免疫先锋：IgM研究新突破

胚胎发育和体液免疫反应期间出现的第一个抗体，是迄今为止实际发现的在人体循环系统中的最大抗体。从生物的种系发生上看，IgM也是最原始的抗体。在个体发育中，机体最先合成的抗体也是IgM，其后才相继出现IgG与IgA等其它亚型的抗体，因此在机体感染的早期，IgM起着先锋免疫的重要作用。

Biacore等技术协助您揭开 —— FcμR与mIgM、pIgM、sIgM结合的谜题

IgM以5种不同的形式存在于机体中，包括单体、B细胞受体 (BCR) 复合物中的膜结合IgM (mIgM) 、血清中的五聚体 (pIgM) 、六聚体IgM，以及粘膜表面的分泌IgM (sIgM) 。IgM具有强大的杀菌、激活补体、免疫调理和凝集作用，也参与某些自身免疫病及超敏反应的病理过程。虽然已知FcμR是哺乳动物中唯一的IgM特异性受体，可识别不同形式的IgM以调节不同的免疫反应，但其潜在的分子机制仍然未知。

2023年3月，北京大学肖俊宇课题组在核心期刊Nature上发表了题为《Immunoglobulin M perception by FcμR》的文章，揭示了IgM特异性受体FcμR识别不同形式IgM的复杂机制，为深入理解IgM难以捉摸的效应功能奠定了基础，解开了这道困扰大家已久的人体免疫谜题。

首先该课题组通过晶体结构解析向大家展示了FcμR-D1（FcμR的免疫球蛋白样结构域）与Fcμ-Cμ4结构域复合物的晶体结构（图1b），并利用Biacore鉴定了FcμR-D1与Fcμ-Cμ4之间的亲和力。作者通过将FcμR-D1固定在CM5芯片上，使Fcμ-Cμ4作为分析物流过芯片表面，测得其亲和力为3.2 nM的强结合（图1c）。且2个FcμR分子与1个Fcμ-Cμ4二聚体相互作用，表明FcμR与mIgM的化学计量比为2:1（图1b）。至此，FcμR与mIgM相互作用的分子机制清晰可见。

图1：FcμR-D1与Fcμ-Cμ4配合物的晶体结构及结合力鉴定

随后作者又探究血清中五聚体/六聚体的IgM的作用机制，作者同样利用氨基偶联的方式将FcμR-D1固定在CM5芯片上， 使IgM五聚体核心区 (Fcμ-J) 和全长重组蛋白结合IgM (Anti-CD20)（浓度梯度为2 nM到0.125 nM）作为分析物流过芯片表面，从而检测FcμR-D1与Fcμ-J (图2左) 和Anti-CD20 IgM (图2右) 的亲和力/动力学数据。结果表明Fcμ-J与FcμR-D1的亲和力为0.33±0.11 nM, Anti-CD20 IgM与FcμR-D1亲和力为0.26±0.13 nM。为了进一步了解FcμR-IgM相互作用的结构基础，作者组装了由FcμR-ECD和Fcμ-J组成的配合物，在冷冻电镜数据中观察到4:1的 FcμR-Fcμ-J复合物。至此，FcμR与pIgM相互作用的分子机制也清晰可见。

图2：FcμR-D1与Fcμ-J和Anti-CD20复合物的结合力鉴定

最后，作者又进一步探索FcμR与sIgM之间的分子机制，同样利用Biacore证实了FcμR与Fcμ-J-SC（分泌型IgM核心区）之间的亲和力为2.85 ± 0.16 nM的强亲和（图3a）。并通过冷冻电镜解析发现4个FcμR分子结合在Fcμ-J的相反一侧。而且FcμR与Fcμ-J-SC复合物的结合情况相似，最多有4个FcμR分子附着在Fcμ-J-SC上。至此，FcμR与sIgM之间的分子机制也浮出水面。

图3：FcμR-D1与Fcμ-J-SC复合物的晶体结构及结合力鉴定

为了评估上述研究的功能相关性，作者又设计了FcμR的突变体，并通过体外蛋白互作、荧光共聚焦显微镜、流式细胞术等实验方法对上述结果进行了验证。综上所述，该课题组在Biacore等技术的协助下揭示了FcμR如何与mIgM、pIgM和sIgM结合，并向大家首次证明了FcμR能与mIgM形成2:1的络合物，且所有Biacore实验均可在一张芯片上完成。

• 1990年至今， Biacore已经成为分子互作领域的金标准，也是唯一被中、美、日三国药典收录的非标记分子互作技术，协助科学家们完成了无数的重大科研突破。
• 仅在2015年，Biacore 助力的两项成果入选“年度十大科学进展”。
• 2017、2018年连续两年入选“年度十大医学进展”。
• 在刚刚公布的2022年中医药十大学术进展中，Biacore“新技术助力中药功效科学内涵阐释”成功入选。

这也是继上海中医药大学尹磊淼教授哮喘靶标新发现之后，Biacore助力的科研成果第二次入选年度十大中医药学术进展，几乎年年有惊喜，岁岁有突破，这就是Biacore!

参考文献：

Li Y, Shen H, Zhang R, Ji C, Wang Y, Su C, Xiao J. Immunoglobulin M perception by FcμR. Nature. 2023 Mar;615(7954):907-912.