科學家們解決了一個有著百年曆史的神祕面紗來治療哮喘和氣道炎症

夏科 - 雷登晶體信用：©VIB生物成像Core_Amanda Concalves

來自VIB，根特大學，根特大學醫院和生物技術公司Argenx的比利時研究小組解決了長達一個世紀以來關於哮喘中蛋白質晶體存在的難題。通常，蛋白質不會在體內結晶，但在某些情況下確實會發生這種過程。夏科 - 萊登晶體與半乳糖凝集素蛋白-10製成，在哮喘患者的氣道中發現，早在1853年。

然而，這些晶體在很大程度上被科學家所忽視，它們與疾病的實際聯繫仍然未知。比利時研究小組目前已經確定，晶體在氣道黏液非常豐富，刺激免疫系統，促進炎症和黏液改變生產，往往是出現在哮喘患者的氣道。學術界和公司科學家一起開發出可以溶解這些晶體的抗體，以減少關鍵的哮喘特徵。此類抗體可以是一流的治療劑，其可逆轉蛋白質晶體並治療哮喘和氣道的其他慢性炎性疾病。該研究發表在領先的期刊“ 科學 ” 雜誌上。

晶體和疾病

1853年，巴黎著名的Salpêtrière醫院的Jean-Martin Charcot報告了他在哮喘患者痰中觀察到的雙錐體晶體的詳細草圖，這也是Ernst von Leyden在1872年所做的觀察。這些結晶沉積物廣為人知作為Charcot-Leyden晶體（CLCs）在醫學界。

從那以後，它們被廣泛描述為慢性過敏性和炎性疾病，例如哮喘，支氣管炎，過敏性鼻炎和鼻竇炎。然而，僅在過去的幾十年中，科學家才確認CLC的含量由半乳糖凝集素-10組成，最終解決了持續近一個半世紀的爭論。Galectin-10是嗜酸性粒細胞中最豐富的蛋白質之一，有助於在人體內產生炎症反應。令人驚訝的是，Gal10仍然在很大程度上可溶於嗜酸性粒細胞，一旦它作為免疫防禦的一部分被釋放，它就只能形成晶體。Gal10的功能也難以捉摸。

這些晶體會造成傷害嗎？

由Emma Persson，Kenneth Verstraete和Ines Heyndrickx帶頭，研究小組著手測試一個長期未解決的假設：CLCs是否刺激肺部免疫並導致過度炎症反應導致疾病？

Bart Lambrecht教授（VIB-UGent）說：“每位醫生都會在醫學訓練中瞭解Charcot-Leyden晶體，並且每個人都會將這些晶體與嗜酸性粒細胞結合起來。他們經常在哮喘患者的痰液中發現，尤其是那些患有嚴重疾病的病人。然而，沒有人真正知道這些晶體是做什麼的以及為什麼它們首先在那裡。通過類比痛風，尿酸晶體引起關節炎症的非常痛苦的發作，我們推斷Charcot-Leyden晶體可能也會對哮喘患者的肺部造成傷害。“

晶體與溶液

科學家克服了許多技術挑戰來測試這個想法。為了研究目的，他們必須找到在實驗室中生產數百萬個Gal10晶體的方法，並確定這些與患者中發現的CLC相同。研究人員使用源自患者的晶體來確定Gal10的三維結構，直至原子尺度。這提供了長期尋求的答案，證實實驗產生的CLC與患者衍生的CLC相同。

Savvas Savvides教授（VIB-UGent）：“這是生化和醫學史上第一次以原子分辨率研究患者來源的蛋白質晶體。這種微觀晶體的尺寸僅為幾微米，這是非常值得注意的。 （大約千分之一毫米）在醫院手術室開始的艱苦而艱苦的實驗路徑中倖存下來，並以歐洲同步輻射設施的專用X射線光束線結束。最重要的是，它們產生的數據導致它們內部蛋白質分子的美麗三維結構。“

研究人員發現Gal10只有在處於結晶狀態時才能誘導完全免疫反應。在解決方案中，Gal10是無害的。最重要的是，Charcot-Leyden晶體形式的結晶Gal10誘導哮喘的關鍵特徵，包括產生改變的粘液，這對於大多數哮喘患者來說是一個大問題。因此，該研究已經取得了重大突破，並得出了明確的結論。

尋找解決方案

然後該小組研究了干擾CLC形成是否是哮喘患者的治療選擇。這是一家位於根特的生物技術公司Argenx介入的地方。合併後的團隊開發出的抗體可以特異性地對抗CLC。值得注意的是，抗體能夠在實驗室的培養皿中在幾分鐘內溶解CLC，並在患者粘液中（也在體外）幾小時內溶解。在哮喘小鼠模型中使用這些抗體導致肺部炎症，肺功能改變和粘液產生的強烈減少。

Savvides教授說：“這就像'現在你看到它，現在你沒有'展示分子魔法。我花了25年的時間學習併為如何為結構生物學生長蛋白質晶體而苦惱，並且突然間我看到蛋白質晶體實時溶解。最重要的是，我們還可以通過確定它們與抗原複合的晶體結構來想象這些抗體如何實際發揮其魔力。

Bart Lambrecht教授說：“我們的研究結果出乎意料，同時也非常清晰。我完全被抗體迅速溶解在患者的原生粘液中大量存在的CLC這一事實所震驚。雖然更多的測試是小鼠模型中的數據顯示，使用這些抗體可能是減少哮喘患者肺部過度炎症和粘液積聚的一種非常有效的方法。由於目前沒有針對氣道粘液積聚的藥物，這可能是改變這種疾病的改變者。“#清風計劃#

更多信息： “蛋白質結晶促進2型免疫和是抗體治療可逆” 科學（2019）。science.sciencemag.org/cgi/doi ... 1126 / science.aaw4295

期刊信息： 科學