學術帶頭人兩篇文章解析抗體與癌癥研究進展

日期：2010-11-15 09:00:22

早年畢業于南京大學的丁建平研究員2000年入選中科院“百人計劃”引進的杰出青年學術帶頭人，近年來圍繞一些具有重要生物學意義、并且與重要疾病相關的人源蛋白質的結構和功能進行研究，近期其研究組接連發表文章，解析單克隆抗體藥物daclizumab，以及人源胞漿IDH1癌癥相關突變體R132H的相關成果。

單克隆抗體藥物daclizumab（商品名Zenapax®，Roche）是第一株通過美國FDA認證的治療性抗體，主要應用于器官移植，尤其是腎臟移植的免疫抑制。

近年來，丁建平研究員組對一些重要治療性抗體和抗原復合物結構和功能展開了系統性的研究，已發表一系列文章，特別是于今年初已揭示了治療性抗體basiliximab抑制IL-2信號通路的分子機制。最新這項工作是這些研究工作的延續。

IL-2是免疫應答過程中發揮重要作用的細胞因子，其受體由α、β和γ三個亞基組成，其中α亞基(IL-2Rα)是IL-2的特異性受體。研究表明，IL-2Rα在參與器官移植排斥反應、某些自身免疫性疾病、以及T細胞白血病等病理過程的T細胞表面上高表達，因此是很好的藥物靶標?？笽L-2Rα 抗體可以抑制其與IL-2的結合，阻斷IL-2信號通路，從而抑制T細胞的活化和增殖，減少器官移植后的免疫排斥反應。

研究人員解析了daclizumab的Fab片段與IL-2Rα胞外區的復合物的晶體結構，分析了抗原-抗體之間的相互作用。進一步通過對復合物的結構分析和與已報道的生化數據的比較，鑒定了daclizumab的抗原決定表位。結構分析表明，Fab片段的CDR環區主要通過一個帶正電的表面及其兩側兩個相對疏水的區域與IL-2Rα兩個shushi-like結構域D1和D2發生較強的親水和疏水相互作用，因此daclizumab對IL-2Rα 的識別具有高親和力和高特異性。進一步與已報道的IL-2/IL-2Rα及IL-2/IL-2Rαβγc復合物的結構比較，發現daclizumab的抗原表位與IL-2識別IL-2Raα區域有很大程度上的重疊，而且和IL-2相比daclizumab與IL-2Rα具有更強的相互作用，因此可以競爭性地結合IL-2Rα，從而阻斷IL-2與IL-2Rα的結合而抑制IL-2信號通路的激活。

這些研究結果在分子水平上揭示了daclizumab抑制IL-2信號通路的分子機制，并合理地解釋了已有的生物化學和免疫學數據?；谘芯拷Y果，研究者們提出了通過對daclizumab進行定點突變以研發具有更高特異性和更強親和力的抗體藥物的策略。這項研究成果對于抗IL-2Rα的抗體藥物的改造和新藥物的研發具有重要的指導意義。

另外這一研究組還發表了關于異檸檬酸脫氫酶(IDH)的最新研究成果。自2004年以來，丁建平組圍繞IDH的底物特異性識別機制、催化機理、以及活性調節機制已經發表了一系列文章。最新進展揭示了人源胞漿NADP依賴型異檸檬酸脫氫酶IDH1的癌癥相關突變體R132H活性“開關”的分子機制，對相關藥物的設計研發具有一定的指導意義。發表于Cell Research雜志的論文得到審稿專家和編輯的高度贊賞，被評選為該期雜志的亮點和封面文章。

IDH1在Arg132位點的突變與多種癌癥的發生密切相關，而R132H是最常見的一種突變體。當Arg132發生突變后，IDH1催化異檸檬酸氧化脫羧生成αKG的能力大大下降，但卻同時獲得了將αKG還原成2HG的新功能。研究人員解析了IDH1的同源二聚R132H突變體(IDH1H/H) 和異源二聚R132H突變體(IDH1R/H)在不同底物結合狀態的晶體結構。通過對結構的分析和比較，結合點突變、酶促動力學和等溫滴定量熱等實驗，發現了IDH1中一個從未報道過的ICT初始結合位點，并提出在催化過程中，異檸檬酸先結合在初始結合位點，促使重要的結構片段從無規則卷曲狀態回復形成有序的α-螺旋，繼而通過與相關氨基酸(Arg132等)的相互作用、拉動酶的大結構域向小結構域靠攏，使IDH1從開放的非活性狀態轉化成閉合的活性狀態。Arg132的突變使該過程嚴重受阻，因而導致IDH1催化異檸檬酸氧化脫羧生成αKG的能力大大下降。

另一方面，綜合結構研究和生化實驗結果，推測Arg132的突變造成活性中心Tyr139的位移，使得處于新位置的Tyr139可以通過穩定αKG 的C2原子上的負電荷而有助于氫負離子從NADPH向αKG的轉移，催化αKG還原成2HG。以上研究結果不僅對Arg132在ICT結合所引發的構象變化中的作用機制提出了新的見解，同時也闡明了Arg132在癌癥發生過程中的活性“開關”的分子機制。