Cell | GABAAR自身免疫性脑炎的结构机制

T 细胞或抗体攻击自身抗原会引起自身免疫。这种不当免疫反应的触发因素可以是外来的，例如病毒，抑或是内部的，例如肿瘤。靶向神经元膜蛋白的自身抗体可引起脑炎、癫痫发作和严重的行为异常。虽然已经确定了几个神经元靶点的抗体，但关于它们调节功能的结构细节尚不清楚。

GABAAR是一种五聚体配体门控阴离子通道，通常起到抑制神经元兴奋性的作用。神经递质 GABA 在β-α亚基界面处与细胞外结构域 (ECD) 结合。

这种结合触发构象变化，离子通道打开。在激动剂持续存在的情况下，通道呈非导电脱敏状态[1]。当 GABA 浓度降低时，GABA 解离，通道返回到静止的可激活状态。阻碍这种抑制性受体会导致神经系统过度兴奋，从而导致焦虑、癫痫发作、紧张症和死亡。

2022年7月7日，美国德克萨斯大学西南医学中心Ryan E. Hibbs研究团队和德国柏林夏里特医学院Harald Preuß团队于Cell合作发表题为Structural mechanisms of GABAA receptor autoimmune encephalitis的文章，确定了源自脑炎患者的两种抗体与GABAAR结合的冷冻电镜结构，这些抗体通过直接抑制 GABAA 功能诱发严重脑炎，导致神经系统过度兴奋。这些结构揭示了 GABAA 抑制和病理学的机制。

作者测试了一组五种源自患者的抗体[2]与纯化的 GABAAR的结合。通过荧光检测尺寸排阻色谱法 (FSEC) 筛选可以与受体结合的纯化的单克隆抗体(mAb)。检测了除 mAb198 之外的所有测试抗体的结合。然后从抗体 mAb101、mAb115、mAb175 和 mAb201 生成 Fab 片段。之后通过 FSEC 估计结合化学计量，增加 Fab与受体的摩尔比并在大规模复合物形成和纯化之前在鼠脑组织中分析对天然受体的反应性。最终发现Fab201未能与GABAAR检测到结合。Fab101可能需要二价才能显著结合。从而，作者选取Fab115和Fab175进行与GABAAR的结构研究。

作者解析的两个复合物结构如图所示，Fab115 结合在 ECD 中的每一个β-α亚基界面上，进一步分析表明这占据了底物GABA的结合位点，这种竞争性结合的抗体可以将受体锁定在resting-like状态。Fab175结合在α-γ亚基界面上，而这正是苯二氮卓类药物的结合界面。进一步分析表明，Fab175以同样的别构拮抗形式将受体锁定在resting-like状态。

综上，作者解析了两种源自自身免疫病人体内的抗体与GABAAR复合物结构，解释了两种抗体分别以竞争性结合底物以及别构拮抗的形式，将受体稳定在resting-like状态从而致病的分子机理。

参考文献

[1] Gielen, M., and Corringer, P.J. (2018). The dual-gate model for pentameric ligand-gated ion channels activation and desensitization. J. Physiol. 596, 1873–1902. 

[2] Kreye, J., Wright, S.K., van Casteren, A., Sto¨ ffler, L., Machule, M.L., Reincke, S.M., Nikolaus, M., van Hoof, S., Sanchez-Sendin, E., Homeyer, M.A., et al. (2021). Encephalitis patient-derived monoclonal GABAA receptor antibodies cause epileptic seizures. J. Exp. Med. 218, e20210012. 

供稿 | 孔方

审稿 | 谭佳鑫

责编 | 囡囡

排版 | 可洲