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北京时间 8 月 19 日凌晨 2 点，西湖大学施一公团队和哈工大生命科学与技术学院教授黄志伟团队，在 Science 发表了两篇“背靠背”论文。
（来源：Science） 两支团队都报导了 B 细胞受体 IgM 亚型复合物的结构。据悉，该复合物由抗体的膜形式 mIg 组成，并与两个跨膜蛋白 Iga（CD79A）和 Igb（CD79B）结合。这些结构有望为开发高效疫苗、癌症治疗、以及控制和预防自身免疫性疾病的治疗方法提供帮助。 为了提供 B 细胞受体的高分辨率视图，两支团队都从细胞中纯化了 B 细胞受体，并使用冷冻电镜对其进行成像。 黄志伟团队除了解析了 IgM B 细胞受体的结构，还解析了 IgG1 B 细胞受体的结构，从而对 IgM-BCR 和 IgG-BCR 的结构进行比较，揭示了亚型之间的结构差异以及保守之处。 要想理解这些成果，先来认识下 B 细胞为何物。
什么是 B 细胞？ B 细胞（B lymphocyte），又叫 B 淋巴细胞。对于适应性免疫系统来说，它是一项重要组成部分。当 B 细胞遇到抗原刺激时，前者可分化成浆细胞和记忆 B 细胞。
其中，抗体的合成和分泌，离不开浆细胞的参与，只有这样才能形成人体的免疫屏障。而记忆 B 细胞正如其名，它好比一个“记录官”，可以记下和存储感染信息，并让信息在必要时派上用场。 值得注意的是，只有抗原和 B 细胞受体（BCR，B cell receptor）结合时，B 细胞才会可能进行增殖和分化，浆细胞和记忆 B 细胞也才会诞生。 打个比方，假如入侵人体的抗原是“敌人”，B 细胞则要“领兵作战”发起免疫战斗，而 B 细胞受体则好比“开路先锋”，负责探测虚实。也就是说，在 B 细胞的发育和免疫反应中，B 细胞受体复合物起着关键作用。 自新冠疫情爆发以来，为了研发 COVID-19 疫苗，许多研究人员将目光放在 B 细胞上。目前，我们接种的几乎所有疫苗都依赖于通过与表面表达的 B 细胞受体结合来激活 B 细胞。如前所述，该受体可以识别抗原并刺激抗体的产生。 然而，即使是在最新研发的疫苗里，学界也尚未完全掌握 B 细胞受体的功能，这导致许多疫苗无法提供良好的长期免疫。 如果能破解 B 细胞受体复合体结构，则能拿下 B 细胞免疫学研究领域最后的“圣杯”。
揭开 B 细胞受体组装的“面纱” 黄志伟团队的论文题为《两种人 B 细胞受体同型的低温电子显微镜结构》（Cryo-EM structures of two human B cell receptor isotypes）[1]。该论文揭示了 B 细胞受体复合物亚基的组装、识别机制，并发现不同亚型的 B 细胞受体，为 B 细胞受体触发提供了见解。值得注意的是，尽管 B 细胞受体在膜内具有保守的组装模式，但在胞外却具有不同的组装模式。
（来源：Science） 此前，B 细胞受体复合体的组装机制尚不清楚。而黄志伟课题组测定了人 IgG-BCR 和 IgM-BCR 的冷冻电镜结构，结果发现它们由膜结合的免疫球蛋白分子 (mIg，monoclonal immunoglobulin) 和 Iga/b 亚基在 1：1 的化学计量学上组成。
图 | 黄志伟（来源：资料图） 这两种 B 细胞受体复合物的组装都涉及到它们的胞外结构域、膜-近端连接肽和跨膜 (TM，transmembrane ) 螺旋。mIgG 和 mIgM 的 TM 螺旋与 Iga/b TM 螺旋共享一组保守的疏水和极性相互作用。 相比之下，IgG-Cg3 和 IgM-Cm4 结构域，分别通过“首尾相连”（head-to-tail）模式和“肩并肩”的模式与 Iga/b 的细胞外 igg 样结构域相互作用。后续，研究团队也将进一步探索不同亚型组装模式的差异是否和活性有关。
（来源：Science） 施一公团队的论文题为《人源 IgM B 细胞受体的冷冻电镜结构》（Cryo-EM structure of the human IgM B cell receptor）[2]。该团队的博士后宿强担任论文共同通讯作者和共同第一作者。 这篇论文让人源 IgM 同种型 B 细胞受体（IgM-BCR）的高分辨率三维结构得到首次报道，膜结合的 IgM（mIgM）与 Igα和 Igβ异源二聚体复合物组装的分子机制也得以揭示。借此为 B 细胞受体如何组装的“未解之谜”找到答案。对于基于 B 细胞受体的免疫疗法，其也提供了关键的结构基础，有望促进基于抗体的治疗方法的设计。
▲图 | 宿强（来源：宿强） 据介绍，B 细胞受体通过抗原识别启动免疫反应。而该课题组报道了一个在静息状态下的人免疫球蛋白 M(IgM)-BCR 的 3.3 埃的低温电子显微镜结构。 该 IgM-BCR 复合物结构包含一个 mIgM 和一个 Igα/Igβ，它们以 1:1 的化学计量比非共价结合。在 Igβ的上方，观察到了 Polatuzumab 的 Fab 片段的电子密度，证实了 Polatuzumab 结合在 Igβ 氨基末端的柔性区域。 在 IgM-BCR 的胞外区域，重链的胞外域与 Igα/Igβ的胞外域紧密堆叠。在近膜区域，两条重链中的一条通过连接肽（linker）穿过由 Igα/Igβ包围的中空结构。在跨膜区域，mIgM 和 Igα/Igβ的跨膜螺旋（TM）形成一个四螺旋束，通过跨膜螺旋之间的氢键来稳定构象。 细胞外的相互作用，可能决定了 B 细胞受体的同型特异性。IgM-BCR 的跨膜螺旋则形成了一个四螺旋束，并且在所有的 B 细胞受体同型中似乎都是保守的。 可以说，该结构揭示了胞外域上的 14 个糖基化位点，并发现三个潜在的表面抗体结合位点，可能有助于用于疾病干预的治疗性抗体或微型蛋白质的理性设计。和已经批准的抗体偶联药物 Polatuzumab vedotin 一样，这些特异性结合 IgM-BCR 的抗体或微型蛋白质，具有治疗 B 细胞淋巴瘤的潜力。
揭示 B 细胞受体结构，为何如此重要？ 据宿强回忆，对于这两篇论文审稿人表示：“（他们）首次展示了 B 细胞受体复合体接近完整的结构。这是 B 细胞生物学的一个巨大突破。” 本期 Science 上，还有一篇题为《揭示 B 细胞受体结构》（Unveiling the B cell receptor structure）的同期评论[3]。
（来源：Science） 对于揭示 B 细胞受体结构的重要性，该文章称：分子结构为理解和控制 B 细胞受体的激活提供了一个路线图。 早期研究表明，B 细胞受体的膜抗体具有熟悉的 Y 形，两个片段抗原结合（Fab）臂通过链接到一个片段可结晶（Fc）腿，继而连接到一个跨膜结构域。 伴随着膜抗体，Iga 和 Igb 会来到 B 细胞表面。最重要的是，当膜抗体结合抗原时，会在 B 细胞内激活生化信号。 因此，Iga 和 Igb 的膜抗体的关键相互作用隐藏在细胞膜中，这让 B 细胞受体在一定程度上对晶体学的结构产生了抵触。 在一定条件下，抗原结合触发 B 细胞的增殖，可以分化出分泌抗体的细胞。然而，这种激活还需要另一个信号、即“第二信号”，如果没有这些信号，B 细胞受体信号就会导致细胞死亡。 许多第二信号是由 CD4+辅助 T 细胞提供的。为了寻求 T 细胞的帮助，B 细胞受体的功能，可作为一种内吞受体捕获抗原，并将其传递到细胞内囊泡进行蛋白水解处理，进而加载到“组织相容性复合体 II 类”（MHC II，major histocompatibility complex class II）分子上。凭借抗原的特异性辅助，这些分子可被 T 细胞识别。 同时，T 细胞也会刺激从默认的 IgM 和 IgD 抗体到 IgG、IgA 或 IgE 的类别转换。在 B 细胞表面，所有这些抗体会形成不同的 B 细胞受体，并就针对抗原的反应做出微调。例如，IgGbcr 比 IgMbcr 更能刺激抗体分泌。 B 细胞受体的另一个重要特征是感知抗原结合的亲和力。但是，B 细胞受体不是一个开关，而是对优势 B 细胞的反应进行分级。优势 B 细胞更能识别抗原，不过是以结合不良的 B 细胞为代价。 因此，抗体亲和力成熟的基础，是通过选择在其抗体的抗原结合位点、进而获得体细胞突变的 B 细胞来介导的。在没有抗原的情况下，B 细胞受体并不是闲置的，而是为静止的 B 细胞提供生存信号。显然，如果没有 B 细胞受体的详细结构，则无法了解 B 细胞激活的所有细微差别。
（来源：Science） 此外，抗原和通过 B 细胞受体传递到细胞内部的物理信号的结合，本身就是一个谜。最初，抗原被认为只是在 B 细胞表面聚集 B 细胞受体，因为抗原绝大多数是多价的（例如病毒颗粒）。 同时，B 细胞受体聚集是一种很有吸引力的机制，因为它避免了由抗原结合引起的构象变化，从而通过 B 细胞受体抗体的高度柔性铰链区传播到细胞质中。 此前有模型提出，Iga-Igb 胞内结构域的聚集，导致其免疫受体酪氨酸基的活性基序（ITAMs，immunoreceptor tyrosine-based activation motifs），被相关的酪氨酸激酶交叉磷酸化。 然而，磷酸化扩散到不受抗原参与的 B 细胞受体，这表明这一过程也能以相反的方式工作：即静息 B 细胞、也就是不分裂的 B 细胞的受体寡聚物，可通过抗原结合分离，而这会暴露了它们的 ITAM 磷酸化位点。 此外，考虑到 B 细胞受体通常要从其他细胞表面提取抗原，这种机械牵引会让 B 细胞受体诱导远端构象的变化或聚集。而这可能与来自膜下细胞骨架的调节相结合，并有助于保持 B 细胞受体在静息状态。 概括来说，此次施一公团队和黄志伟团队等人提出的新结构，就 B 细胞激活或在病理中测试模型上，迈出了第一步。
（来源：Science）
可指导最佳 B 细胞激活的疫苗研发 这两支团队所解析的结构是彼此一致的，这些结构也生动地证实了以前只在示意性图画中描绘的细节。即膜抗体保持其 Y 形，其中 Fab 臂保持自由，而 Fc 部分以 1：1 的化学计量学与 Iga-Igb 异质二聚体结合。
（来源：Science） 未来冷冻电镜有望用来解决抗原参与的 B 细胞受体复合物的结构。激活的 B 细胞受体结构可以解决抗原刺激 B 细胞的机制，并指导最佳 B 细胞激活的疫苗研发。 对于防止 B 细胞的不必要的激活，这两篇论文也可起到一定指导作用。同时，抑制 B 细胞受体的合理方法，或有助于抑制 B 细胞在自身免疫中对自身抗原的识别。 同样，靶向 B 细胞受体可以促进慢性淋巴细胞白血病和某些类型的 B 细胞淋巴瘤的治疗，原因在于其 B 细胞受体信号可以驱动恶性增殖。而抑制细胞内信号或标记病变细胞，则能延缓疾病恶化。 对于下一步研究计划，黄志伟表示：“将基于结构发现，进行在体功能的研究。”
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