藥學(xué)院陳樞青課題組與哈佛醫(yī)學(xué)院合作研究成果在Cell發(fā)表
?????? 2019年3月1日，藥學(xué)院陳樞青課題組與合作者哈佛醫(yī)學(xué)院James?J.?Chou教授、Hao??Wu教授（美國(guó)科學(xué)院院士）在Cell (細(xì)胞)在線發(fā)表了題為“Higher-Order Clustering of the Transmembrane Anchor of DR5 Drives Signaling”的研究論文。該研究首次揭示了死亡受體5（Death?Receptor?5,?DR5）在激活后其跨膜區(qū)（transmembrane?domain, TMD）高度聚集（clustering），并直接激活下游的細(xì)胞凋亡通路。此外，該研究還提出DR5的胞外區(qū)（ectodomain,?ECD）在DR5激活前起到自我抑制（auto-inhibition）作用，阻止DR5 TMD的clustering傾向，從而防止受體由于TMD clustering而自動(dòng)激活。因此，該研究成功解釋了部分二聚（dimeric）的抗體或單體（monomeric）的抗體片段為何能夠像三聚體的DR5配體（TRAIL）那樣激活DR5，而且其中某些DR5上的抗體表位（epitope）與TRAIL在DR5上的結(jié)合位點(diǎn)完全不同。此外，TNFR家族包含了許多重要的免疫受體，比如TNFR2、OX40等，它們的TMD與DR5相似，均擁有GXXXG motif，可促進(jìn)TMD的clustering。因此，該研究提出了全新的TNFR家族受體的信號(hào)傳遞機(jī)制，闡明了單次跨膜TMD在信號(hào)傳遞過(guò)程中的重要作用，同時(shí)對(duì)于目前火熱的免疫治療具有積極的理論指導(dǎo)意義。
?????? DR5是極具潛力的抗腫瘤藥物靶點(diǎn)，它在多種腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，而在正常細(xì)胞中表達(dá)量相對(duì)較低，且可在被激活后誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。DR5的配體TRAIL（TNF-related?Apoptosis-inducing?ligand, 腫瘤壞死因子凋亡誘導(dǎo)配體）和激動(dòng)型單克隆抗體因此成為理想的靶向廣譜抗腫瘤蛋白藥物。然而，DR5的激活機(jī)制尚無(wú)定論，目前較為主流的學(xué)說(shuō)為DR5 ECD同時(shí)負(fù)責(zé)與TRAIL三聚體結(jié)合和后續(xù)的clustering，DR5胞內(nèi)的死亡結(jié)構(gòu)域（Death?domain, DD）起到協(xié)同聚集作用，促進(jìn)DR5受體超聚集，從而快速傳遞、放大細(xì)胞凋亡信號(hào)，DR5 TMD則通常被認(rèn)為僅僅起到錨定（anchor）在細(xì)胞膜上的作用。該研究通過(guò)液相核磁共振、多肽同位素標(biāo)記等技術(shù)單獨(dú)對(duì)DR5 TMD進(jìn)行深入研究，意外發(fā)現(xiàn)DR5 TMD單體含有兩個(gè)作用界面（interface），意味著DR5 TMD在沒(méi)有外界阻力的情況下傾向于高度聚集。DR5 TMD上存在多個(gè)三聚體（trimer）interface關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)：T219/V218、A222/V223、I226/L225，以及兩個(gè)二聚體（dimer）interface關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)：G213、G217（GXXXG motif）。該研究利用活細(xì)胞成像、細(xì)胞生物學(xué)等技術(shù)證實(shí)，突變trimer?或者dimer?interface關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)可顯著影響DR5在細(xì)胞膜?上的clustering以及凋亡信號(hào)傳遞，表明TMD clustering是DR5受體的信號(hào)傳遞的必要條件之一。該研究隨后利用TEV酶原位切除活細(xì)胞上的DR5 ECD，發(fā)現(xiàn)DR5 TMD可隨即形成cluster（激光共聚焦顯微鏡證實(shí)），進(jìn)而激活下游caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，傳遞細(xì)胞凋亡信號(hào)，表明TMD?clustering可直接驅(qū)動(dòng)凋亡信號(hào)傳遞，且該過(guò)程被DR5 ECD所抑制。該研究創(chuàng)新性的展現(xiàn)了DR5受體跨膜區(qū)高度聚集的特性和分子機(jī)制，及其在信號(hào)傳遞中的重要作用，進(jìn)而提出了DR5激活的新機(jī)制，為DR5激動(dòng)型靶向抗腫瘤藥物的研發(fā)提供了思路和理論指導(dǎo)。
?????? 該研究還發(fā)現(xiàn)TNFR家族的其他重要免疫受體也存在TMD clustering，通過(guò)酶切方式原位切除TNFR2和OX40 ECD均可激活下游NF-KB通路，表明TMD clustering在TNFR家族受體中是一種較為普遍的信號(hào)傳遞調(diào)控機(jī)制，且有望推導(dǎo)至其他受體的信號(hào)傳遞過(guò)程。因此，該研究為單克隆抗體、雙/多特異性抗體激活、調(diào)控免疫受體提供了新的理論支持，有望推動(dòng)基于抗體的免疫治療，使其效果并肩CAR-T和TCR-T等基因改造免疫細(xì)胞療法。
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?????? 該研究論文第一作者潘利強(qiáng)博士為哈佛醫(yī)學(xué)院博士后，曾在陳樞青教授課題組開(kāi)展基于DR5配體TRAIL的新型靶向抗腫瘤藥物設(shè)計(jì)和機(jī)制研究，該研究論文是其在浙江大學(xué)就讀博士期間所做課題的進(jìn)一步研究成果。該研究論文的其中一位共同第一作者為陳樞青教授課題組博士研究生趙文彬，另兩位共同一作分別為Hao?Wu院士的博士后Tianmin?Fu博士和James?J. Chou教授的博士后Linlin?Zhao博士。該研究論文的通訊作者為陳樞青教授、Hao?Wu院士和James?J. Chou教授。此項(xiàng)研究的部分工作獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)（2017YFC0908600）的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.02.001
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