学术带头人两篇文章解析抗体与癌症研究进展

早年毕业于南京大学的丁建平研究员2000年入选中科院“百人计划”引进的杰出青年学术带头人，近年来围绕一些具有重要生物学意义、并且与重要疾病相关的人源蛋白质的结构和功能进行研究，近期其研究组接连发表文章，解析单克隆抗体药物daclizumab，以及人源胞浆IDH1癌症相关突变体R132H的相关成果。

单克隆抗体药物daclizumab（商品名Zenapax®，Roche）是第一株通过美国FDA认证的治疗性抗体，主要应用于器官移植，尤其是肾脏移植的免疫抑制。

近年来，丁建平研究员组对一些重要治疗性抗体和抗原复合物结构和功能展开了系统性的研究，已发表一系列文章，特别是于今年初已揭示了治疗性抗体basiliximab抑制IL-2信号通路的分子机制。最新这项工作是这些研究工作的延续。

IL-2是免疫应答过程中发挥重要作用的细胞因子，其受体由α、β和γ三个亚基组成，其中α亚基(IL-2Rα)是IL-2的特异性受体。研究表明，IL-2Rα在参与器官移植排斥反应、某些自身免疫性疾病、以及T细胞白血病等病理过程的T细胞表面上高表达，因此是很好的药物靶标。抗IL-2Rα 抗体可以抑制其与IL-2的结合，阻断IL-2信号通路，从而抑制T细胞的活化和增殖，减少器官移植后的免疫排斥反应。

研究人员解析了daclizumab的Fab片段与IL-2Rα胞外区的复合物的晶体结构，分析了抗原-抗体之间的相互作用。进一步通过对复合物的结构分析和与已报道的生化数据的比较，鉴定了daclizumab的抗原决定表位。结构分析表明，Fab片段的CDR环区主要通过一个带正电的表面及其两侧两个相对疏水的区域与IL-2Rα两个shushi-like结构域D1和D2发生较强的亲水和疏水相互作用，因此daclizumab对IL-2Rα 的识别具有高亲和力和高特异性。进一步与已报道的IL-2/IL-2Rα及IL-2/IL-2Rαβγc复合物的结构比较，发现daclizumab的抗原表位与IL-2识别IL-2Raα区域有很大程度上的重叠，而且和IL-2相比daclizumab与IL-2Rα具有更强的相互作用，因此可以竞争性地结合IL-2Rα，从而阻断IL-2与IL-2Rα的结合而抑制IL-2信号通路的激活。

这些研究结果在分子水平上揭示了daclizumab抑制IL-2信号通路的分子机制，并合理地解释了已有的生物化学和免疫学数据。基于研究结果，研究者们提出了通过对daclizumab进行定点突变以研发具有更高特异性和更强亲和力的抗体药物的策略。这项研究成果对于抗IL-2Rα的抗体药物的改造和新药物的研发具有重要的指导意义。

另外这一研究组还发表了关于异柠檬酸脱氢酶(IDH)的最新研究成果。自2004年以来，丁建平组围绕IDH的底物特异性识别机制、催化机理、以及活性调节机制已经发表了一系列文章。最新进展揭示了人源胞浆NADP依赖型异柠檬酸脱氢酶IDH1的癌症相关突变体R132H活性“开关”的分子机制，对相关药物的设计研发具有一定的指导意义。发表于Cell Research杂志的论文得到审稿专家和编辑的高度赞赏，被评选为该期杂志的亮点和封面文章。

IDH1在Arg132位点的突变与多种癌症的发生密切相关，而R132H是最常见的一种突变体。当Arg132发生突变后，IDH1催化异柠檬酸氧化脱羧生成αKG的能力大大下降，但却同时获得了将αKG还原成2HG的新功能。研究人员解析了IDH1的同源二聚R132H突变体(IDH1H/H) 和异源二聚R132H突变体(IDH1R/H)在不同底物结合状态的晶体结构。通过对结构的分析和比较，结合点突变、酶促动力学和等温滴定量热等实验，发现了IDH1中一个从未报道过的ICT初始结合位点，并提出在催化过程中，异柠檬酸先结合在初始结合位点，促使重要的结构片段从无规则卷曲状态回复形成有序的α-螺旋，继而通过与相关氨基酸(Arg132等)的相互作用、拉动酶的大结构域向小结构域靠拢，使IDH1从开放的非活性状态转化成闭合的活性状态。Arg132的突变使该过程严重受阻，因而导致IDH1催化异柠檬酸氧化脱羧生成αKG的能力大大下降。

另一方面，综合结构研究和生化实验结果，推测Arg132的突变造成活性中心Tyr139的位移，使得处于新位置的Tyr139可以通过稳定αKG 的C2原子上的负电荷而有助于氢负离子从NADPH向αKG的转移，催化αKG还原成2HG。以上研究结果不仅对Arg132在ICT结合所引发的构象变化中的作用机制提出了新的见解，同时也阐明了Arg132在癌症发生过程中的活性“开关”的分子机制。