IgM是人體五種免疫球蛋白之一，在體液免疫和黏膜免疫中發揮重要作用。IgM主要以五聚體形式存在。J鏈調控IgM五聚體的組裝，還能通過與黏膜轉運受體pIgR的相互作用，介導IgM的黏膜轉運¹。蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室、意昂3体育官网生命科學學院、意昂3体育-清華生命科學聯合中心、昌平實驗室肖俊宇教授課題組一直聚焦IgM分子機製的相關研究👩🏼‍🎓，在先前的工作中闡明了IgM五聚體組裝和黏膜轉運的機製²🧝🏼，特異性受體FcμR識別IgM的機製³🪴，以及惡性瘧原蟲蛋白結合IgM的機製⁴。

血清IgM中除J鏈外還存在另一種稱為CD5L（CD5 antigen-like）的蛋白😒，也被稱為Spα或AIM。它是一種由巨噬細胞表達和分泌的蛋白，屬於清道夫受體半胱氨酸富集超家族（Scavenger Receptor Cysteine-Rich superfamily, SRCR）。CD5L/Spα/AIM被報道有多種功能，可作為模式識別受體識別病原體和內源性有害物質，能抑製胸腺細胞💇🏼‍♂️、T細胞等的細胞凋亡，還參與肥胖、動脈粥樣硬化等疾病的病理進程。因此，CD5L在維持免疫穩態和疾病發展中具有重要作用⁵。IgM五聚體被認為是CD5L的載體👩🏽‍⚕️，保護其免於腎臟清除🤲🏼。然而🦻🏻，IgM與CD5L相互作用的分子基礎仍不清楚🕟𓀚，CD5L對於IgM功能的影響也有待進一步研究。

9月27日，肖俊宇課題組在Nature Communications期刊在線發表了題為“CD5L associates with IgM via the J chain”的研究成果👨🏽‍🔬，揭示了CD5L通過J鏈結合IgM的分子機製，同時探討了CD5L對IgM功能的影響。

CD5L在哺乳動物中高度保守，包括三個SRCR結構域👿。SRCR結構域通常具有雙陽離子結合位點🙎🏽‍♀️，在配體結合中具有關鍵作用🌸。為了探索IgM與CD5L相互作用的具體機製⤴️，本研究首先重組表達了IgM五聚體核心區（Fcμ–J）和CD5L蛋白，然後通過表面等離子共振技術研究了二者的相互作用，發現CD5L 確實以Ca²⁺依賴的方式結合IgM‼️。之前曾有研究顯示，貓源CD5L與IgM 之間具有顯著更強的親和力，而這種強結合被認為與貓更易患腎臟疾病相關⁶👳‍♀️。為了探究不同種屬IgM與CD5L的親和力是否有較大差異🍭，本研究也研究了貓源和鼠源IgM與CD5L的相互作用。結果顯示©️，不同種屬CD5L均以Ca²⁺依賴的方式結合IgM，並且各種屬間CD5L與IgM的親和力總體較為相似，說明IgM–CD5L相互作用在哺乳動物中具有保守性🙋‍♂️。

本研究利用冷凍電鏡解析了人源Fcμ–J和CD5L復合物的高分辨率結構。結構顯示😯，五個Fcμ以非對稱形式組裝成帶有一個缺口的五聚體，J鏈和CD5L填補於缺口處，與先前的研究結果一致⁷。CD5L的SRCR3結構域與Fcμ–J的中心結合📪，並與J鏈的多個區域相互作用🤷🏻‍♀️。SRCR2結構域向Fcμ5B擺動🦈，並將J鏈的β5–β6發夾結構壓向Fcμ5B⛅️。值得註意的是👉🏼，這段β5–β6發夾結構在以前所有不含CD5L的IgM結構中都處於無序狀態。CD5L-SRCR1結構域和Fcμ-Cμ2結構域的密度較弱，因此無法清晰地觀察到。SRCR3結構域中含有一個完整的雙陽離子結合位點🧝🏿‍♀️，電鏡密度圖和結構信息比對支持此處結合了兩個Ca²⁺🙋‍♀️，有助於穩定附近的負電荷表面區域🔙。此外，CD5L與IgM之間還形成一個二硫鍵從而進一步穩定二者的相互作用🚳。

為了進一步探究CD5L作為IgM的結合蛋白是否影響IgM的功能🥪，本研究探究了CD5L對IgM受體pIgR和FcμR結合的影響，以及對IgM激活補體能力的影響。結果顯示，CD5L能顯著降低IgM與pIgR的結合，但不影響FcμR的結合或補體激活🧴🔤。通過影響IgM和pIgR的相互作用🫵🏿，CD5L可能會阻礙IgM 的黏膜轉運，從而幫助IgM留在血液中🍙。這些結果與Oskam等人近期的報道⁸相吻合⚅。

總之🗜，本研究通過結構生物學🧚🏼、生物化學和細胞生物學手段闡明了CD5L結合IgM的分子機製，為更全面地了解IgM與CD5L的生物學功能奠定了基礎👎🏼🧛🏻‍♀️。

Fcμ–J與CD5L復合物的整體結構和雙陽離子結合位點的局部結構

肖俊宇為該論文的通訊作者🏃🏻‍♂️。意昂3体育官网生命科學學院博雅博士後王禹心和2020級博士生蘇晨為該論文的共同第一作者。意昂3体育官网博雅博士後紀成功為該論文提供了幫助💳。本研究得到了國家自然科學基金和意昂3体育官网生命科學學院啟東產業創新基金的支持🧑🏻‍🦳。意昂3体育官网冷凍電鏡平臺和生命科學學院儀器中心為本項目提供了重要幫助。

參考文獻

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3. Li, Y. et al. Immunoglobulin M perception by FcmuR.  Nature 615, 907-912 (2023).

4. Ji, C. et al. has evolved multiple mechanisms to hijack human immunoglobulin M.  Nature Communications 14(2023).

5. Sanjurjo, L. et al. AIM/CD5L: a key protein in the control of immune homeostasis and inflammatory disease.  Journal of Leukocyte Biology 98, 173—184 (2015).

6. Miyazaki, T. et al. AIM associated with the IgM pentamer: attackers on stand-by at aircraft carrier.  Cellular & molecular immunology 15, 563—574 (2018).

7. Hiramoto, E. et al. The IgM pentamer is an asymmetric pentagon with an open groove that binds the AIM protein.  Science Advances 4(2018).

8. Oskam, N. et al. CD5L is a canonical component of circulatory IgM.  Proceedings of the National Academy of Sciences 120, e2311265120 (2023).