T細(xì)胞作為適應(yīng)性免疫的關(guān)鍵角色，其激活依賴T細(xì)胞受體（TCR）對(duì)遞呈抗原的精準(zhǔn)識(shí)別與信號(hào)傳遞。這一過(guò)程的異常不僅會(huì)導(dǎo)致免疫缺陷，還與腫瘤免疫逃逸、慢性感染中T細(xì)胞耗竭密切相關(guān)。長(zhǎng)期以來(lái)，TCR信號(hào)如何實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)啟動(dòng)”與“功能多樣性”一直是免疫領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。作為抗原受體，TCR的核心功能在于將多樣的胞外抗原刺激信號(hào)轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)信號(hào)，從而指導(dǎo)精確的T細(xì)胞免疫程序。它由一個(gè)抗原識(shí)別亞基TCRαβ和三個(gè)信號(hào)亞基CD3εδ、CD3εγ和CD3ζζ構(gòu)成，其中四種CD3信號(hào)鏈的胞內(nèi)區(qū)共含有10個(gè)免疫受體酪氨酸活化基序（Immunoreceptor activation tyrosine-based motif,ITAM），即20個(gè)可磷酸化的酪氨酸位點(diǎn)。這些位點(diǎn)如何通過(guò)磷酸化組合產(chǎn)生特異性的抗原信號(hào)，仍然是免疫學(xué)中的未解之謎。近期，多項(xiàng)冷凍電鏡研究報(bào)道了TCR-CD3復(fù)合體結(jié)構(gòu)，然而CD3胞內(nèi)信號(hào)區(qū)信息由于其無(wú)序性和高度動(dòng)態(tài)性而缺失。因此，填補(bǔ)這一知識(shí)空白對(duì)于完整地理解抗原免疫應(yīng)答至關(guān)重要。

2025年10月2日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所施小山課題組、中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心許琛琦課題組與上海科技大學(xué)王皞鵬課題組合作，在Molecular Cell雜志上發(fā)表了題為“Lipid-regulated phosphorylation hierarchy of the T cell receptor tyrosine motifs”的封面研究論文。該研究利用核磁共振、定量質(zhì)譜和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，解析了TCR-CD3復(fù)合物中關(guān)鍵信號(hào)亞基CD3ζ的胞內(nèi)區(qū)結(jié)構(gòu)以及磷酸化規(guī)律，揭示了正電基序（Basic residue Rich Sequence,BRS）與脂質(zhì)相互作用在其中的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制，同時(shí)提出CD3ζ磷酸化不充分是T細(xì)胞功能耗竭的誘因之一，為合成免疫受體的理性設(shè)計(jì)提供了新思路。

CD3ζζ同源二聚體是TCR-CD3復(fù)合物的主要信號(hào)亞基，每條CD3ζ的胞內(nèi)區(qū)含有3個(gè)ITAM，由此貢獻(xiàn)了TCR中60%的可磷酸化酪氨酸位點(diǎn)。CD3ζ胞內(nèi)區(qū)一直被用作嵌合抗原受體（CAR）的固定模塊，啟動(dòng)其信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。為攻克“無(wú)序且動(dòng)態(tài)”的CD3ζ胞內(nèi)區(qū)在結(jié)構(gòu)解析上的技術(shù)難題，研究團(tuán)隊(duì)采用模擬生理膜酸性磷脂環(huán)境的脂質(zhì)雙分子層（bicelle）系統(tǒng)，結(jié)合溶液核磁共振（NMR）技術(shù)，成功解析了CD3ζ胞內(nèi)信號(hào)區(qū)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。CD3ζ的3個(gè)ITAM基序呈現(xiàn)“N端到C端梯度膜插入”的異質(zhì)性——N端的ITAM1膜插入程度最淺，中間的ITAM2膜插入程度居中，而C端的ITAM3膜插入程度最深。值得注意的是，ITAM的膜插入水平主要由其鄰近的BRS與脂質(zhì)的相互作用調(diào)控，而非由ITAM自身序列決定。這一發(fā)現(xiàn)明確了CD3ζ ITAM結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的分子基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性往往對(duì)應(yīng)功能的特異性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探究了ITAM膜插入差異對(duì)其磷酸化的影響。利用新型靶向定量質(zhì)譜等技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了脂質(zhì)依賴的磷酸化順序：在酸性脂質(zhì)存在時(shí)，CD3ζ的3個(gè)ITAM呈現(xiàn)N端到C端的“順序磷酸化”——ITAM1磷酸化最快，ITAM2次之，ITAM3最慢；而在中性脂質(zhì)環(huán)境中，這種順序性完全消失。這一結(jié)果表明，脂質(zhì)通過(guò)調(diào)控ITAM的膜插入深度，直接決定了其被LCK激酶（TCR信號(hào)關(guān)鍵激酶）磷酸化的效率：膜插入淺的ITAM更易被激酶接觸，磷酸化更快；反之則更慢。為進(jìn)一步驗(yàn)證這一機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)突變了CD3ζ的BRS基序，破壞ITAM的膜插入梯度，磷酸化的順序性也隨之瓦解。這些結(jié)果證實(shí)了“BRS-lipid”的靜電相互作用是CD3ζ順序磷酸化的核心驅(qū)動(dòng)因素。

TCR信號(hào)的精準(zhǔn)調(diào)控不僅關(guān)乎生理免疫應(yīng)答，更與病理狀態(tài)（如腫瘤、慢性感染）下的T細(xì)胞耗竭密切相關(guān)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探究了慢性TCR刺激（模擬腫瘤微環(huán)境或慢性感染）對(duì)CD3ζ磷酸化的影響。結(jié)果表明：T細(xì)胞在耗竭過(guò)程中CD3ζ的磷酸化模式發(fā)生顯著改變——C端的ITAM3的磷酸化衰減速度遠(yuǎn)快于N端的ITAM1，這導(dǎo)致細(xì)胞中積累大量“部分磷酸化”的CD3ζ，進(jìn)而引發(fā)TCR信號(hào)不足。慢性刺激過(guò)程中ATP耗竭是這一異常的關(guān)鍵原因，因?yàn)锳TP不足使得膜插入程度高的酪氨酸不容易獲得磷酸化。這一發(fā)現(xiàn)為T細(xì)胞耗竭機(jī)制提供了新解釋：即除了免疫檢查點(diǎn)分子（如PD-1、LAG3等）外，TCR自身的磷酸化不足也是T細(xì)胞功能異常的重要原因。在多種人類腫瘤中，T細(xì)胞耗竭與TCR信號(hào)不足具有明確的相關(guān)性。

綜上所述，該研究通過(guò)生物物理學(xué)、生物化學(xué)和免疫學(xué)的多學(xué)科交叉，解析了CD3ζ胞內(nèi)區(qū)在生理酸性膜環(huán)境中的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，闡明了靜電調(diào)控的ITAM的順序磷酸化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了T細(xì)胞耗竭的新機(jī)制，為免疫治療提供了新思路。

中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所施小山研究員、中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心許琛琦研究員以及上?？萍即髮W(xué)王皞鵬研究員為該論文的共同通訊作者。分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李華副研究員、孟麗博士、深圳先進(jìn)技術(shù)研究院褚純博士、分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李昌庭、楊皓晨為該論文的共同第一作者。本研究獲得了深圳合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施和深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院公共技術(shù)平臺(tái)提供的技術(shù)支持，特別是質(zhì)譜平臺(tái)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的專業(yè)支撐。

該論文被選為封面故事：六孔長(zhǎng)笛象征含六個(gè)酪氨酸磷酸化位點(diǎn)的CD3ζ。正如不同的笛子孔位組合可產(chǎn)生各種音調(diào)，不同的CD3ζ磷酸化組合也能產(chǎn)生多樣化的信號(hào)輸出，從而決定抗原免疫應(yīng)答的特異性。封面插畫(huà)由許琛琦課題組的張雨萌同學(xué)創(chuàng)作。

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原文鏈接：https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(25)00746-4

圖1 CD3ζ信號(hào)區(qū)的膜結(jié)合結(jié)構(gòu)及其磷酸化層級(jí)性