西湖大学团队首次揭示T细胞“特种兵”真相

在古希腊神话中，有一位名叫阿斯克勒庇俄斯的医神，手持蛇杖，拥有治愈疾病和伤痛的神力，而在人体内，也有这样的“蛇杖”——T细胞。

T细胞，也被称为T淋巴细胞，是人体免疫系统中的主要细胞之一，在人体中，根据表达的T细胞受体（TCR），T细胞可以分为两类——αβ T细胞和γδ T细胞，分别表达受体αβ TCR 和γδ TCR。

尽管γδ T细胞被发现了很多年，然而，其受体组装模式以及识别抗原的模式至今仍未被充分理解，极大地阻碍了γδ T细胞在肿瘤免疫治疗中的开发和应用。

2024年4月24日，西湖大学生命科学学院周强课题组、施一公课题组助理研究员宿强，在Nature上合作发表题为“Structures of human γδ T cell receptor–CD3 complex”的文章。该研究首次报道了两种经典的γδ TCR–CD3复合物的全长冷冻电镜结构，首次揭示了Vγ依赖的组装模式，为γδ TCR在配体识别和T细胞激活的独特性提供了重要见解。

论文截图

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07439-4

非典型T细胞：γδ T细胞

人体很多疾病，都源于免疫系统打了败仗或者出了故障。

人体的免疫系统就像是一个强健且机警的战士，它能根据疾病随机应变。T细胞介导的细胞免疫是这个战士锋利的武器，它可抵御入侵的病原体，直接杀死被感染的细胞，激活其他免疫细胞，调控免疫反应，而T细胞受体（TCR）就是帮助战士准确识别外敌的雷达。

在T细胞这个大家族中，也有很多角色，它们在人体免疫系统中各有分工。

其中，αβ T细胞是T细胞的主要组成部分，占T细胞总数的95%以上。如果把αβ T细胞比作T细胞部队里的“主力军”，那么γδ T细胞则是“特种兵”——含量少（在人外周血淋巴细胞中占1%-5%左右）、反应速度快（γδ T细胞作为免疫系统第一道防线，可以快速启动先天性免疫反应）。

1980年代中期，γδ T细胞被发现，与αβ T细胞不同，其受体由TCRγ和TCRδ两条链组成。γδ T细胞被发现已有数十年，尽管含量少，但在细胞免疫中发挥着关键作用，于是，科学家们不断尝试，想要看清这个非典型T细胞的受体究竟长什么样。

γδ T细胞与肿瘤细胞相互作用方式

（Liu, Y., & Zhang, C. Cells, 9(5), 1206. 2020）

惊喜的发现：γδ TCR–CD3复合物高分辨率结构

CD3是一种重要的白细胞分化抗原，几乎存在于所有的T细胞表面。两类T细胞受体αβ TCR 和γδ TCR都可以和CD3分子形成TCR–CD3复合物。TCR–CD3复合物的信号机制和受体识别一直是领域内的关键问题。

通过重组表达γδ TCR–CD3的6个组分，研究团队首次拿到了全长的γδ TCR–CD3复合物。看到在分子筛上均一且性质良好的蛋白样品，研究团队意识到，他们正在敲开γδ TCR结构生物学的大门！

经过多次实验，在获得γδ TCR–CD3复合物的高分辨率结构后，研究团队发现了γδ TCR与αβ TCR的显著不同——Vγ5Vδ1 TCR呈现了前所未有的二聚体状态，而Vγ9Vδ2 TCR以单体的状态存在，其胞外域更灵活。

人Vγ9Vδ2 和 Vγ5Vδ1 TCR–CD3复合物的冷冻电镜结构

这一惊喜发现，随后引发了研究团队更多的思考：

Vγ5Vδ1 TCR的二聚体状态是否是体外过表达带来的假象?

生理条件下，若也作为二聚体状态存在，那二聚体状态的意义是什么？

为什么不同V区序列的γδ TCR–CD3复合物以不同的寡聚化状态存在？

Vγ9Vδ2 TCR的胞外区要比αβ TCR更灵活，这对γδ T细胞的激活会有什么影响？

在两种经典的γδ TCR–CD3复合物结构中，发现了一团多余的密度，类似于胆固醇分子，这与αβ TCR–CD3相同，其在γδ T细胞的激活中起什么作用？

带着这些思考，研究团队继续迈进。团队成员全部是结构生物学背景，但为了解答这些重要的科学问题，他们选择了一条充满挑战的道路——自学免疫学实验技术。

从第一批慢病毒转染体系的摸索、第一次阳性细胞的筛选，到第一次流式数据的分析、第一次荧光寿命成像显微镜的使用……他们不断尝试，不断刷新、完善研究成果。

然而，当文章投出后，却在第一轮同行评议时受到了许多质疑：分辨率不够，对照组不够，为领域内带来的生物学见解不够……

怎么办？面对质疑声，研究团队只有一个选择：直面问题，解决问题！

历时3个月，经过无数次的克隆构建、蛋白纯化、数据收集处理、稳转细胞系的构建、T细胞激活实验、流式染色分析、FLIM-FRET实验……最终他们获得了6个高分辨率结构，补齐了这项研究的最后一步。

全新的起点：打开γδ T细胞结构免疫学大门

知其然，知其所以然。研究团队用强有力的证据，回答了最初自己提出的疑问——

Vγ5Vδ1 TCR的二聚体状态是生理条件下存在的。研究团队利用荧光寿命成像显微镜-荧光共振能量转移（FLIM-FRET）证实了细胞膜上Vγ5Vδ1 TCR复合物呈现寡聚状态。

Vγ5Vδ1 TCR的二聚体状态对于其识别配体是必须的。研究团队构建了稳定表达野生型Vγ5Vδ1 TCR（二聚体状态）或者突变体Vγ5Vδ1 TCR（单体状态）的Jurkat细胞系，通过抗原呈提细胞以及抗CD3抗体/抗CD28抗体进行了T细胞激活实验，证明了二聚型的野生型Vγ5Vδ1 TCR对于T细胞激活是必需的。

为什么单体形式的Vγ5Vδ1 TCR无法启动T细胞激活？他们构建了CD1d-α-GalCer四聚体，运用流式细胞术测定了野生型Vγ5Vδ1 TCR（二聚体状态）和突变体Vγ5Vδ1 TCR（单体状态）结合配体能力的异同，推测由于二价和单价结合模式的区别，导致突变体Vγ5Vδ1 TCR不能结合CD1d-α-GalCer四聚体，从而不能介导T细胞激活。

?

野生型和突变体Vγ5Vδ1 TCR对配体的二价和单价结合模式

来自免疫学领域的审稿人对这项研究工作给予了高度评价。研究团队从结构出发，联用生物化学、免疫学、细胞生物学等多种技术，系统地解析了γδ TCR–CD3复合物的高分辨率结构，揭开了γδ TCR独特性质的面纱。同时，基于结构为免疫学家提供了见解，为γδ TCR更好地应用于细胞免疫治疗添砖加瓦。

图片γδTCR–CD3复合物可以识别在大小和结构上不同的配体。

这也是研究团队打开γδ T细胞结构免疫学大门的新起点。未来，他们将继续行走在探索γδ T细胞的道路上，一起期待发现更美好的风景！