習和記憶等認知功能的分子開關。該疾病于2018年被國家衛(wèi)生健康委員會等五部門納入第一批罕見病目錄，其特點是免疫系統(tǒng)產生致病性自身抗體，錯誤地攻擊大腦中的NMDA受體，導致受體從神經元表面被內吞，從而減弱了NMDA受體在突觸傳遞和功能中的作用（圖1）。因此，抗NMDA受體腦炎患者通常伴有精神異常、記憶和認知障礙、癲癇發(fā)作、運動障礙、自主神經功能紊亂等多種癥狀。患者腦脊液和/或血清中的抗NMDA受體抗體是該疾病臨床診斷的分子標記物，但這些抗體結合的表位及導致NMDA受體功能障礙的機制一直是領域內的未知。
圖 1 | 自身免疫性致病單抗導致NMDA受體內吞及突觸功能障礙的示意圖
研究團隊首先構建了帶有GFP標簽的NMDA受體納米盤（NMDARGFP），把它作為結合致病抗體的熒光篩選抗原標記物，標記并分選出來自抗NMDA受體腦炎患者血液樣品里的單個B細胞。通過流式分選出抗NMDA受體腦炎外周血單個核細胞中IgD-CD27+的B細胞，發(fā)現(xiàn)其中約0.08%的B細胞被NMDARGFP標記。對這些GFP標記的細胞進行單細胞分選并收集，通過逆轉錄并擴增出編碼輕鏈和重鏈可變區(qū)域的致病單抗序列。基于活細胞染色及表面等離子共振，鑒定和分析這些致病單抗與NMDA受體的結合特性（圖2）。
圖 2| 使用NMDARGFP標記的流式分選從病人血清中分離單個記憶B細胞，克隆并鑒定致病單抗
隨后，研究團隊選取兩個代表性單抗mAb5F6和mAb2G7，通過單顆粒冷凍電鏡發(fā)現(xiàn)這些自身抗體與GluN1必需亞基N末端結構域中的R1-lobe結合（圖3）。把NMDA受體上關鍵氨基酸做單點突變，就可以顯著性降低致病抗體的結合。研究人員通過同步輻射溶液小角X射線散射方法，在近生理溶液條件下揭示了NMDA受體和抗體復合物呈現(xiàn)2:1或1:2的化學計量比，這種結合模式使得自身抗體引起NMDA受體的聚集和內吞。
功能學實驗進一步發(fā)現(xiàn)這些致病單抗不直接影響NMDA受體的通道活性，而是通過減少神經元表面的NMDA受體數量和減弱NMDA受體介導的興奮性突觸電流產生致病效應（圖3）。作為對照，研究團隊通過雜交瘤技術制備了鼠源結合至R1-lobe表位的單抗未導致NMDA受體功能的異常。這些結構和功能研究表明，設計結合針對NMDA受體R1-lobe表位的競爭性肽段或抗體是一種治療抗NMDA受體腦炎的潛在新策略。這項研究不僅為抗NMDA受體腦炎中自身抗體識別和攻擊靶蛋白的發(fā)病機制提供了新證據，還為建立自身免疫性腦炎靶向性治療方法提供了理論依據。
圖3 | 致病單抗在NMDA受體上的結合表位解析及其影響神經元表面NMDA受體數量和功能分析
該工作由中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心的突觸蛋白結構和功能課題組博士研究生王涵、研究助理謝春、華山醫(yī)院的鄧波、交大的丁錦君和蛋白質設施的李娜共同完成。瑞金醫(yī)院陳晟教授、華山醫(yī)院陳向軍教授、交大袁逖飛教授為共同通訊作者，腦智中心竺淑佳研究員為最后通訊作者。腦智卓越中心的何杰研究員、金夢夢、張金寶、寇增偉，及北京深勢科技的王沁蕊、溫翰，瑞金醫(yī)院的周勤明為該工作提供重要支持。該研究得到科技部、基金委、中國科學院及上海分院的經費支持。
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