LAG-3分子结构的新见解

在过去的十几年中，T细胞免疫检查点（ICP）的发现以及CTLA-4和PD-1/PD-L1单克隆抗体抑制剂的开发彻底改变了免疫肿瘤学领域。新的与肿瘤微环境相关的其他免疫检查点也陆续成为肿瘤药物研发的热点。在这些新一代ICP中，淋巴细胞激活基因-3（LAG-3）已成为癌症治疗中最有前景和潜力的靶点之一。

LAG-3是在1990年首次被发现的，然而到目前为止，关于这个分子的精细结构信息仍然匮乏。最近，Nature Immunology发表重要文章《Overcoming the LAG3 phase problem》，利用酵母展示文库的方法来选择与野生型LAG-3相比表达水平更高、对配体亲和力更高的LAG-3变体，通过形成LAG-3的新晶体结构，为这种分子的结构和生物物理研究打开了大门，也为未来的基础和应用研究提供了新的见解。

LAG-3的一个主要功能是负调节主要组织相容性复合体II类（MHCII）介导的T细胞激活。LAG-3与CD4具有20%的序列同源性，与CD4相似，LAG-3与细胞表面的αβT细胞受体（TCR）结合。然而，与增强TCR信号的CD4相反，当TCR与抗原递呈细胞上的MHCII分子结合时，LAG-3也与MHCII分子结合，并通过驱动共受体-Lck解离抑制TCR信号。因此，LAG-3在细胞表面的分布和聚集会影响其活性。

另外， LAG-3的生物学之所以复杂，是因为除了MHCII外，还发现了LAG-3的其他多个配体，即纤维蛋白原样蛋白1（FGL1）、LSECtin、galectin 3和α-synuclein。虽然LAG3以TCR信号依赖的方式在T细胞表达，但其在缺乏TCR表达的免疫细胞（如自然杀伤细胞、B细胞和浆细胞样树突状细胞）上的存在和活性表明LAG-3可能具有多种功能，这些功能可能就来源于其多种配体的相互作用。 

因此，对LAG-3分子结构、表位和功能的深入研究，将会加强我们对LAG-3信号轴的了解，从而明晰LAG-3如何调节T细胞活性变化，以指导开发靶向LAG-3的最有效的免疫疗法。

为了鉴定LAG-3胞外结构域结构，作者将LAG-3 D1–D4结构域与F7拮抗剂的单链可变片段（scFv）共结晶。此外，还表征了更稳定且生物化学性能更好的小鼠LAG-3 D1D2结构域以及人LAG-3 D3D4的结构。

尽管完整的LAG-3胞外结构域结晶分辨率较低，但也足以表明LAG-3是通过D2结构域形成同源二聚体，其余结构域形成拉长而弯曲的排列。D2中的二聚体界面呈一定角度，因此D1结构域偏离二聚体的中心轴，并形成V形孔径。

虽然人和小鼠LAG-3结构中的二聚体界面共享一组广泛保守的残基，但D1D2二聚体形成的角度却极为不同（23.9° vs 69.6°），这可能导致MHCII和FGL1结合位点的不同相对位置。在人LAG-3结构中，D1结构域的潜在MHCII结合环1（称为“额外环”）旋转约90°远离中心轴，而在小鼠中是朝向D1D2结构中的孔。人和小鼠LAG-3之间的这种构象差异可能反映了LAG-3的两种不同的功能状态，并且具有相当大的可塑性通过二聚体排列来实现功能状态的开关。事实上，LAG3结构的这种域间灵活性和构象可变性，表明LAG-3结构的动力学在其生物学中具有重要作用。

除了解析LAG-3胞外结构域的结构信息外，文章还利用酵母展示技术解析了FGL1的结构，并绘制了LAG-3和FGL1之间的界面。该结构确定了LAG-3 D1环2中的关键界面残基，并证明LAG-3通过不同的分子表面结合MHCII和FGL1。结合FGL1结构和界面信息得出结论，LAG-3二聚体不能与FGL1二聚体形成合理的2:2复合物。这一结论很有趣，因为它可以让我们大概地看到FGL1是如何通过LAG-3改变TCR信号调节的。通过将LAG-3聚集在细胞表面，FGL1可以可逆地调节LAG-3活性，而不会直接干扰MHCII结合。关于LAG-3和FGL1的结构解析为LAG-3作用机制的破译提供了一些关键的信息，然而仍然存在许多问题有待回答，特别是关于LAG3与其各种配体相互作用的结构基础，以及为什么不同的MHCII同种型对LAG-3表现出不同的亲和力？

目前，许多生物制药公司正在投资和开发LAG-3项目，目前临床试验中至少有一百多项与LAG-3相关的临床试验。迄今为止，已经开发出至少20种针对LAG-3的药物。包括抗LAG-3阻断性抗体（relatlimab（BMS-986016）、Sym022、TSR-033、REGN3767、LAG525、INCAGN2385-101、MK-4280和BI754111）以及拮抗双特异性抗体（MGD013（抗PD-1/LAG-3）、FS118（Anti-LAG-3/PD-L1）和XmAb22841 (anti-CTLA-4/LAG-3))等。

其他LAG-3靶向药物也被用于癌症治疗。IMP321是一种可溶性重组融合蛋白，由LAG-3的胞外区和IgG的Fc区组成，通过MHCII介导反向信号激活抗原提呈细胞，导致IL-12和TNF的增加，CD80和CD86的上调。在目前进行的临床试验中，IMP321单药治疗或与其他疗法联合治疗的疗效一般。通过MHCII反向信号的细节仍然未知，需要仔细研究。

抗-LAG-3消耗抗体（GSK2831781）和激动剂抗体（IMP761）作为治疗自身免疫性疾病的潜在治疗剂也有报道。尽管这些抗体旨在清除或抑制致病性T细胞，但它们也可能消耗或抑制Treg细胞。进一步的研究阐明这种抗体的功能以及LAG-3的生物学特性有望促进其发展。

对LAG-3的结构研究不仅提供了对LAG-3生物学的深入了解，还为评估针对LAG-3的激动剂和拮抗剂抗体以及合理开发针对LAG3-配体相互作用的小分子抑制剂奠定了基础。尽管LAG-3的结构和功能研究可能落后于其他检查点抑制剂，但最近的一系列重要研究将为我们理解LAG-3结构和功能迈出关键的一步。

参考文献：

1. LAG-3: from molecular functions to clinical applications. J Immunother Cancer. 2020 Sep;8(2):e001014.

2. The Next-Generation Immune Checkpoint LAG-3 and Its Therapeutic Potentialin Oncology: Third Time’s a Charm. Int J Mol Sci. 2021 Jan; 22(1): 75.

3. Overcoming the LAG-3 phase problem. Nat Immunol.2022; 23(7): 993–995.