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(xiàng)成果由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心主導(dǎo)，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心、復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院、中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施等多家研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家和臨床醫(yī)生共同參與，是基于臨床醫(yī)學(xué)難題與基礎(chǔ)科學(xué)的通力合作。該研究聚焦并探索中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性腦炎的致病機(jī)制，旨在揭示抗NMDA（N-甲基-?-天冬氨酸）受體自身免疫性抗體結(jié)合的抗原表位，闡明病人來(lái)源的致病單抗使NMDA受體聚集導(dǎo)致其內(nèi)吞的致病機(jī)制。

抗NMDA受體腦炎是一種由自身抗體介導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病，是最常見(jiàn)的自身免疫性腦炎類(lèi)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(xué)習(xí)和記憶等認(rèn)知功能的分子開(kāi)關(guān)。該疾病于2018年被國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)等五部門(mén)納入第一批罕見(jiàn)病目錄，其特點(diǎn)是免疫系統(tǒng)產(chǎn)生致病性自身抗體，錯(cuò)誤地攻擊大腦中的NMDA受體，導(dǎo)致受體從神經(jīng)元表面被內(nèi)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(rèn)知障礙、癲癇發(fā)作、運(yùn)動(dòng)障礙、自主神經(jīng)功能紊亂等多種癥狀?；颊吣X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(biāo)記物，但這些抗體結(jié)合的表位及導(dǎo)致NMDA受體功能障礙的機(jī)制一直是領(lǐng)域內(nèi)的未知。

圖 1 | 自身免疫性致病單抗導(dǎo)致NMDA受體內(nèi)吞及突觸功能障礙的示意圖

研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了帶有GFP標(biāo)簽的NMDA受體納米盤(pán)（NMDAR_GFP），把它作為結(jié)合致病抗體的熒光篩選抗原標(biāo)記物，標(biāo)記并分選出來(lái)自抗NMDA受體腦炎患者血液樣品里的單個(gè)B細(xì)胞。通過(guò)流式分選出抗NMDA受體腦炎外周血單個(gè)核細(xì)胞中IgD^-CD27⁺的B細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其中約0.08%的B細(xì)胞被NMDAR_GFP標(biāo)記。對(duì)這些GFP標(biāo)記的細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞分選并收集，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄并擴(kuò)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(xì)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(jié)合特性（圖2）。

圖 2| 使用NMDAR_GFP標(biāo)記的流式分選從病人血清中分離單個(gè)記憶B細(xì)胞，克隆并鑒定致病單抗

隨后，研究團(tuán)隊(duì)選取兩個(gè)代表性單抗mAb_5F6和mAb_2G7，通過(guò)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(jié)構(gòu)域中的R1-lobe結(jié)合（圖3）。把NMDA受體上關(guān)鍵氨基酸做單點(diǎn)突變，就可以顯著性降低致病抗體的結(jié)合。研究人員通過(guò)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(fù)合物呈現(xiàn)2:1或1:2的化學(xué)計(jì)量比，這種結(jié)合模式使得自身抗體引起NMDA受體的聚集和內(nèi)吞。

功能學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(guò)減少神經(jīng)元表面的NMDA受體數(shù)量和減弱NMDA受體介導(dǎo)的興奮性突觸電流產(chǎn)生致病效應(yīng)（圖3）。作為對(duì)照，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)雜交瘤技術(shù)制備了鼠源結(jié)合至R1-lobe表位的單抗未導(dǎo)致NMDA受體功能的異常。這些結(jié)構(gòu)和功能研究表明，設(shè)計(jì)結(jié)合針對(duì)NMDA受體R1-lobe表位的競(jìng)爭(zhēng)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(xiàng)研究不僅為抗NMDA受體腦炎中自身抗體識(shí)別和攻擊靶蛋白的發(fā)病機(jī)制提供了新證據(jù)，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(jù)。

圖3 | 致病單抗在NMDA受體上的結(jié)合表位解析及其影響神經(jīng)元表面NMDA受體數(shù)量和功能分析

該工作由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的突觸蛋白結(jié)構(gòu)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(zhì)設(shè)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(mèng)夢(mèng)、張金寶、寇增偉，及北京深勢(shì)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(guó)科學(xué)院及上海分院的經(jīng)費(fèi)支持。