免疫受體的信號轉導機制與臨床應用一直是生物醫藥的前沿熱點，可以幫助我們理解最根本的免疫應答反應，也是開發創新免疫療法的關鍵。現階段免疫療法大多基于免疫受體的信號調控策略，例如免疫檢查點阻斷療法（2018年諾貝爾獎）、CAR-T和TCR-T細胞療法等。

日前，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所施小山與中國科學院分子細胞科學卓越創新中心許琛琦團隊合作，在Nature Reviews Immunology雜志在線發表了題為“Charge-based immunoreceptor signalling in health and disease”的展望文章，深入探討了一類普遍存在的信號基序-堿性殘基富集序列（basic-residue-rich sequence,BRS）。

文章上線截圖

跨膜蛋白質中存在近膜正電殘基，是經典生化教科書中的已知結論。但是這些序列的信號機制，生理病理功能和應用前景卻沒有系統性總結。本文明確定義了BRS信號基序，總結了其近膜信號轉導機制，闡述了免疫受體BRS突變與人類疾病的相關性，并探討了BRS在創新免疫療法中的應用潛力。

?堿性殘基富集序列（BRS）介導的免疫受體信號轉導機制與轉化應用。a，BRS（藍色）廣泛存在于各類免疫受體的胞內近膜區；b，BRS通過時空動態的近膜靜電網絡調控免疫受體的信號與功能；c，BRS突變與人類疾病緊密相關；d，利用BRS設計合成受體極具轉化應用前景。

堿性殘基富集序列的定義與普適性

堿性殘基富集序列（BRS）通常為10個氨基酸長度，攜帶兩個或更多的凈正電荷，經常位于胞內的近膜區，也可以分布于遠膜的位置。BRS通常為固有無序區（intrinsically disordered region,IDR），但在與其它分子例如酸性磷脂相互作用后，可形成二級結構。

至今，抗原受體（T細胞受體、B細胞受體）、共刺激受體、共抑制受體、NK細胞受體、Fc受體、細胞因子受體等多種免疫受體的BRS已有實驗報導。不僅限于免疫受體，近70%人類單跨膜蛋白的胞內近膜區均攜帶BRS。

BRS介導的近膜靜電調控網絡

實驗證明，BRS可以與細胞膜和近膜區攜帶負電荷或π電子的脂質和蛋白質分子發生靜電相互作用，而環境因子可以進一步調控這些相互作用，形成時空動態的近膜靜電網絡。

目前已知的網絡成員包括：BRS、酸性磷脂（如磷脂酰絲氨酸（PS）、磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PI(4,5)P2））、甾醇分子（如膽固醇、羥化膽固醇）、正電金屬離子（如鈣離子）、富含負電荷或p電子的膜蛋白或近膜蛋白（如LCK、p85、LAG3、PLCγ1）等。

通過近膜靜電網絡，BRS調節了免疫受體的磷酸化、泛素化、液液相分離、機械信號轉導等過程。具體而言，BRS-脂質靜電相互作用可以將免疫受體內磷酸化位點和泛素化位點屏蔽在膜內，從而限制免疫受體的基底信號和泛素化；同時，這類相互作用可以將免疫受體與信號分子PI(4,5)P2預組裝，保證免疫受體處于“整裝待發”狀態。研究發現，BRS與PI(4,5)P2的相互作用，對免疫受體的機械響應至關重要。配體結合受體后，可能誘導受體的構象變化以及膜環境變化，引發BRS及周圍序列的膜解離；隨后BRS通過靜電相互作用迅速招募功能蛋白質，并可能形成具有液液相分離特性的信號小體，介導免疫受體信號的觸發與放大。此外，BRS膜解離后，也會誘導泛素化位點的暴露，從而產生基于泛素化的降解或者信號調控。

BRS突變與疾病的相關性

BRS相關突變導致人類疾病的例子已經被廣泛報導。UniProt數據庫已經包含了多個致病的BRS突變。這些突變導致堿性殘基的丟失或增加，從而改變信號轉導過程。例如，IL-23R R381Q與IGHG1 G396R的致病機制已經被詳細研究。丟失正電的IL-23R R381Q突變會導致IL-23R信號減弱，降低免疫反應，從而降低炎癥風險，但卻增加感染風險。與之相反，獲得正電的IGHG1 G396R突變則會導致IgG BCR信號增強，提升免疫反應，從而增加自身免疫風險，但卻降低感染風險，同時在癌癥病人中展示了更好的免疫治療響應。

BRS的轉化應用前景

BRS的轉化研究集中在兩個方面：天然免疫受體中BRS的信號調控；以及利用BRS設計合成免疫受體。例如，甾醇代謝物7α-羥基膽固醇可以削弱細胞膜脂質分子的排列致密性，幫助TCR信號亞基CD3ε的BRS更好地與膜結合，進而抑制了TCR的磷酸化。

該機制已被用于TCR-T的細胞制備中，通過抑制TCR的基底信號來提升記憶細胞的比例，提高免疫治療的長效性。另一方面，BRS已經被用于CAR-T細胞治療中，在二代CAR分子中加入CD3ε信號區后形成的E-CAR分子具有更好的信號轉導能力。其中BRS可以通過cation-π鍵的方式介導液液相分離的產生，幫助細胞形成更成熟高效的免疫突觸，從而提升E-CAR-T細胞的抗原敏感性和長效性。

值得一提的是，BRS對于另一種合成受體SNIPR（synthetic intramembrane proteolysis receptor）的高效信號轉導同樣至關重要。

未來方向

膜蛋白中擁有種類豐富的BRS庫。但是在當前階段，對BRS信號轉導機制的理解以及應用仍然十分有限，未來還有一系列重要的問題亟需解決。例如，BRS是否可以分成多個亞類？不同的亞類是否有具有不同的信號調節模式？各類BRS突變如何導致人類疾病？如何理性操控BRS信號或者理性設計含有BRS的合成受體？這些問題的解答將極大地提升我們對免疫系統的認識并幫助免疫療法的開發。

施小山研究員為本文第一作者兼共同通訊作者，許琛琦研究員為本文通訊作者。該研究獲得了國家科技部、上海市科學技術委員會、中國科學院以及深圳合成生物學創新研究院的支持。

研究員，博士生導師施小山

課題組專注于開發利用定量質譜等技術系統解析免疫細胞信號轉導機制，并理性設計新型合成免疫學療法。相關研究成果發表于Nature、Cell等期刊，并入選“國家自然科學二等獎”、“中國生命科學十大進展”、“中國重要醫學進展”等。課題組長期招收合成生物學、免疫學、細胞生物學、分子生物學、生物化學等相關專業博士后，歡迎有志之士加入團隊。

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