南开大学曹婵团队JACS：揭示免疫激活型受体OX40的新型调控机制

导读

近日，南开大学化学学院、元素有机化学全国重点实验室曹婵课题组与苏循成课题组合作，在国际高水平期刊《Journal of the American Chemical Society》上发表了题为“Transmembrane Domain Oligomerization and Intracellular Domain-lipid Interaction Oppositely Modulates OX40 Receptor Activation Unveiled by 19F NMR”的最新研究。该研究综合运用19F NMR和脉冲EPR等多种化学生物学与生物物理技术，首次揭示了OX40受体激活的双向调控机制：其信号转导受到跨膜结构域（TMD）寡聚化的正向促进，同时受到胞内结构域（ICD）与磷脂互作的反向抑制。这种犹如“拔河”般的制衡机制，共同决定了OX40与下游信号分子TRAF2的相互作用 。

OX40（CD134或TNFRSF4）是肿瘤坏死因子受体超家族（TNFRSF）中至关重要的共刺激受体，主要表达于活化的T细胞表面，是抗肿瘤免疫治疗与自身免疫疾病治疗的明星靶点。目前，开发OX40激动剂以增强T细胞杀伤力，或开发拮抗剂以抑制过度免疫反应，是临床药物研发的重点方向。然而，在分子层面上，OX40受体如何激活下游通路的具体机制始终是一个未解之谜 。

为了解决这一难题，研究团队将OX40的跨膜及胞内结构域（TMD-ICD）成功重组到Lipid Bicelle和Lipid Nanodisc两种磷脂双分子层体系中。研究以高灵敏度的 ¹⁹F NMR 为核心技术，结合脉冲电子顺磁共振（PELDOR/DEER）和等温滴定微量热法（ITC）等方法，深入剖析了OX40与下游效应蛋白TRAF2的互作模式 。该研究取得了以下两大核心发现：

1）跨膜区TMD寡聚化是OX40信号转导的“加速器”

研究发现，OX40受体跨膜结构域（TMD）介导的簇集（寡聚化）作用，能够将胞内信号转导基序与下游分子TRAF2的结合亲和力显著提升约20倍，从而强效促进信号激活（图一）。

图一 OX40跨膜结构域寡聚化促进TRAF2结合

研究团队进一步在OX40信号转导区引入高灵敏的¹⁹F化学标签，利用TRAF2滴定实验获得了结合前后的特征谱峰，证实了OX40跨膜区对下游分子TRAF2结合的促进作用。同时，通过引入PROXYL自由基标签解析特征距离分布，揭示了一种单向的构象影响机制：即TRAF2的结合会诱导OX40发生构象扰动，而反之则未引起明显变化（图二） 。

图二 OX40受体信号转导区与TRAF2结合的分子构象表征

2）胞内域ICD-脂质互作是OX40信号转导的“制动器”

研究团队进一步探索了破坏由跨膜区介导的OX40寡聚化的策略。结果表明，无论是引入磷脂扰动还是破坏寡聚界面，均会导致OX40信号转导区域产生构象异质性，从而抑制其与下游分子TRAF2的结合（图三）。

图三 破坏 OX40 受体寡聚化阻断 TRAF2 结合

研究进一步证实，该构象异质性源于低寡聚或非寡聚状态下胞内结构域（ICD）与磷脂双分子层之间的相互作用，正是这种互作直接阻碍了TRAF2的结合（图四） 。

图四 非寡聚状态下 OX40 胞内结构域与磷脂的相互作用

基于上述发现，研究团队提出了一种全新的OX40受体调控模型：OX40受体的信号转导犹如一场精密平衡的动态“拔河比赛” 。脂质与ICD互作介导的“抑制作用”与TMD寡聚化驱动的“激活作用”在此消彼长中，共同决定了受体的最终激活状态（图五） 。

图五 OX40受体调控模型

该研究的第一作者为南开大学博士生董闻阁同学，曹婵和苏循成为共同通讯作者。其他参与作者包括王琬琪、杨茵研究员、张兴博士、龚军源、崔朝玉博士、蔺一凡、张磊和贾晓普。本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划青年项目以及南开大学中央高校基本科研业务费的支持。作者团队感谢元素有机化学全国重点实验室提供的核磁平台和脉冲电子自旋共振平台的支持。

论文信息：

Transmembrane Domain Oligomerization and Intracellular Domain-lipid Interaction Oppositely Modulates OX40 Receptor Activation Un-veiled by 19F NMR

Wenge Dong, Wanqi Wang, Yin Yang, Xing Zhang, Junyuan Gong, Chaoyu Cui, Yifan Lin, Lei Zhang, Xiaopu Jia, Xun-Cheng Su*, Chan Cao*

J. Am. Chem. Soc. 2026

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c04461

导师介绍：

曹婵，南开大学化学学院/元素有机化学全国重点实验室/化学生物学系课题组组长（PI），研究员，博士生导师，南开大学百名青年学科带头人。曹婵博士于2017年获南开大学博士学位，在博士期间，入选国家建设高水平大学公派研究生项目，于2014年—2017年赴美国哈佛大学医学院从事基础科学研究，2017年起在哈佛大学医学院从事博士后研究，2021年3月入职南开大学化学学院/元素有机化学全国重点实验室组建独立课题组，研究方向为跨膜受体的化学生物学，致力于药物靶向跨膜受体信号转导新机制的发现与调控新策略的发展。现承担多项国家级科研项目，任中国化学会女化学工作者委员会委员，教育部化学“101计划”核心教材《化学生物学》《化学生物学实验》教材编委会成员。迄今发表多篇国际高水平研究论文，包括J. Am. Chem. Soc. Chem.（通讯作者）、Angew. Chem.（通讯作者）、PNAS（第一作者），Nature（共同第一作者）等，申请中国和国际专利多项。