《SCIENCE ADVANCES》：Three cryo-EM structures of complement C3d-bound αMβ2 reveal an unexpected layer of dynamics for αI-containing integrin receptors
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整合素是作为机械感应受体发挥作用的异源二聚体膜蛋白。九种人类α亚基包含一个配体结合αI结构域，但配体如何激活αI整合素尚不清楚。研究人员展示了与C3d配体复合的αI整合素αMβ2的冷冻电镜（cryo-EM）结构。配体结合的αI结构域相对于β2亚基似乎呈现两种主
整合素是作为机械感应受体发挥作用的异源二聚体膜蛋白。九种人类α亚基包含一个配体结合αI结构域，但配体如何激活αI整合素尚不清楚。研究人员展示了与C3d配体复合的αI整合素αMβ2的冷冻电镜（cryo-EM）结构。配体结合的αI结构域相对于β2亚基似乎呈现两种主要的相反取向。配体结合诱导αM内部配体区域的有序构象，该区域紧密堆积在αMβ-螺旋桨结构域和β2βI结构域之间。对内部配体的识别诱导了开放的βI构象，其与配体结合的αI缺失整合素（αI-less integrins）的构象几乎相同，证实了在所有整合素中，配体结合和信号传导是通过通用机制耦合的。将研究发现与先前数据相结合，使得研究人员能够提出吞噬杯中C3dg/iC3b结合的αMβ2的模型，并概述了外部配体诱导的αMβ2激活的机制模型。
该研究针对含αI结构域整合素受体激活机制不明的关键科学问题，利用冷冻电子显微镜技术解析了αMβ2与C3d配体复合物结构，揭示了其独特的动态特性，为理解整合素双向信号传导提供了原子层面的结构基础。相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》期刊上。研究人员采用的主要关键技术方法包括：针对野生型及R61H突变型αMβ2头部结构域（HP）与αCR3-C3d融合蛋白复合物制备冷冻电镜样品并进行单颗粒分析；利用AlphaFold 3建模预测完整胞外域构象；通过生物层干涉术（BLI）验证蛋白相互作用动力学；采用流式细胞术分析细胞表面受体构象变化；以及利用小鼠巨噬细胞吞噬实验评估功能表型。
研究结果部分主要包含以下发现：
在“αCR3纳米抗体促进αMβ2开放构象”研究中，通过筛选获得特异性结合αI结构域的αCR3纳米抗体，并利用BLI和流式细胞术证实其能以assay依赖的方式稳定受体开放状态，但不影响金黄色葡萄球菌的吞噬作用。
在“理性设计高亲和力C3d配体”研究中，基于晶体结构解析设计了αCR3-C3d融合蛋白，通过尺寸排阻色谱验证了其与αMβ2头部结构域形成稳定的1:1复合物，且不被iC3b竞争性取代。
在“αI结构域在配体结合的αMβ2头部结构域中可采取相反取向”研究中，通过对野生型和R61H突变型数据集的三维分类，发现αI结构域相对于β2亚基存在约150°旋转差异的两种主要取向，分别被命名为HPO1和HPO2，且在各取向上均存在高达32°的内部摆动（rocking）运动。
在“βI结构域开放构象的结构高度保守”研究中，结构比对显示配体结合的αMβ2与αI缺失整合素（如αIIbβ3）的βI结构域构象高度保守（RMSD 0.7-0.9 ?），确认了整合素信号传导的通用机制。
在“内部配体被β2亚基紧密识别”研究中，结构分析表明内部配体残基折叠成位于两个亚基之间的刚性环，通过疏水相互作用和氢键稳定在深谷中，其谷氨酸残基精确协调βI MIDAS离子。
在“iC3b硫酯键连接颗粒显著刺激吞噬作用”研究中，利用定点生物素化修饰的iC3b包被微球进行的吞噬实验表明，通过半胱氨酸Cys1010位点特异性连接的iC3b比随机胺偶联的iC3b能更有效地诱导巨噬细胞吞噬，证实了直接共价连接对于高效力传递的重要性。
讨论部分总结指出，本研究揭示了β2整合素在配体结合延伸开放（EO）状态下αI结构域的多模态定向分布特征，这一意外发现的动态层可能是αMβ2在吞噬杯中维持张力下快速解离与重结合的关键机制。研究还提出了静息态αMβ2可能采取完全弯曲（FBC）构象，并通过C3c结构域作为中间配体诱导其向EO构象转变的激活模型。这些发现不仅阐明了αI整合素内部配体调控的保守性，也为针对αMβ2在神经退行性疾病等病理过程中开发特异性调节剂提供了新的结构视角和潜在靶点。
