肿瘤坏死因子超家族(tumor necrosis factor superfamily, TNF superfamily)相关分子是天然/获得性免疫调节和功能发挥的关键，该家族许多成员都是肿瘤免疫治疗和抗炎症药物研发的药物靶标。4-1BB和GITR等激活型免疫检查点分子是近年来备受关注的TNF受体(TNFR)超家族成员，全球有多款抗体药物处在临床验证阶段，其配体结合机制和抗体药物作用机制研究对于新型免疫治疗策略的开发具有重要参考价值。在前期研究中，高福团队阐明了4-1BB与其配体和激活型抗体作用的分子基础，对于理解4-1BB活化的分子基础及抗体药物开发具有重要意义(Li Y., et al., 2018. Cell Reports)。该团队近日报道了共刺激受体糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体家族相关蛋白(GITR)与其配体 GITRL 的“非典型”相互作用机制，研究结果发表在《Cell Reports》杂志。
GITR 是参与T 细胞应答调节的免疫检查点分子，靶向 GITR 的激活型单克隆抗体在临床研究中显示出良好的药物耐受性和显著的肿瘤抑制活性。GITR 及其配体 GITRL 是 TNF/TNFR 超家族的重要成员。前期研究普遍认为，TNF/TNFR 超家族中受体-配体结合模式高度保守，受体分子与三聚体配体按照1:1的比例结合形成“3+3”的复合物，TNFR 分子一般与由两个相邻 TNF 分子形成的侧裂区域结合，三聚体配体介导的受体交联被认为是受体信号激活的基本模式。通过对鼠源GITR/GITRL复合物晶体结构解析和一系列细胞/蛋白水平实验验证，发现两个单体GITR分子与二体GITRL形成“2+2”复合物，GITR通过其CRD2结构域结合GITRL，二者之间的结合面与经典的TNF/TNFR超家族分子截然不同，位于GITRL的N149和位于GITR的D93-I94-V95决定了受体/配体间主要的相互作用，表明GITR/GITRL不同于经典TNF/TNFR超家族的“非典型”相互作用模式。GITR单个结构域介导其与配体的结合这一现象提示，这种独特的作用模式可能是 TNF/TNFR 超家族进化过程中的较为古老的结合模式，而其他 TNFR 超家族成员分子与配体结合往往已经进化为由两个不同结构域介导结合的特异性与高亲和力。研究还发现，小鼠 GITR 中的D93-I94-V95(DIV)和人 GITR 中相应的K105-F106-S107(KFS)区域决定了受体与其配体结合的种属特异性。尽管鼠源与人源GITR/GITRL不能交叉识别，小鼠 GITR 配体结合关键位点“DIV”至“KFS”突变则导致其与人 GITRL 交叉识别，并在NFAT-Luc-Jurkat T细胞信号模型中诱导T细胞激活信号。
该研究发现的GITR/GITRL不同于经典TNF/TNFR超家族的“非典型”相互作用模式，不仅拓展了我们对TNF/TNFR 超家族分子相互作用模式的认知，也为基于 GITR/GITRL相互作用的药物设计提供了理论基础。
GITR/GITRL 的复合物结构和决定 GITR 结合特异性的“DIV/KFS”基序
近年来，该团队在免疫检查点受体分子的配体识别机制及抗体药物作用机制方面开展了系列研究工作，研究成果相继发表在《Cell Research》《PNAS》《Nature Communications》《Cell Reports》《EMBO Reports》等，为理解T细胞免疫调节机制以及免疫检查点分子为基础的药物开发提供了重要的理论依据。
中国科学院微生物研究所的助理研究员赵敏、江西科技师范大学联合培养硕士研究生付丽君为该研究的共同第一作者，微生物所高福院士和谭曙光副研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院先导项目和科技部重大专项项目的基金支持。
论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)01183-9