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抗N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate, NMDA)受体脑炎是一种经典且最常见的自身免疫性脑炎类型。该疾病于2018年被国家卫生健康委员会等五部门纳入第一批罕见病目录，其特点是免疫系统产生致病性自身抗体，错误地攻击大脑中的NMDA受体，导致NMDA受体在突触传递和功能中的作用障碍。由于NMDA受体是一种在大脑中广泛分布的兴奋性谷氨酸受体，是学习和记忆等认知功能的分子开关，其分布与功能的紊乱导致抗NMDA受体脑炎患者出现精神异常、记忆和认知障碍、癫痫发作、运动障碍、自主神经功能紊乱等多种症状。患者体内存在的针对受体胞外段的自身抗体是疾病的诊断标志物，也被认为具有直接致病性。但这些抗体结合的抗原表位及导致NMDA受体功能障碍的机制尚不清楚。
2024年9月3日(当地时间)，复旦大学附属华山医院神经内科陈向军教授团队与上海交通大学医学院附属瑞金医院陈晟教授，上海交通大学袁逖飞教授，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心竺淑佳研究员合作，于期刊Nature Structural & Molecular Biology发表题为“Structural basis for antibody-mediated NMDA receptor clustering and endocytosis in autoimmune encephalitis”的论文。该研究旨在于揭示抗NMDA受体自身抗体结合的抗原表位，阐明患者来源的致病单抗使导致NMDA受体聚集和内吞的致病机制。
研究团队首先利用流式分选出抗NMDA受体脑炎外周血单个核细胞中IgD-CD27+的B细胞，并进一步通过特殊的带有GFP标签的NMDA受体纳米盘标识表达可识别NMDA受体的B细胞，通过逆转录并扩增出编码轻链和重链可变区域的致病单抗序列，通过真核表达系统生产出患者来源的单克隆自身抗体。基于活细胞和脑组织切片染色及表面等离子共振，鉴定和分析这些致病单克隆自身抗体与NMDA受体的结合特性(图1)。
图1. 患者来源NMDA受体单抗的生产流程示意图
随后，研究团队选取两个具有代表性的单抗mAb5F6和mAb2G7，通过单颗粒冷冻电镜发现这些自身抗体与GluN1必需亚基N末端结构域中的R1-lobe结合，但结合的抗原表位各有不同，从结构学角度提供了直接的自身抗体识别NMDA受体的直接证据，与同期发表的背靠背研究"Structural and functional mechanisms of anti-NMDAR autoimmune encephalitis"共同修正了既往研究认为抗NMDA受体抗体识别抗原表位单一的结论(图2)。把NMDA受体上关键氨基酸进行单点突变可以显著性降低致病抗体的结合进一步验证了结构学的研究结果。研究人员通过同步辐射溶液小角X射线散射方法，在近生理溶液条件下揭示了NMDA受体和抗体复合物呈现2:1或1:2的化学计量比，这种结合模式使得自身抗体引起NMDA受体的聚集和内吞。
图2. 致病单抗在NMDA受体上的结合表位解析
功能学实验进一步发现这些致病单抗不直接影响NMDA受体的通道活性，而是通过减少神经元表面的NMDA受体数量和减弱NMDA受体介导的兴奋性突触电流产生致病效应(图3)。
图3. 自身免疫性致病单克隆抗体导致NMDA受体内吞及突触功能障碍的示意图
基于上述结构和功能研究证据，设计可结合至NMDA受体R1-lobe特定表位的竞争性肽段或抗体是一种治疗抗NMDA受体脑炎的潜在新策略。该研究不仅为抗NMDA受体脑炎中自身抗体识别和攻击靶蛋白的发病机制提供了新证据，还为建立自身免疫性脑炎靶向性治疗方法提供了理论依据。
中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心王涵、谢春，复旦大学附属华山医院邓波，上海交通大学丁锦君和中国科学院上海高等研究院李娜为该论文的共同第一作者。上海交通大学医学院附属瑞金医院陈晟教授、复旦大学附属华山医院陈向军教授、上海交通大学袁逖飞教授，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心竺淑佳研究员为该论文的通讯作者。
注：文中插图源于 Nature Structural & Molecular Biology
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41594-024-01387-3
来 源 复旦大学附属华山医院
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