揭秘淋巴管内皮受体 LYVE-1:独特结构与免疫细胞淋巴管进入的分子机制

《Nature Communications》:Structure and unusual binding mechanism of the hyaluronan receptor LYVE-1 mediating leucocyte entry to lymphatics

【字体: 时间:2025年03月21日 来源:Nature Communications 14.7

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  在免疫监视中,免疫细胞经淋巴管迁移至淋巴结的机制不明,尤其是 LYVE-1 与透明质酸(HA)的作用机制。研究人员开展了 LYVE-1 与 HA 结合机制及结构的研究。结果揭示了 LYVE-1 独特的滑动结合模式,为理解免疫细胞迁移提供依据,助力相关疗法开发。

  在人体的免疫系统中,免疫细胞就像一群训练有素的 “巡逻兵”,它们肩负着抵御病原体入侵、维持身体免疫平衡的重任。这些免疫细胞需要不断从组织迁移到下游淋巴结,这个过程对于免疫监视以及后续免疫反应的启动和调节至关重要。在这个 “巡逻” 过程中,淋巴管内皮受体 LYVE-1(LYmphatic Vessel Endothelial receptor-1)和透明质酸(hyaluronan,HA)起着关键作用。然而,一直以来,免疫细胞究竟如何借助 LYVE-1 与 HA 实现顺畅的淋巴管迁移,以及 LYVE-1 与 HA 的结合机制和结构特点,都是科学界亟待解开的谜团。为了攻克这些难题,来自英国、美国、意大利、法国、捷克等多个国家科研机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上,为我们揭示了其中的奥秘。
研究人员主要运用了动态力光谱(DFS)、X 射线晶体学以及分子动力学(MD)模拟这几种关键技术。通过动态力光谱,能够探究分子间相互作用的力学特性;X 射线晶体学则用于解析蛋白质的三维结构;分子动力学模拟可以分析分子在溶液中的动态行为。

研究结果如下:

  • LYVE-1?HA 结合具有独特滑动特性:研究人员利用动态力光谱对比人 LYVE-1 和 CD44 与 HA 的结合及解离行为。结果发现,CD44 与 HA 解离时是单个键依次断裂,而 LYVE-1 与 HA 解离时呈现集体键断裂,且在较低力下发生,表明 LYVE-1 存在独特的滑动相互作用,即 HA 链可沿其结合位点滑动,这种特性与 CD44 的常规结合方式截然不同。并且,滑动相互作用是 LYVE-1 HA 结合域的固有属性,与受体二聚化无关。
  • LYVE-1 优先结合非还原 HA 链末端:从 LYVE-1 与 HA 解离的滑动行为推测,其可能优先结合 HA 链末端。研究人员通过研究含有不同长度 “封闭” 环的 HA 聚合物与 LYVE-1 的结合行为,证实了这一推测。实验结果显示,LYVE-1 与 HA 环的 “侧面” 结合和解离速率比与游离非还原末端的结合和解离速率至少慢三个数量级,表明其对 HA 链末端具有明显偏好,且更倾向于结合非还原末端。
  • LYVE-1 HABD 晶体结构呈现深结合凹槽:研究人员表达了小鼠和人 LYVE-1 的 HA 结合域(HABD)的可溶性细胞外结构域构建体,并通过 X 射线晶体学解析其结构。结果发现,LYVE-1 的 HABD 结构比 CD44 更紧凑,具有一个深结合凹槽,其中一些关键残基参与 HA 的结合,且其表面静电性质与 CD44 存在显著差异。
  • HA 链深陷于 LYVE-1 结合凹槽:研究人员将 mLYVE-1 和 hLYVE-1 分别与合成的 HA 寡糖共结晶,结果显示,结合的 HA 六糖单位被夹在 β4/β5 环和带正电的结合凹槽之间,LYVE-1 与 HA 的结合表面积比 CD44 更大,且 HA 结合使 LYVE-1 结构更刚性。
  • 分子动力学揭示 LYVE-1 HABD 的灵活性:利用分子动力学模拟评估 LYVE-1 HABD 在结合 HA 前后的灵活性,结果发现,在结合 HA 后,LYVE-1 的关键接触残基和结合的 HA 链的灵活性有所降低,但仍比 CD44 具有更高的灵活性。
  • HABD 的构象变化实现 HA 的端对端结合:对比 LYVE-1 的脱辅基蛋白和 HA 结合复合物的结构,发现糖的对接很可能是通过诱导契合实现的,即结合凹槽内关键氨基酸侧链的构象变化,解除了结合凹槽上下边缘的阻碍,使得 HA 非还原末端能够依次对接并沿着无障碍的结合表面前进。
  • 动态氢键和水垫维持 HA 结合并支持滑动:LYVE-1?HA 复合物的晶体结构显示,氢键在 HA 结合中起重要作用,包括直接氢键和间接水介导的氢键。与 CD44 不同,LYVE-1 存在大量水介导的氢键,形成的水层为 HA 的滑动提供润滑,有助于其快速结合和解离。

研究结论和讨论部分指出,该研究首次详细阐述了 LYVE-1 的结构和独特属性。LYVE-1 独特的滑动结合模式,使其能够在低剪切应力环境下,帮助携带 HA 糖萼的免疫细胞沿着淋巴管毛细血管的基底外侧表面爬行并迁移到管腔中。这一发现不仅解释了 LYVE-1 如何介导免疫细胞进入淋巴管,还为理解其在免疫监视中的作用提供了分子基础。此外,研究结果还有助于开发基于 LYVE-1 的疗法,通过干扰淋巴管运输来阻断不必要的免疫和炎症反应,为相关疾病的治疗开辟新的途径,在生命科学和医学领域具有重要的理论和实践意义。

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