2024年9月3日，《Nature Structural & Molecular Biology》期刊在线发表了题为《Structural basis for antibody-mediated NMDA receptor clustering and endocytosis in autoimmune encephalitis》的研究论文。这项成果由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心主导，上海交通大学医学院附属精神卫生中心、复旦大学附属华山医院、上海交通大学医学院附属瑞金医院、中国科学院上海高等研究院国家蛋白质科学研究（上海）设施等多家研究机构的科学家和临床医生共同参与，是基于临床医学难题与基础科学的通力合作。该研究聚焦并探索中枢神经系统自身免疫性脑炎的致病机制，旨在揭示抗NMDA（N-甲基-ᴅ-天冬氨酸）受体自身免疫性抗体结合的抗原表位，阐明病人来源的致病单抗使NMDA受体聚集导致其内吞的致病机制。

抗NMDA受体脑炎是一种由自身抗体介导的中枢神经系统自身免疫性疾病，是最常见的自身免疫性脑炎类型。NMDA受体是一种在大脑中广泛分布的兴奋性谷氨酸受体，是学习和记忆等认知功能的分子开关。该疾病于2018年被国家卫生健康委员会等五部门纳入第一批罕见病目录，其特点是免疫系统产生致病性自身抗体，错误地攻击大脑中的NMDA受体，导致受体从神经元表面被内吞，从而减弱了NMDA受体在突触传递和功能中的作用（图1）。因此，抗NMDA受体脑炎患者通常伴有精神异常、记忆和认知障碍、癫痫发作、运动障碍、自主神经功能紊乱等多种症状。患者脑脊液和/或血清中的抗NMDA受体抗体是该疾病临床诊断的分子标记物，但这些抗体结合的表位及导致NMDA受体功能障碍的机制一直是领域内的未知。

图 1 | 自身免疫性致病单抗导致NMDA受体内吞及突触功能障碍的示意图

研究团队首先构建了带有GFP标签的NMDA受体纳米盘（NMDAR_GFP），把它作为结合致病抗体的荧光筛选抗原标记物，标记并分选出来自抗NMDA受体脑炎患者血液样品里的单个B细胞。通过流式分选出抗NMDA受体脑炎外周血单个核细胞中IgD^-CD27⁺的B细胞，发现其中约0.08%的B细胞被NMDAR_GFP标记。对这些GFP标记的细胞进行单细胞分选并收集，通过逆转录并扩增出编码轻链和重链可变区域的致病单抗序列。基于活细胞染色及表面等离子共振，鉴定和分析这些致病单抗与NMDA受体的结合特性（图2）。

图 2| 使用NMDAR_GFP标记的流式分选从病人血清中分离单个记忆B细胞，克隆并鉴定致病单抗

随后，研究团队选取两个代表性单抗mAb_5F6和mAb_2G7，通过单颗粒冷冻电镜发现这些自身抗体与GluN1必需亚基N末端结构域中的R1-lobe结合（图3）。把NMDA受体上关键氨基酸做单点突变，就可以显著性降低致病抗体的结合。研究人员通过同步辐射溶液小角X射线散射方法，在近生理溶液条件下揭示了NMDA受体和抗体复合物呈现2:1或1:2的化学计量比，这种结合模式使得自身抗体引起NMDA受体的聚集和内吞。

功能学实验进一步发现这些致病单抗不直接影响NMDA受体的通道活性，而是通过减少神经元表面的NMDA受体数量和减弱NMDA受体介导的兴奋性突触电流产生致病效应（图3）。作为对照，研究团队通过杂交瘤技术制备了鼠源结合至R1-lobe表位的单抗未导致NMDA受体功能的异常。这些结构和功能研究表明，设计结合针对NMDA受体R1-lobe表位的竞争性肽段或抗体是一种治疗抗NMDA受体脑炎的潜在新策略。这项研究不仅为抗NMDA受体脑炎中自身抗体识别和攻击靶蛋白的发病机制提供了新证据，还为建立自身免疫性脑炎靶向性治疗方法提供了理论依据。

图3 | 致病单抗在NMDA受体上的结合表位解析及其影响神经元表面NMDA受体数量和功能分析

该工作由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的突触蛋白结构和功能课题组博士研究生王涵、研究助理谢春、华山医院的邓波、交大的丁锦君和蛋白质设施的李娜共同完成。瑞金医院陈晟教授、华山医院陈向军教授、交大袁逖飞教授为共同通讯作者，脑智中心竺淑佳研究员为最后通讯作者。脑智卓越中心的何杰研究员、金梦梦、张金宝、寇增伟，及北京深势科技的王沁蕊、温翰，瑞金医院的周勤明为该工作提供重要支持。该研究得到科技部、基金委、中国科学院及上海分院的经费支持。