LAG-3的分子結(jié)構(gòu)，你真的了解嗎？

2022-10-31 13:52

前言

在過去的十幾年中，T細(xì)胞免疫檢查點（ICP）的發(fā)現(xiàn)以及CTLA－4和PD－1／PD－L1單克隆抗體抑制劑的開發(fā)徹底改變了免疫腫瘤學(xué)領(lǐng)域。新的與腫瘤微環(huán)境相關(guān)的其他免疫檢查點也陸續(xù)成為腫瘤藥物研發(fā)的熱點。在這些新一代ICP中，淋巴細(xì)胞激活基因－3（LAG－3）已成為癌癥治療中最有前景和潛力的靶點之一。

LAG－3是在1990年首次被發(fā)現(xiàn)的，然而到目前為止，關(guān)于這個分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)信息仍然匱乏。最近，Nature Immunology發(fā)表重要文章《Overcoming the LAG3phase problem》，利用酵母展示文庫的方法來選擇與野生型LAG－3相比表達(dá)水平更高、對配體親和力更高的LAG－3變體，通過形成LAG－3的新晶體結(jié)構(gòu)，為這種分子的結(jié)構(gòu)和生物物理研究打開了大門，也為未來的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究提供了新的見解。

為什么要在結(jié)構(gòu)上如此深入地研究LAG－3？

LAG－3的一個主要功能是負(fù)調(diào)節(jié)主要組織相容性復(fù)合體II類（MHCII）介導(dǎo)的T細(xì)胞激活。LAG－3與CD4具有20％的序列同源性，與CD4相似，LAG－3與細(xì)胞表面的αβT細(xì)胞受體（TCR）結(jié)合。然而，與增強TCR信號的CD4相反，當(dāng)TCR與抗原遞呈細(xì)胞上的MHCII分子結(jié)合時，LAG－3也與MHCII分子結(jié)合，并通過驅(qū)動共受體－Lck解離抑制TCR信號。因此，LAG－3在細(xì)胞表面的分布和聚集會影響其活性。

另外， LAG－3的生物學(xué)之所以復(fù)雜，是因為除了MHCII外，還發(fā)現(xiàn)了LAG－3的其他多個配體，即纖維蛋白原樣蛋白1（FGL1）、LSECtin、galectin 3和α－synuclein。雖然LAG3以TCR信號依賴的方式在T細(xì)胞表達(dá)，但其在缺乏TCR表達(dá)的免疫細(xì)胞（如自然殺傷細(xì)胞、B細(xì)胞和漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞）上的存在和活性表明LAG－3可能具有多種功能，這些功能可能就來源于其多種配體的相互作用。

因此，對LAG－3分子結(jié)構(gòu)、表位和功能的深入研究，將會加強我們對LAG－3信號軸的了解，從而明晰LAG－3如何調(diào)節(jié)T細(xì)胞活性變化，以指導(dǎo)開發(fā)靶向LAG－3的最有效的免疫療法。

LAG－3的新結(jié)構(gòu)告訴我們什么？

為了鑒定LAG－3胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)，作者將LAG－3 D1–D4結(jié)構(gòu)域與F7拮抗劑的單鏈可變片段（scFv）共結(jié)晶。此外，還表征了更穩(wěn)定且生物化學(xué)性能更好的小鼠LAG－3 D1D2結(jié)構(gòu)域以及人LAG－3 D3D4的結(jié)構(gòu)。

盡管完整的LAG－3胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)晶分辨率較低，但也足以表明LAG－3是通過D2結(jié)構(gòu)域形成同源二聚體，其余結(jié)構(gòu)域形成拉長而彎曲的排列。D2中的二聚體界面呈一定角度，因此D1結(jié)構(gòu)域偏離二聚體的中心軸，并形成V形孔徑。

雖然人和小鼠LAG－3結(jié)構(gòu)中的二聚體界面共享一組廣泛保守的殘基，但D1D2二聚體形成的角度卻極為不同（23．9° vs 69．6°），這可能導(dǎo)致MHCII和FGL1結(jié)合位點的不同相對位置。在人LAG－3結(jié)構(gòu)中，D1結(jié)構(gòu)域的潛在MHCII結(jié)合環(huán)1（稱為“額外環(huán)”）旋轉(zhuǎn)約90°遠(yuǎn)離中心軸，而在小鼠中是朝向D1D2結(jié)構(gòu)中的孔。人和小鼠LAG－3之間的這種構(gòu)象差異可能反映了LAG－3的兩種不同的功能狀態(tài)，并且具有相當(dāng)大的可塑性通過二聚體排列來實現(xiàn)功能狀態(tài)的開關(guān)。事實上，LAG3結(jié)構(gòu)的這種域間靈活性和構(gòu)象可變性，表明LAG－3結(jié)構(gòu)的動力學(xué)在其生物學(xué)中具有重要作用。

除了解析LAG－3胞外結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)信息外，文章還利用酵母展示技術(shù)解析了FGL1的結(jié)構(gòu)，并繪制了LAG－3和FGL1之間的界面。該結(jié)構(gòu)確定了LAG－3 D1環(huán)2中的關(guān)鍵界面殘基，并證明LAG－3通過不同的分子表面結(jié)合MHCII和FGL1。結(jié)合FGL1結(jié)構(gòu)和界面信息得出結(jié)論，LAG－3二聚體不能與FGL1二聚體形成合理的2：2復(fù)合物。這一結(jié)論很有趣，因為它可以讓我們大概地看到FGL1是如何通過LAG－3改變TCR信號調(diào)節(jié)的。通過將LAG－3聚集在細(xì)胞表面，F(xiàn)GL1可以可逆地調(diào)節(jié)LAG－3活性，而不會直接干擾MHCII結(jié)合。關(guān)于LAG－3和FGL1的結(jié)構(gòu)解析為LAG－3作用機制的破譯提供了一些關(guān)鍵的信息，然而仍然存在許多問題有待回答，特別是關(guān)于LAG3與其各種配體相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，以及為什么不同的MHCII同種型對LAG－3表現(xiàn)出不同的親和力？

LAG－3的臨床開發(fā)

目前，許多生物制藥公司正在投資和開發(fā)LAG－3項目，目前臨床試驗中至少有一百多項與LAG－3相關(guān)的臨床試驗。迄今為止，已經(jīng)開發(fā)出至少20種針對LAG－3的藥物。包括抗LAG－3阻斷性抗體（relatlimab（BMS－986016）、Sym022、TSR－033、REGN3767、LAG525、INCAGN2385－101、MK－4280和BI754111）以及拮抗雙特異性抗體（MGD013（抗PD－1／LAG－3）、FS118（Anti－LAG－3／PD－L1）和XmAb22841 （anti－CTLA－4／LAG－3））等。

其他LAG－3靶向藥物也被用于癌癥治療。IMP321是一種可溶性重組融合蛋白，由LAG－3的胞外區(qū)和IgG的Fc區(qū)組成，通過MHCII介導(dǎo)反向信號激活抗原提呈細(xì)胞，導(dǎo)致IL－12和TNF的增加，CD80和CD86的上調(diào)。在目前進(jìn)行的臨床試驗中，IMP321單藥治療或與其他療法聯(lián)合治療的療效一般。通過MHCII反向信號的細(xì)節(jié)仍然未知，需要仔細(xì)研究。

抗－LAG－3消耗抗體（GSK2831781）和激動劑抗體（IMP761）作為治療自身免疫性疾病的潛在治療劑也有報道。盡管這些抗體旨在清除或抑制致病性T細(xì)胞，但它們也可能消耗或抑制Treg細(xì)胞。進(jìn)一步的研究闡明這種抗體的功能以及LAG－3的生物學(xué)特性有望促進(jìn)其發(fā)展。

小結(jié)

對LAG－3的結(jié)構(gòu)研究不僅提供了對LAG－3生物學(xué)的深入了解，還為評估針對LAG－3的激動劑和拮抗劑抗體以及合理開發(fā)針對LAG3－配體相互作用的小分子抑制劑奠定了基礎(chǔ)。盡管LAG－3的結(jié)構(gòu)和功能研究可能落后于其他檢查點抑制劑，但最近的一系列重要研究將為我們理解LAG－3結(jié)構(gòu)和功能邁出關(guān)鍵的一步。

參考文獻(xiàn)：

1． LAG－3： from molecular functions to clinical applications． J Immunother Cancer． 2020 Sep；8（2）：e001014．

2． The Next－Generation Immune Checkpoint LAG－3 and Its Therapeutic Potentialin Oncology： Third Time’s a Charm． Int J Mol Sci． 2021 Jan； 22（1）： 75．

3． Overcoming the LAG－3 phase problem． NatImmunol．2022； 23（7）： 993–995．

原文標(biāo)題 : LAG-3的分子結(jié)構(gòu)，你真的了解嗎？