蝙蝠pMHC I的独特晶体结构揭示了其结合高亲和力多肽的新机制

蝙蝠是天然的病毒宿主，可无症状携带100 多种病毒，其中一些病毒甚至对畜禽和人类是致命的。作为唯一可以持续飞行的哺乳动物，蝙蝠可以快速扩散所携带的病毒，形成野生交叉感染环境，直接关系动物卫生和人类健康。蝙蝠与病毒的无症状共存被认为与其独特免疫系统有关。主要组织相容性抗原分子复合体I 类分子(MHC I)，通过递呈外源抗原肽来激活细胞毒性淋巴细胞(CTL)，与细胞免疫反应密切关联，在抗病毒免疫中发挥着重要作用。近年来关于蝙蝠免疫系统的相关研究成为了热点，并引起了普遍的关注。最新发表于美国免疫学杂志《The Journal of Immunology》 的封面论文，通过利用晶体学手段，解析了澳洲飞狐(Pteropus alecto)MHC I 多肽复合物(pMHC I)结构，揭示了在各种蝙蝠中均普遍存在的一种MHC I 分子促进高亲和力多肽结合的新机制，其可为阐明蝙蝠CTL 介导的细胞免疫反应，以及揭示病毒如何与宿主蝙蝠共存和降低蝙蝠可无症状携带病毒的风险奠定了基础。

该研究首先通过解析了蝙蝠MHC I 分子与八肽复合物Ptal-N * 01：01/HEV-1 (DFANTFLP)，以及九肽复合体Ptal-N * 01：01/HEV-2 (DYINTNLVP)的晶体结构，发现Ptal-N * 01:01 具有多个丙氨酸组装的口袋B 和柔性疏水口袋F，其可以容纳多种的锚定残基并允许Ptal-N * 01:01 结合多种肽，口袋F 可高水平的递呈脯氨酸。为了解释这一现象，研究人员将HEV-1 多肽的碳端脯氨酸(PΩ-P)突变为了亮氨酸，解析了多肽突变体Ptal-N * 01：01/HEV-1PΩL(DFANTFLL)的结构。通过结构比对发现，PΩ 处的脯氨酸通过范德华力与Ile98，Tyr77，Leu119，Gly80 和Val84 相互作用，在非常疏水的环境中包围自身，并且Leu119 能够像一个具有柔性的爪子随PΩ 的侧链种类不同发生调整并有利于结合所有各种疏水性氨基酸，其中Gly80 由于其无侧链，为范德华力作用环境的维持以及PΩ-P 的高水平递呈起到了决定性作用。在Ptal-N*01:01 的结构中，抗原结合槽外侧的α1 螺旋发生了向下翻转，这与已报道过的哺乳动物pMHC I 结构有着显著的差异。通过序列比对，发现在其重链的52～54 位连续插入了3 个氨基酸，并且这种插入现象在蝙蝠中是普遍的。通过解析Ptal-N * 01：01/HEV-1 插入氨基酸的删除突变体结构p/Ptal-N * 01：01ΔMDL/HEV-1，证明了该插入氨基酸协助了在其后续的酸碱氨基酸对形成了盐桥，并进而在结合肽的N- 端Ptal-N*01:01 重链的65 位精氨酸之间形成了另一个盐桥。为了阐明这种“盐桥链”对于递呈多肽的影响，结合合成随机九肽库以及质谱数据de novo 分析方法，创新性的设计了体外pMHC I 结合肽组鉴定实验。在完全脱离细胞环境的多肽质谱实验结果中，发现P1-D 高水平递呈的现象消失了，证明蝙蝠的插入氨基酸能够通过在多肽P1-D 和抗原结合槽之间形成盐桥，并在肽交换过程中阻止P1-D 多肽的有效替换，揭示了其呈递高亲和力多肽的新机制，为阐明蝙蝠CTL 介导的免疫反应，也为有效防控作为高度危险的病毒传播媒介蝙蝠细胞免疫多肽疫苗的设计提供了理论依据。