IL-17受体异源四聚体诱导ACT1寡聚化的结构基础揭示免疫信号传导新机制

《Nature Communications》：Structural basis for ACT1 oligomerization induced by IL-17 receptor hetero-tetramer

本研究针对IL-17受体(IL-17Rs)如何通过其胞内SEFIR结构域招募下游信号转导蛋白ACT1并诱导其寡聚化这一关键科学问题，通过冷冻电镜技术解析了IL-17RA、IL-17RB与ACT1复合物的高分辨率结构，发现IL-17Rs形成不对称异源四聚体，通过独特的β-发夹结构和SEFEX区域的重复β-PX模体，引导ACT1形成双链螺旋组装，阐明了IL-17信号转导的结构基础，为开发靶向IL-17通路的小分子药物提供了新思路。

　　

在免疫系统和炎症性疾病中，白细胞介素-17（IL-17）家族细胞因子及其受体（IL-17Rs）扮演着关键角色。当IL-17与受体结合后，会激活下游信号通路，进而诱导炎症反应，这在防御感染和组织修复中至关重要。然而，异常的IL-17信号传导也会导致癌症、银屑病、关节炎和哮喘等慢性炎症性疾病。尽管靶向IL-17或其受体的抗体药物已应用于临床，但IL-17受体如何将信号传递到细胞内部的具体分子机制仍不清楚，特别是受体如何招募下游信号转导蛋白ACT1（NF-κB activator 1）并诱导其寡聚化形成信号体的过程，一直是领域内的研究难点。

为了揭示这一过程的结构基础，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的Hui Zhang、Xiao-chen Bai和Xuewu Zhang研究团队在《Nature Communications》上发表了最新研究成果。他们利用冷冻电镜（cryo-EM）技术，成功解析了人源IL-17RA、IL-17RB和ACT1胞内域复合物的高分辨率结构，揭示了IL-17受体诱导ACT1寡聚化的精细分子机制。

研究人员通过共表达IL-17RB-RA融合蛋白和ACT1，获得了稳定的超大分子复合物。冷冻电镜图像显示该复合物形成了长度约300-400埃的丝状结构，具有明显的螺旋扭曲。通过单颗粒重构技术，研究团队解析了3.0埃分辨率的冷冻电镜结构，并构建了包含2个IL-17RA、2个IL-17RB和15个ACT1单体的原子模型。

结构分析表明，IL-17RA和IL-17RB的SEFIR结构域形成了一个不对称的异源四聚体，其中两个IL-17RA分子作为基础招募ACT1，而IL-17RB则起到稳定IL-17RA二聚体的作用，但不直接与ACT1相互作用。IL-17RB、IL-17RA和多个ACT1共同形成了一个独特的双链螺旋组装体。

研究的关键发现包括：IL-17RA的C端SEFIR延伸区域（SEFEX）充当分子卷须，帮助锚定ACT1单体；IL-17RA特有的β-发夹结构对于招募ACT1至关重要；IL-17RB中的保守色氨酸残基（W368）通过稳定IL-17RA的β-发夹结构，间接促进ACT1的结合。

为验证结构模型的可靠性，研究团队在IL-17RA、IL-17RB和ACT1的各个相互作用界面设计了点突变。负染色电镜结果显示，这些突变均破坏了螺旋组装体的形成。在细胞实验中，这些突变也显著降低了IL-25刺激的IL-6分泌，证实了观察到的相互作用界面对于IL-17信号传导的功能重要性。

特别值得注意的是，研究发现了与疾病相关的ACT1突变T536I可能导致慢性皮肤黏膜念珠菌病的分子机制：该突变破坏了IL-17RA/ACT1界面，从而损害了IL-17R免疫信号传导。

有趣的是，研究还发现IL-17RA、IL-17RC和ACT1能够形成与IL-17RA/RB/ACT1类似的螺旋组装体，表明不同的IL-17R共受体可能采用相同的机制与IL-17RA协同激活ACT1。AlphaFold预测模型支持这一结论，且功能实验证实IL-17RC中的相应突变（W549L和V560R）同样会削弱信号传导。

本研究主要采用了冷冻电镜单颗粒分析技术解析复合物结构，利用分子克隆和蛋白质纯化技术获得复合物样品，通过点突变和细胞功能实验（如IL-6分泌检测和免疫共沉淀）验证结构发现，并借助AlphaFold结构预测辅助分析。

IL-17RA/RB SEFIR结构域异源四聚体

结构显示IL-17RA和IL-17RB的SEFIR结构域通过链间和链内相互作用形成异源四聚体。IL-17RB分子间的相互作用由αB和αC螺旋介导，而IL-17RA分子间则通过独特的结构特征形成界面。IL-17RB和IL-17RA之间的链内相互作用对于稳定IL-17RA的β-发夹结构至关重要。

IL-17RA与ACT1的相互作用

IL-17RA/RB异源四聚体通过两种主要机制促进ACT1招募：一是创建了一个结合位点，使ACT1 SEFIR结构域能同时与两个IL-17RA分子相互作用；二是通过IL-17RB稳定IL-17RA的β-发夹结构，使其与ACT1的C端延伸区域形成β-片层结构。

IL-17RA的SEFEX稳定ACT1间相互作用

ACT1 SEFIR结构域在螺旋组装中的相互作用模式与受体相似。此外，ACT1 SEFIR结构域的N端和C端延伸与IL-17RA的SEFEX区域共同形成反平行β-片层结构，稳定螺旋组装。IL-17RA的SEFEX区域含有至少6个退化的β-PX模体重复序列，能够与不同的ACT1分子形成类似的β-片层模块。

IL-17RA/RB/ACT1螺旋组装体的突变分析

在IL-17RA、IL-17RB和ACT1的各个相互作用界面引入的突变均破坏了螺旋组装体的形成，负染色电镜显示这些突变蛋白无法形成 filaments。细胞实验进一步证实这些突变削弱了IL-17信号传导。

IL-17RA/RB/ACT1螺旋组装在细胞信号传导中的重要性

细胞实验表明，破坏螺旋组装体形成的突变显著降低了IL-25刺激的IL-6分泌。特别是一对电荷交换突变（IL-17RB K370E和IL-17RA E531K）实验证实了相互作用界面的特异性。

IL-17RA、RC和ACT1形成相同类型的螺旋组装

研究表明IL-17RC也能与IL-17RA和ACT1形成类似的螺旋组装体，表明这是IL-17信号传导的保守机制。

本研究揭示了IL-17受体信号转导的核心机制。SEFIR结构域通过螺旋组装形成大型信号体是先天免疫中的常见主题，与TIR（Toll/IL-1受体）结构域的寡聚化类似，但具有独特特征。研究发现异源四聚体化是ACT1寡聚化和激活的必要条件，共受体中的保守色氨酸残基和IL-17RA SEFEX区域的重复β-PX模体在这一过程中起关键作用。

该研究解决了IL-17信号领域的一个重要问题：尽管不同IL-17配体诱导的受体胞外域组装模式各异，但它们都能通过促进IL-17RA和共受体SEFIR结构域的局部浓度增加，引导其自发形成相似的胞内螺旋组装，从而统一地激活ACT1。

这些发现不仅深化了对IL-17信号传导机制的理解，而且为开发治疗炎症性疾病的小分子药物提供了结构基础。当前针对IL-17通路的治疗主要依赖抗体药物，而该研究揭示的螺旋组装界面可能成为未来开发口服小分子抑制剂的潜在靶点。