客户案例 | Science风湿免疫领域原创性突破-代谢物3-HPA修饰ITGA2B激活生成新抗原诱导HLA限制性自身免疫疾病

文章阐述了整合素蛋白ITGA2B的第96位半胱氨酸与3-羟基丙酸（3-HPA）在胱硫醚β合酶（cystathionine-β-synthase，CBS）催化下形成羧乙基化修饰（ITGA2B@96Cys+72.021），该修饰引发了溶酶体降解程序产生羧乙基化修饰肽ITGA2BceC96，这些修饰肽通过HLA-DRB1*04刺激CD4+T细胞反应并诱导自身抗体的产生。经TCR克隆验证等多种方法证实，该修饰肽是CD4+T细胞反应敏感的新生抗原，可引起HLA限制性自身免疫反应。

图1. 半胱氨酸羧乙基化修饰生成新生抗原诱导HLA限制性自身免疫反应

本研究采用泛蛋白修饰组学搜索引擎，测定了强直性脊柱炎患者外周单核细胞的泛蛋白修饰图谱，发现了一系列非编码氨基酸(如图2所示)。

图2：强直性脊柱炎PBMC的泛蛋白翻译修饰图谱及ITGA2B@96Cys+72.021的确证

(图示来源Fig.1)

通过质谱和修饰特异抗体的验证，研究发现具有72.021Da质量偏移为半胱氨酸的羧乙基化修饰（Cys+72.021，与赖氨酸乳酸化修饰（Lys+72.021）不同），且此非编码氨基酸主要发生在AS患者整合素蛋白的第96位半胱氨酸上（ITGA2B@96Cys+72.021）（如图2所示）。体内外实验表明，半胱氨酸羧乙基化修饰需要代谢物3-羟基丙酸（3-hydroxypropionate，3-HPA）作为反应底物，在CBS催化下，通过与半胱氨酸羧侧链巯基的脱水反应生成羧乙基硫醚(如图3所示)。

图3. 半胱氨酸羧基乙基化修饰需要3-HPA作为底物

(图示来源Fig.2, Fig.3)

整合素蛋白的第96位半胱氨酸上（ITGA2B@96Cys+72.021）的羧乙基化修饰，引发了溶酶体降解程序产生羧乙基化修饰肽，这些修饰肽通过HLA-DRB1*04刺激CD4+T细胞反应并诱导自身抗体的产生。用ITGA2B-ceC96修饰肽免疫HLA-DR4转基因小鼠可促进结肠炎和椎体骨侵蚀（见文章补充资料）。因此，代谢物3-HPA诱导的ITGA2B@96位半胱氨酸羧乙基化可以产生致病的新抗原，导致自身免疫疾病中CD4+T细胞的自反应性反应和自身抗体的产生(如图4所示)。

图4. 溶酶体降解后的ITGA2B-ceC96修饰肽介导强直性脊柱炎

(图示来源Fig.4，Fig.6，Fig. S4，Fig.S8)

综上所述，该研究开创性地发现代谢物3-HPA引起半胱氨酸羧乙基化修饰，该修饰的ITGA2B能够诱导AS产生修饰型新生抗原，发生特异性自身免疫反应，为攻克重大自身免疫病提供了“差异修饰蛋白—修饰型新生抗原”的系统方法策略，是该领域具有重大突破的原创性理论创新。

图5. 3-HPA是CBS催化ITGA2B羧乙基化修饰的的代谢底物

(图示来源：Fig. S15，Fig. S4)

Zhai Y, Chen L, Yang JH, Zhu P, et al. Cysteine carboxyethylation generates neoantigens to induce HLA-restricted autoimmunity. Science. 2023