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LAG-3与稳定肽-MHC II类复合物结合限制T细胞功能并抑制自身免疫及抗癌免疫的研究

第一作者及单位
本研究由东京大学定量生物科学研究所的Takumi Maruhashi（丸桥拓海）和Daisuke Sugiura（杉浦大辅）共同主导，合作单位包括德岛大学先端医学科学研究所、北海道大学药学部等。研究于2022年5月10日发表在*Immunity*（Volume 55, Issue 5）期刊上，标题为《Binding of LAG-3 to stable peptide-MHC class II limits T cell function and suppresses autoimmunity and anti-cancer immunity》。

学术背景

研究领域与动机
LAG-3（淋巴细胞激活基因3，Lymphocyte Activation Gene-3）是一种重要的免疫抑制性共受体，与PD-1和CTLA-4同属免疫检查点分子。尽管LAG-3在自身免疫和癌症免疫中的调控作用已被广泛认可，但其功能性配体长期存在争议。此前研究提出两种潜在配体：稳定的肽-MHC II类复合物（peptide-MHC class II, pMHCII）和纤维蛋白原样蛋白1（Fibrinogen-like protein 1, FGL1），但二者在LAG-3抑制功能中的相对贡献尚不明确。本研究旨在明确LAG-3的功能性配体及其在自身免疫和抗癌免疫中的机制。

科学问题
1. LAG-3是否通过结合pMHCII或FGL1抑制T细胞活化？
2. 两种配体的结合是否独立或协同作用？
3. 配体结合缺陷的LAG-3突变体如何影响体内免疫调控？

研究流程与方法

1. 配体结合能力验证

• 实验对象：
  
  • 体外培养的DO11.10（CD4+ T细胞杂交瘤）和BW-2C（CD8+ T细胞杂交瘤）细胞系，转染野生型或突变型LAG-3。
    
  • 原代T细胞（来自C57BL/6和NOD小鼠）。
    
• 方法：
  
  • 通过流式细胞术检测FGL1（重组蛋白COMP-FGL1）和pMHCII（ESAT-6肽段:I-Ab四聚体）与LAG-3的结合。
    
  • 生物层干涉仪（BLI）定量分析结合动力学参数（KD值）。
    
• 关键发现：
  
  • FGL1仅以低亲和力结合LAG-3（KD=6.75 μM），而pMHCII结合亲和力更高（KD=2.76 μM）。
    
  • 突变体LAG-3-P111A和LAG-3-G103R丧失pMHCII结合能力但保留FGL1结合能力；LAG-3-K27E则丧失FGL1结合能力但保留pMHCII结合能力。
    

2. 体外T细胞抑制实验

• 实验设计：
  
  • 使用表达稳定或不稳定pMHCII的抗原呈递细胞（APC）刺激T细胞，检测IL-2分泌和激活标志物（CD69、4-1BB）。
    
• 结果：
  
  • 仅当APC表达稳定pMHCII时，LAG-3显著抑制T细胞活化（IL-2降低75-90%）。
    
  • 添加FGL1（包括多聚化形式COMP-FGL1）未增强抑制效果。
    
  • LAG-3-P111A（pMHCII结合缺陷）完全丧失抑制功能，而LAG-3-K27E（FGL1结合缺陷）抑制能力与野生型相当。
    

3. 体内功能验证

• 自身免疫模型（NOD小鼠）：
  
  • 通过CRISPR-Cas9构建LAG-3-P111A和LAG-3-K27E突变小鼠。
    
  • 结果：LAG-3-P111A小鼠与LAG-3敲除小鼠类似，加速1型糖尿病（T1D）发病（14周发病率达80%），胰岛中IFN-γ+ T细胞浸润增加；LAG-3-K27E小鼠表型与野生型无差异。
    
• 抗癌免疫模型（MC38结肠癌）：
  
  • LAG-3-P111A小鼠肿瘤生长显著抑制，肿瘤浸润CD4+ T细胞活化和增殖增强，而CD8+ T细胞无显著变化。
    

主要结果与逻辑链条

1. 配体结合特异性：LAG-3通过D1结构域结合pMHCII，通过N端氨基酸（如K27）结合FGL1，二者结合位点邻近但独立。
   
2. 功能依赖性：仅pMHCII结合可触发LAG-3的抑制信号，FGL1结合既不必要也不充分。
   
3. 体内表型一致性：pMHCII结合缺陷导致自身免疫加剧和抗癌免疫增强，而FGL1结合缺陷无影响。
   

结论与意义

科学价值：
- 明确稳定pMHCII是LAG-3在自身免疫和抗癌免疫中的功能性配体，解决了长期争议。
- 为靶向LAG-3的免疫疗法（如抗体设计）提供理论依据：应优先阻断pMHCII结合而非FGL1。

应用潜力：
- 针对pMHCII-LAG-3互作的抑制剂可能更有效治疗癌症，而避免FGL1相关副作用。
- 突变体小鼠模型为研究LAG-3信号通路提供了新工具。

研究亮点

1. 配体机制创新：首次通过遗传学手段证明pMHCII是LAG-3的核心配体。
   
2. 方法学贡献：
   
   • 开发了LAG-3突变体（P111A、K27E）并解析其结构-功能关系。
     
   • 结合BLI和流式细胞术量化配体结合动力学。
     
3. 跨疾病验证：在自身免疫（T1D）和癌症（MC38）模型中一致证实pMHCII的关键作用。
   

其他价值

• 揭示了LAG-3抑制CD4+和CD8+ T细胞的差异机制：CD4+ T细胞依赖APC的pMHCII表达，而CD8+ T细胞需共刺激信号。
  
• 提出FGL1可能通过非LAG-3途径调控免疫（如结合其他受体），需进一步研究。
  

（字数：约2000字）