Nature | 白介素17如何介导免疫反应——IL-17及其受体信号轴的结构解析

白介素17（IL-17）家族对于免疫系统起到了关键的调节作用，也是很重要的促炎因子，其对于屏障组织的稳态至关重要，但是也会导致各种自身免疫疾病【1】。白介素17家族由6个成员组成，为IL-17A～F，它们与5种白介素17受体（IL-17R：IL-17RA～F）存在不同的结合特异性。IL-25（IL-17E）是对于Th2介导的过敏性哮喘和过敏性皮炎的重要治疗靶点【2】。IL-25只会与IL-17RB结合，但是其信号转导同时依赖于IL-17RA和IL-17RB【3】。IL-17家族如何在细胞外侧与其受体结合来介导信号传递仍是需要通过结构生物学手段来解决的问题。

2022年7月21日，K. Christopher Garcia课题组在Nature上发表了题为Organizing Structural Principles of the Interleukin-17 Ligand-Receptor Axis的文章，通过解析IL-25—IL-17RB（无信号介导复合物）和IL-25—IL-17RB—IL-17RA（有信号介导复合物），阐释了IL-25可以通过别构调节三元复合物的形成来介导信号传递，IL-17RA作为IL-17的受体或者作为辅助受体来执行IL-17家族的信号传导中枢的功能。

作者首先通过共表达IL-25和IL-17RB，通过分子筛得到了稳定的复合物（图1a）。通过单颗粒冷冻电镜数据收集并处理后所得到2D分类可以看出是对称的双裂片结构，是一个2:2的二聚体复合物（图1b）。最终得到分辨率为3.18Å的电镜密度图，可以看到IL-25与IL-17RB形成了2:2的二聚体复合物，两个IL-25位于中心区域与所对应的IL-17RB受体结合区域相作用（图1c和图1d）。同时作者也发现另外一类颗粒，呈现出了6:6的IL-25—IL-17RB三聚体的形式，其中IL-17RB通过D1结构域相互作用（图1b和图1e）。由于仅仅依靠IL-17RB无法介导信号转导，作者将这一结构定义为无信号转导的非活性组装。

图1 二元和更高组装程度IL-25—IL17RB复合物的冷冻电镜结构

由于IL17-RA对IL-25的信号转导起着关键性的作用，作者也解析了IL-25–IL-17RA–IL-17RB三元复合物的结构，从2D分类和电子密度图中可以看出IL-17RA像两个翅膀附着在二元IL-25–IL-17RB复合物上（图2a和图2b）。从最终的3.66埃结构中也看到IL-25–IL-17RA–IL-17RB三元复合物中IL-17RA的D1结构域与IL-17RB的D1结构域相互作用（图2c和图2d）。若将IL-25与IL-17RB相互作用的氨基酸或者是IL-17RB与IL-17RA相互作用的氨基酸进行突变，都会一定程度造成后续细胞反应程度的减弱。

图2 IL-25–IL-17RA–IL-17RB三元复合物的冷冻电镜结构

为了更好地理解二元与三元复合物结构与细胞环境之间的关系，作者通过单分子荧光能量共振转移技术（smFRET）来研究其相互作用，试验结果证明IL-25会介导IL-17RB形成二元复合物，也会介导IL-17RB、IL-17RA形成三元复合物，但是不会介导IL-17RA形成二元复合物（图3a）。为了研究IL-25是否会增强IL-17RB与IL-17RA的结合能力，作者使用了表面等离子共振技术（SPR），可以看出IL-25不会与IL-17RA结合，IL-17RB在没有IL-25时不会与IL-17RA结合，而当形成IL-17RB—IL-25二元复合物时才会与IL-17RA结合（图3b）。因此，作者做出推论，IL-25—IL-17RB二元复合物的形成或者更高组装程度的IL-25—IL-17RB的复合物会招募IL-17RA，通过末端—末端（tip to tip）作用形成可产生信号的复合物（图3c）。

图3 体外或者活细胞内定量检测相互作用解释IL-25介导IL-17RB与IL-17RA相互作用

作者还额外解析了IL-17A–IL-17RA二元复合物和IL-17A–IL-17RA–IL-17RC三元复合物，可以看到二元复合物中IL-17A和IL-17RA 以2:2形式结合（图4a），而三元复合物中则是一个IL-17RC与二元复合物结合（图4b）。通过结构比对，可以看到这种末端—末端相互作用是非常保守的（图4c）。综上，作者做出推论，IL-25会与IL-17RB形成二元复合物或者更高程度的复合物，但是其无法介导信号传导，IL-25会介导IL-17RB与IL-17RA的相互作用增强，结合IL-17RA后形成三元复合物后才会介导信号转导；IL-17A单独与IL-17RA形成二元复合物无法介导信号转导，介导结合IL-17RC后才会介导后续的信号转导（图4d）。可以看出IL-17RA的重要性不言而喻，可以作为IL-17的受体或者作为辅助受体来执行IL-17家族的信号传导中枢的功能。

图4 末端—末端相互作用的保守性及IL-17A介导的二元三元复合物冷冻电镜结构

参考文献

【1】McGeachy, M. J., Cua, D. J. & Gaffen, S. L. The IL-17 Family of Cytokines in Health and Disease. Immunity 50, 892–906 (2019).

【2】Xu, M. & Dong, C. IL-25 in allergic inflammation. Immunol. Rev. 278, 185–191 (2017).

【3】Rickel, E. A. et al. Identification of Functional Roles for Both IL-17RB and IL-17RA in Mediating IL-25-Induced Activities. J. Immunol. 181, 4299–4310 (2008).

供稿 | 朱盎岐

审稿 | 李浩田

责编 | 囡囡

排版 | 可洲