MHC-I相关蛋白1 MR1可结合宿主嘌呤分解代谢物

《Journal of Biological Chemistry》：The MHC-I related protein 1 MR1 can bind host purine catabolites

　　

主要组织相容性复合体I类相关分子（MHC-I-related molecule，MR1）是一种非经典抗原呈递蛋白，可向黏膜相关恒定T（mucosal-associated invariant T，MAIT）细胞及其他MR1限制性T（MR1T）细胞群体呈递微生物来源、合成来源及宿主产生的多种小分子代谢物。近期研究显示MR1可结合羰基-核碱基加合物，从而激活部分MR1T细胞克隆，但内源性典型核碱基及其衍生物是否影响MR1轴尚不明确。本研究通过对典型核碱基及其分解代谢物文库进行生化与细胞学筛选，证实嘌呤降解产物尿酸、黄嘌呤及黄苷可在高浓度下结合MR1并促进其胞内滞留，导致MR1表面表达降低；这些嘌呤类核碱基可与微生物及非微生物配体竞争结合MR1。三个配体结合MR1晶体结构分析表明，这些内源性嘌呤类核碱基在MR1 A′-pocket内采取不同结合模式与相互作用。由此，研究人员通过描述一组可结合MR1并调控其向细胞表面转运的宿主黄嘌呤类化合物，拓展了MR1配体组（ligandome）的范畴。

研究背景与立项依据：主要组织相容性复合体I类相关分子（MR1）为非经典抗原呈递分子，广泛表达于有核细胞，其细胞表面表达严格依赖配体可用性，可向黏膜相关恒定T（MAIT）细胞等MR1限制性T（MR1T）细胞呈递微生物维生素B2前体衍生物、非微生物叶酸光解产物及饮食药物来源芳香代谢物等化学多样性小分子。既往已报道宿主来源的维生素B6 vitamer、胆酸衍生物及核黄素分解产物（如lumichrome）可结合MR1并调控其胞内滞留，应激条件下内源核碱基经羰基缩合或氧化形成的加合物（如M₃Ade、5-甲酰-2′-脱氧尿苷（5-FdU））亦可被MR1呈递并激活MR1T细胞，但典型核碱基及其经典分解代谢物是否直接参与MR1生物学仍不清楚，MR1配体多样性全貌尚未阐明。为此，研究人员系统筛选14种典型及修饰核碱基相关代谢物，探究嘌呤分解通路产物对MR1结合、转运及免疫呈递的调控作用。

主要技术方法：研究采用荧光偏振（fluorescence polarisation，FP）无细胞竞争结合实验测定候选分子对MR1的IC₅₀；以C1R B淋巴母细胞（含野生型MR1、MR1^R9H、MR1^K43A过表达系）、THP-1单核细胞过表达系及健康人外周血单个核细胞（PBMC，获自澳大利亚红十字会LifeBlood并经墨尔本大学伦理批准）为抗原呈递细胞，联合Jurkat.MAIT A-F7 TCR报告体系及原代MAIT细胞，通过流式细胞术定量MR1表面表达与CD69激活标志；利用配体置换策略获得MR1-β₂微球蛋白-配体三元复合物，以MAIT A-F7 TCR为结晶助剂解析2.49–2.85 ?分辨率晶体结构（PDB登录号26SJ、26SK、26SL），并经模拟退火omit/working电子密度图确证结合构象。

研究结果：MR1可捕获尿嘧啶与黄嘌呤衍生物——FP实验显示5-甲酰尿嘧啶（5-FU）、5-FdU及黄苷（xanthosine）可竞争置换MR1示踪配体，IC₅₀分别为47.6±4.7 μM、105.6±5 μM、350±6.0 μM；细胞实验中黄嘌呤类三者不上调而轻度下调MR1表面表达，且不激活MAIT报告细胞。黄嘌呤类化合物选择性降低细胞表面MR1——在C1R.MR1、THP-1.MR1及PBMC来源B细胞中，1–200 μM尿酸、黄嘌呤、黄苷处理16小时呈浓度依赖性降低MR1几何平均荧光强度，不影响MHC-I/HLA-A*02:01，且对MR1^R9H与MR1^K43A突变体无下调作用，表明野生型背景下促进胞内滞留。黄嘌呤类化合物介导MR1表面下调的结构要求——突变体因不依赖配体即可出膜故不被下调，佐证野生型MR1被黄嘌呤类结合后滞留内质网。黄嘌呤类化合物与MR1配体竞争结合——预先孵育黄嘌呤类可浓度依赖性抑制Ac-6-FP与5-OP-RU诱导的MR1上调，对5-OP-RU竞争更强。黄嘌呤类化合物不竞争性抑制MAIT细胞活性——原代PBMC中黄嘌呤类单独不诱导CD69，也无法阻断5-OP-RU或7-甲基核糖基蝶呤（RL-7-Me）驱动的MAIT激活。MR1-核苷酸相关配体复合物晶体结构——成功解析MR1-黄嘌呤、MR1-尿酸、MR1-黄苷三元结构，三者定位于A′-pocket。黄嘌呤类化合物结合MR1的分子基础——黄嘌呤环通过疏水作用（Tyr7、Tyr62、Leu66、Ile96、Trp69）及羰基与Lys43、Arg9、Ser24直接氢键、与Arg94水介导氢键稳定；黄苷核糖基由Tyr62、Arg94、Ile96、Tyr152、Trp156疏水包裹，羟基形成多氢键，分子内氢键限制核糖朝向F′-pocket入口，三者均不与Lys43成Schiff碱。

讨论与结论翻译：宿主羰基-核碱基加合物已被认定为MR1自身配体，本研究进一步表明经典嘌呤分解代谢物黄嘌呤、尿酸、黄苷可结合MR1 A′-pocket，采取各异对接模式，其中黄苷核糖取向近F′-pocket入口，提示该空穴可容纳核糖修饰。这类分子不形成Lys43 Schiff碱，导致MR1稳定性不足并滞留内质网，生理浓度尿酸（300–400 μM）即可起效，黄嘌呤/黄苷在缺氧炎症（50–100 μM，pH<7.0）下亦可达效，构成内源滞留配体精细调低MR1表面库容，防止无感染时MAIT误激活；但因亲和力低于核黄素分解物，不足以阻断强效MAIT激动剂，故不抑制MAIT应答。结论：研究人员描述了一组内源黄嘌呤类化合物，可结合MR1抗原结合槽并限制其转运，从而降低MR1细胞表面表达；该发现拓展了MR1配体的化学与功能图谱，确立嘌呤代谢为MR1生物学新型内源调控维度，提示MR1持续采样宿主代谢池，不同配体类别差异性地促进MR1稳定或滞留，构成控制MR1可用性的动态机制，在维持免疫稳态同时保留抗感染与应激应答准备度。论文发表于《Journal of Biological Chemistry》。