甲酰肽受体的免疫识别和炎症调控机制研究

Protein synthesis in prokaryotic cells such as bacteria starts with an N-formyl methionine (N-fMet), a feature that is utilized by mammalian immune cells for the identification of invading bacteria. Immune cells use specialized receptors that recognize N-formyl peptides (the formyl peptide receptors, FPR) to identify and capture invading bacteria, leading to its eventual elimination. Based on our preliminary results, we propose to conduct an in-depth study of the FPRs for a better understanding of the mechanisms by which FPRs detect bacteria and of their patho-physiological functions in the regulation of anti-infection immunity and inflammatory response. This proposal aims to address the following scientific questions: (1) Can FPRs distinguish between pathogenic bacteria from non-pathogenic bacteria and mount different host responses? (2) How do the FPRs bind diverse ligands of different chemical structures? (3) How do the FPRs transducer both pro-inflammatory and anti-inflammatory signals? The proposed research is divided into two parts, namely the recognition mechanisms used by the FPRs and their signal transduction mechanisms. We propose to use knowledge of receptor pharmacology, molecular biology, microbiology and immunology, as well as related experimental procedures, to study FPRs and gain a better understanding of the mechanisms by which host cells detect invading microorganisms. Our long-term goal is to translate basic research results into clinically useful applications.

原核细胞如细菌的蛋白质合成起始于带甲酰肽的甲硫氨酸，这一特征成为哺乳动物免疫细胞识别细菌的一个有效标志。免疫细胞利用其专门识别甲酰肽的受体（FPR），发现并追踪入侵的细菌并将其杀灭。本项目在前期工作的基础上，旨在通过对甲酰肽受体的进一步研究，揭示天然免疫细胞识别入侵细菌的一种机制，阐明甲酰肽受体在调控抗感染免疫和炎症反应中的生理病理功能。本项目将要解答如下科学问题：（1）甲酰肽受体能否鉴别致病菌和非致病菌并产生不同的宿主细胞反应？（2）甲酰肽受体如何识别多种化学性质和结构截然不同的配体？（3）甲酰肽受体如何转导致炎和抗炎两种的不同信号？主要研究内容分为两大部分，即甲酰肽受体对配体的识别机制和甲酰肽受体的信号转导机制。我们拟运用受体药理学、分子生物学、微生物和免疫学等学科知识以及相应的实验手段，通过对这一类受体的深入研究，了解免疫细胞识别细菌等入侵微生物的机制，为基础研究成果的转化应用奠定基

甲酰肽受体的识别机制，不仅与固有免疫系统中机体的防御密切相关，而且是受体药理学中的一个研究范例。本项目的主要研究内容包括甲酰肽受体对配体的识别机制，以及甲酰肽受体的信号转导机制这两部分。通过对甲酰肽受体识别机制的研究，我们发现了FPR1主要通过N端甲酰基进行识别，而FPR2的识别则更为复杂，包括氨基酸的组成，短肽的长度等都与受体识别有关。不同病原菌来源的短肽配体，在一定程度上能够为甲酰肽受体所识别。然而甲酰肽受体尤其是FPR2还能够识别化学性质和结构截然不同的配体。我们的主要发现之一即由于G蛋白偶联受体七次跨膜段这一特性所构成的表面结构，形成了许多结合位点，不仅能够与正位配体结合而激活受体功能，还能够与配体在异位结合，通过别构调节的原理，对正位激动剂产生调控。我们还发现一些活性极弱的配体，在皮摩尔浓度下，通过异位结合所产生受体构型的改变，足以影响到正位激动剂的功能。然而这些别构调节剂的浓度范围非常狭窄，提示别构调节剂也可能通过两个或更多的结合位点，产生复杂的调控效应。据此我们发展了自己的受体推算公式，能够很好地拟合实验曲线，为今后对更多的别构调节剂进行药理学鉴定提供了一种新的思路。最后，我们的研究揭示了甲酰肽受体之所以能够转导致炎和抗炎两种的不同信号，其原因之一是由于别构调节的偏向性所致。这种偏向性与目前文献中已经描述的偏向性激动不同，因为这些调节剂在很低的浓度下不能引起任何可检测的信号变化。通过本项目的开展，我们发现了一些很有意思但不能完全用现有受体理论解释的现象。我们对这些现象的研究，丰富了受体理论，并有望在一段时间后产生应用价值，譬如新型别构调节剂的发现。