Sci Adv | 肖俊宇和高宁团队联合发表多聚抗体设计策略

抗体是人体免疫防御系统中 的关键分子。 2025 年 1 1 月，北京大学肖俊宇教授与高宁教授研究团队 联合 在 Science Advances 上发表了一项题为

Xenopus

IgX

informs engineering strategies of IgM and IgG hexamers

IgM 抗体在演化上最为古老，广泛存在于有颌脊椎动物中。 在哺乳动物中， IgM 通过其重链末端 18 个氨基酸组成的 “ 尾片（ tailpiece, tp ） ” 区域 与 J 链结合，组装成稳定的五聚体【1】。 这一组装 形式 不仅维持了 IgM 五聚体的 稳定性 ，还 使得 J 链以独特的方式 参与 和 IgM 受体 及 结合蛋白的相互作用，从而 调节 IgM 的功能【1–4】。在缺乏 J 链的情况下， IgM 可形成 部分 六聚体及 四聚体、五聚体等 聚合形式。 除了能以多价态的方式结合并中和病原， IgM 还 能高效激活补体系统，协同清除病原和异常细胞【5, 6】。值得注意的是， 天然 IgM 六聚体 的含量虽然很低，但 由于在结构上与 C1q 的六聚 体结构 更为匹配，因此比 IgM 五聚体具有更强的补体激活能力【7–10】。

图 1. IgX -F c 六聚体的冷冻电镜结构。

非洲爪 蟾 中的 IgX 抗体是抗体演化的一个独特分支。 本 研究首先发现， IgX 可不依赖 J 链而自主组装成稳定的六聚体（图1A）。 与 IgM 不同， IgX 的 tp 区域 （ χtp ） 仅包含 11 个氨基酸（图1B）；去除这一区域 会 破坏 IgX 形成六聚体的能力，说明 χtp 对于 IgX 六聚体 的形成 至关重要。 通过冷冻电镜 技术， 本 研究 解析了 IgX -Fc 六聚体的结构 。在采用 C1 对称性 计算获得 的冷冻电镜密度图中， χtp 区域的分辨率较低 ； 而在 采用 C6 对称性扩展 的方法 对复合物颗粒进行处理后， χtp 区域的 β- 折叠构象特征得以显现。

为了进一步探究 χtp 介导 六 聚体形成的能力，本研究接下来 将 人源 IgM 的 tp （ μtp ） 替换为 IgX 的 χtp 。结果显示， 获得的 嵌合体（ Fcμ-χtp ）在没有 J 链的情况下，也能高效组装成均 一 的六聚体 。据此结果， 推测 tp 的长度可能是调控六聚体形成的关键。随后，将人源 IgM 的 μtp 逐步 截短 ，发现 μtp 的长度在 11 ~ 16 个氨基酸 之间 均可以 实现均 一 的六聚体组装（图2A-B）。 从分子机制的角度，少于 11 个 氨基酸的 μtp 会 损害 β- 折叠 的完整性，从而破坏 IgM 六聚体的稳定性； 而 超过 16 个 氨基酸的 μtp 则会 因空间 位阻效应阻碍六聚体形成。具体而言，倒数第二位的 Cys575 与末端 Tyr576 参与 IgM-Fc 与 J 链的相互作用，更加有利于 IgM-J 五聚体的 组装 ， 但会影响六聚体的 形成 。

图 2. 改造后 IgM -Fc 和 IgG -Fc 六聚体 的冷冻电镜结构。

值得一提的是，将来自 IgM 的 截短的 μtp （ μtp 11 ）引入人源 IgG ，也能构建出稳定的 IgG 六聚体（图2C）。 在功能验证中， 本研究 设计了靶向 CD20 的 IgM 与 IgG 六聚体，并在 OCI-Ly10 、 Daudi 、 Raji 等多种 B 淋巴瘤细胞中测试其杀伤效果。结果显示，这些工程化 的 六聚体 抗体 在细胞层面 展示 显著增强 的 补体依赖性细胞毒性（ complement-dependent cytotoxicity, CDC ）（图3A）。此外，改造后的 IgG-Fc 六聚体还 可以 作为 “ 分子诱饵 ” ，在细胞层面抑制过度激活的补体反应（图3B）。

图 3. 改造后抗体 的功能 表征 。

总结来说，这项研究从分子演化的角度揭示了一种天然六聚抗体的构造原理，并据此发展出一种通用策略，通过嵌合χtp或截短的μtp序列，高效诱导IgM或IgG六聚体的形成。工程化的 IgM-Fc 六聚体也有望作为分子骨架，展示 其 他 具有生物活性的 蛋白，从而拓展其应用潜力。 本 工作深化了我们对多聚免疫球蛋白 演化 的认识，也为开发 新型 生物制剂提供了一项平台技术。

北京大学生命科学学院 /BIOPIC 博士后张瑞雪（北京大学 CLS 项目博士毕业）和已出站博士后纪成功为该论文的共同第一作者。肖俊宇教授（ 北大 - 清华生命科学联合中心、 基因功能研究与操控全国重点实验室、北京大学生命科学学院 /BIOPIC 、昌平实验室）和高宁教授（ 北大 - 清华生命科学联合中心、 膜生物学全国重点实验室、北京大学生命科学学院、昌平实验室）、以及纪成功博士为该论文的共同通讯作者。北京大学生命科学学院博士研究生李姝涵和李宁宁研究员为该工作做出了重要贡献。

https://doi.org/10.1126/sciadv.aea3737

制版人：十一

参考文献

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