综述：促甲状腺激素受体的结构及其与自身抗体的相互作用

《European Thyroid Journal》：The thyrotropin receptor structure and interactions with autoantibodies

　　TSH受体冷冻电镜结构揭示刺激性抗体M22?和K1-18?通过结合LRD全凹面推动受体激活，阻断性抗体K1-70?仅结合LRD N端且不干扰受体构象变化，而5C9?通过锁定HR和P10区域稳定 inactive构象并抑制激活突变。研究为Graves病和甲状腺癌靶向治疗提供结构基础。

　　
甲状腺刺激受体（TSHR）的结构与功能研究为自身免疫性疾病治疗提供了重要依据。该研究通过冷冻电镜技术解析了TSHR在激活与失活状态下的构象特征，并揭示了不同自身抗体（TRAb）与受体结合的分子机制。研究团队制备了四种具有代表性的单克隆TRAb，包括两种激活型抗体M22?和K1-18?，以及两种阻断型抗体K1-70?和5C9?，通过结构生物学手段阐明其作用机制。

TSHR由三个结构域组成：亮氨酸重复域（LRD）、铰链区（HR）和跨膜域（TMD）。LRD由11个亮氨酸重复结构单元（LRR1-11）组成，形成凹面构象，是TSHR与自身抗体结合的主要界面。研究显示，TSHR在细胞膜上动态切换于激活态与失活态之间，这种构象变化涉及LRD绕HR旋转，激活态时LRD远离膜表面。

激活型抗体M22?和K1-18?通过结合LRD全凹面（LRR1-11）促使受体进入激活态。当抗体结合后，LRD与HR的连接发生旋转位移，导致LRD整体后移，避开膜表面疏水区，从而解除空间位阻。这种构象变化使得TSHR的跨膜区发生构象调整，激活G蛋白偶联信号通路。值得注意的是，M22?的亲和力（5.0×101? L/mol）显著高于K1-18?（0.7×101? L/mol），这与其轻链与TSHRArg255形成4个氢键和1个盐桥的紧密作用相关。

阻断型抗体K1-70?和5C9?则通过不同机制抑制受体活性。K1-70?仅结合LRD前段（LRR1-7），在激活态和失活态受体中均保持膜表面外位置，通过空间隔离阻断TSH和TSHR自身抗体与LRD的结合。而5C9?的独特结合模式具有双重作用：一方面通过重链CDR3与HR的Asp392形成强离子键，另一方面与P10区域（TSHRAsn406）形成氢键网络，同时与TMD的TM4区产生疏水相互作用。这种立体构象锁定使受体无法完成激活所需的构象转变，甚至抑制激活突变体（如Ala623Ile、Ile568Thr）的活性。

研究还发现TSHR的铰链区（HR）具有动态可塑性。在激活态下，HR的Trp258与TMD的Lys565形成疏水相互作用，而失活态时该区域构象改变导致离子键（Arg519-Asp619）强度减弱。阻断型抗体5C9?通过稳定HR-Asp392与CDR3的氢键，同时激活态的TM4-Arg519与TM6-Asp619之间的离子锁被强化至2.7?，显著提升失活构象的稳定性。

特别值得注意的是5C9?的"双模式"作用机制：在失活态受体中，其结合导致HR向LRD方向位移6.7?，P10区（Pro407）上移1.5?，并引发TM4（Ile560）和TM5（Thr579）向膜外弯曲。这种三维结构的协同调整，使得TSHR的构象稳定性从原本的动态平衡转变为刚性固定。研究团队通过比较不同突变体的结构变化，发现5C9?能补偿因突变导致的疏水相互作用缺失，例如Ile568Thr突变体与HR的Glu404形成新氢键（Lys660-Asp392）。

临床转化方面，研究证实K1-70?作为药物候选分子能有效抑制Graves病中的受体激活。其结合界面避开膜脂区域，可在激活态和失活态受体上均发挥阻断作用，这种特性使其在甲状腺眼病治疗和甲状腺癌靶向治疗中展现出独特优势。相比之下，M22?和K1-18?的构象锁定机制更依赖受体处于激活态时的空间位阻改变，这解释了为何激活型抗体无法阻断失活态受体。

该研究首次系统揭示了TSHR构象转换的三维动态过程：LRD绕HR旋转导致膜表面张力变化，这种机械效应通过抗体-受体界面特异性相互作用放大。例如，M22?的轻链Leu54与TSHRArg255形成盐桥，而K1-18?仅通过Asn31和Tyr32与同一Arg255形成弱相互作用，这解释了两者的刺激活性差异。研究还发现Trp258在激活态中与Lys565形成稳定网络，其突变（Trp258Ala）会破坏该区域的关键氢键和疏水作用，导致受体活性下降。

这些结构生物学成果为开发新型靶向药物提供了关键靶点。例如，针对5C9?识别的HR-Asp392/C DR3界面设计的单抗，可能同时阻断激活突变和中和自身抗体。而针对K1-70?的LRD前段结合位点开发的抗体，则能选择性抑制TSHR活性而不影响其他激素受体。研究团队特别强调，TSHR的P10区（Asn406-Glu409）在构象转换中起关键作用，该区域的高保守性提示可能成为药物设计的理想靶点。

该成果对理解Graves病中的自身免疫机制具有里程碑意义。传统观点认为TRAb仅通过空间位阻效应阻断TSH结合，而新结构显示阻断型抗体不仅占据结合位点，更通过诱导受体内源性相互作用改变构象能级。这种"双效阻断"机制（空间位阻+构象稳定）为设计高效免疫调节剂提供了理论依据。研究还发现，激活型抗体与TSH结合位点的空间邻近性，可能解释了为何Graves病患者中部分患者同时存在激活型和阻断型TRAb。

未来研究可进一步探索：1）不同疾病阶段抗体亚型的动态变化；2）受体构象转换中动态氢键网络的形成；3）跨膜区与细胞骨架的物理连接机制。这些方向的研究将有助于开发具有更好选择性和药代动力学特征的靶向药物。