六孔长笛登上顶刊封面 | 来自中国科学院/上海科技大学团队

CD3ζζ 同源二聚体是 TCR-CD3 复合物的主要信号亚基，每条 CD3ζ 的胞内区含有 3 个 ITAM，由此贡献了 TCR 中 60% 的可磷酸化酪氨酸位点。CD3ζ 胞内区一直被用作嵌合抗原受体（CAR）的固定模块，启动其信号级联反应。为攻克「无序且动态」的 CD3ζ 胞内区在结构解析上的技术难题，研究团队采用模拟生理膜酸性磷脂环境的脂质双分子层（bicelle）系统，结合溶液核磁共振（NMR）技术，成功解析了 CD3ζ 胞内信号区的动态结构。CD3ζ 的 3 个 ITAM 基序呈现「N 端到 C 端梯度膜插入」的异质性 ——N 端的 ITAM1 膜插入程度最浅，中间的 ITAM2 膜插入程度居中，而 C 端的 ITAM3 膜插入程度最深。值得注意的是，ITAM 的膜插入水平主要由其邻近的 BRS 与脂质的相互作用调控，而非由 ITAM 自身序列决定。这一发现明确了 CD3ζ ITAM 结构异质性的分子基础。

结构的异质性往往对应功能的特异性，研究团队进一步探究了 ITAM 膜插入差异对其磷酸化的影响。利用新型靶向定量质谱等技术，研究团队发现了脂质依赖的磷酸化顺序：在酸性脂质存在时，CD3ζ 的 3 个 ITAM 呈现 N 端到 C 端的「顺序磷酸化」——ITAM1 磷酸化最快，ITAM2 次之，ITAM3 最慢；而在中性脂质环境中，这种顺序性完全消失。这一结果表明，脂质通过调控 ITAM 的膜插入深度，直接决定了其被 LCK 激酶（TCR 信号关键激酶）磷酸化的效率：膜插入浅的 ITAM 更易被激酶接触，磷酸化更快；反之则更慢。为进一步验证这一机制，研究团队突变了 CD3ζ 的 BRS 基序，破坏 ITAM 的膜插入梯度，磷酸化的顺序性也随之瓦解。这些结果证实了「BRS-lipid」的静电相互作用是 CD3ζ 顺序磷酸化的核心驱动因素。

TCR 信号的精准调控不仅关乎生理免疫应答，更与病理状态（如肿瘤、慢性感染）下的 T 细胞耗竭密切相关。研究团队进一步探究了慢性 TCR 刺激（模拟肿瘤微环境或慢性感染）对 CD3ζ 磷酸化的影响。结果表明：T 细胞在耗竭过程中 CD3ζ 的磷酸化模式发生显著改变 ——C 端的 ITAM3 的磷酸化衰减速度远快于 N 端的 ITAM1，这导致细胞中积累大量「部分磷酸化」的 CD3ζ，进而引发 TCR 信号不足。慢性刺激过程中 ATP 耗竭是这一异常的关键原因，因为 ATP 不足使得膜插入程度高的酪氨酸不容易获得磷酸化。这一发现为 T 细胞耗竭机制提供了新解释：即除了免疫检查点分子（如 PD-1、LAG3 等）外，TCR 自身的磷酸化不足也是 T 细胞功能异常的重要原因。在多种人类肿瘤中，T 细胞耗竭与 TCR 信号不足具有明确的相关性。

图 1 CD3ζ 信号区的膜结合结构及其磷酸化层级性

综上所述，该研究通过生物物理学、生物化学和免疫学的多学科交叉，解析了 CD3ζ 胞内区在生理酸性膜环境中的动态结构，阐明了静电调控的 ITAM 的顺序磷酸化规律，发现了 T 细胞耗竭的新机制，为免疫治疗提供了新思路。

中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所施小山研究员、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心许琛琦研究员以及上海科技大学王皞鹏研究员为该论文的共同通讯作者。分子细胞科学卓越创新中心李华副研究员、孟丽博士、深圳先进技术研究院褚纯博士、分子细胞科学卓越创新中心李昌庭、杨皓晨为该论文的共同第一作者。本研究获得了深圳合成生物研究重大科技基础设施和深圳合成生物学创新研究院公共技术平台提供的技术支持，特别是质谱平台在数据采集过程中的专业支撑。

该论文被选为封面故事：六孔长笛象征含六个酪氨酸磷酸化位点的 CD3ζ。正如不同的笛子孔位组合可产生各种音调，不同的 CD3ζ 磷酸化组合也能产生多样化的信号输出，从而决定抗原免疫应答的特异性。封面插画由许琛琦课题组的张雨萌同学创作。

施小山课题组长期专注于开发利用定量质谱等技术，系统解析免疫受体信号机制，并理性设计合成免疫受体。相关研究成果发表于 Nature、Cell 等期刊，并入选「国家自然科学二等奖」、「中国生命科学十大进展」、「中国重要医学进展」等。课题组长期招收合成生物学、免疫学、细胞生物学、分子生物学、生物化学等相关专业博士后，欢迎志同道合者加入团队。联系邮箱：xs.shi@siat.ac.cn。

来源｜合成所

责编｜余   融

审校｜余   融、赵梓杉、冯   春

来源｜中国科学院深圳先进院