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LAG3通过驱动共受体-LCK解离抑制TCR-CD3复合体信号传导的机制研究
一、研究团队与发表信息
本研究由Clifford Guy（第一作者）和Dario A.A. Vignali（通讯作者）领衔，团队来自St. Jude儿童研究医院、匹兹堡大学医学院及卡内基梅隆大学等机构，2022年5月发表于Nature Immunology（DOI:10.1038/s41590-022-01176-4）。
二、学术背景
科学领域：免疫学，聚焦T细胞抑制性受体（IR）的分子机制。
研究动机：LAG3（淋巴细胞激活基因3，CD223）是T细胞耗竭的关键抑制性受体，靶向LAG3的免疫疗法已进入临床试验，但其抑制T细胞功能的具体机制尚不明确。传统观点认为LAG3需结合MHC II类分子（主要组织相容性复合体II类分子）发挥作用，但本研究挑战了这一范式。
关键问题：LAG3是否依赖MHC II类分子？其抑制T细胞激活的分子机制是什么？
研究目标：揭示LAG3在MHC II非依赖条件下的作用机制，为优化免疫疗法提供理论依据。
三、研究流程与方法
LAG3抑制功能的MHC II非依赖性验证
- 研究对象：野生型（LAG3+/+）与LAG3敲除（LAG3−/−）的CD4+和CD8+ T细胞。
- 实验设计：
- 增殖实验：在无MHC II条件下，用CD3ε和CD28抗体刺激72小时，检测细胞分裂指数（LAG3−/−细胞增殖增加2-3倍）。
- 钙流检测：刺激后5-10分钟内，LAG3−/−细胞钙信号更强。
- 超分辨成像（STED/STORM）：显示LAG3与TCR-CD3复合体共定位，且不依赖MHC II。
LAG3与TCR-CD3的组成性关联
- 技术方法：
- 荧光标记（FAP-LAG3）：通过氟原激活肽（FAP）实时追踪LAG3在免疫突触（IS）的迁移。
- 共免疫沉淀：证实LAG3与TCR-CD3复合体在静息和激活状态下均结合。
- 细胞膨胀显微镜：分辨率提升5倍，验证LAG3与TCR的空间共定位。
LAG3调控共受体-LCK解离的机制
- 关键发现：
- 酸性EP模体（Glutamic acid-Proline repeat）：LAG3胞质尾部的保守酸性重复序列通过降低突触局部pH，解离LCK激酶与CD4/CD8共受体的锌依赖结合。
- 锌离子（Zn2+）竞争：等温滴定量热法（ITC）证实EP模体弱结合Zn2+，破坏CD4-LCK的锌钳结构。
- pH敏感实验：NMR显示pH≤4.55时CD4-LCK复合体解离，FLIM成像证实LAG3降低突触pH。
功能验证
- 突变体构建：删除EP模体（LAG3δEP）或替换谷氨酸（LAG3QP）后，LAG3丧失抑制功能。
- 信号通路分析：LAG3野生型抑制ZAP70和S6磷酸化，突变体无此效应。
四、主要结果与逻辑链条
- LAG3的MHC II非依赖抑制：增殖与钙流实验证明LAG3抑制功能无需MHC II参与（图1）。
- LAG3-TCR组成性结合：超分辨成像与共免疫沉淀显示LAG3与TCR-CD3复合体在静息期即关联（图2）。
- EP模体的核心作用：
- 酸性EP模体降低突触pH，通过Zn2+竞争解离LCK（图5-6）。
- LAG3δEP或QP突变体无法抑制TCR信号（图6E-F）。
- 信号传导阻断：LCK解离导致ZAP70和下游通路（ERK、AKT）活性下降（图1C, 6E）。
五、研究结论与价值
科学意义：
1. 提出LAG3作为“信号破坏者”的新机制，颠覆其依赖MHC II的传统认知。
2. 揭示酸性EP模体通过局部pH调控Zn2+依赖性蛋白互作的独特途径。
应用价值：
1. 肿瘤免疫治疗：现有LAG3抗体靶向MHC II结合域，本研究提示靶向EP模体或TCR关联区域可能增强疗效。
2. 自身免疫病：设计LAG3激动剂调控过度活跃的T细胞。
六、研究亮点
- 技术创新：
- 多模态超分辨成像（STORM+膨胀显微镜）解析纳米级蛋白互作。
- 细胞外平面脂质 bilayer 模拟突触环境，实现单分子动态追踪。
- 理论突破：首次将pH调控与Zn2+依赖性信号解偶联机制关联。
七、其他价值
- 专利冲突：通讯作者持有LAG3相关专利，提示研究成果的转化潜力。
- 跨学科合作：整合结构生物学（NMR）、生物物理学（ITC）与免疫学，为类似受体研究提供范式。
此研究为LAG3靶向药物的精准设计奠定了分子基础，并开辟了通过调控局部微环境抑制T细胞活性的新思路。