在一項新的研究中，來(lái)自比利時(shí)弗蘭德斯生物技術(shù)研究所（FlandersInstituteforBiotechnology,VIB）、根特大學(xué)（UGent）、根特大學(xué)醫院和生物技術(shù)公司Argenx的研究人員解開(kāi)了一個(gè)關(guān)于哮喘中是否存在蛋白晶體的百年謎團。正常而言，蛋白不會(huì )在體內結晶，但在某些情況下，這種過(guò)程確實(shí)會(huì )發(fā)生。夏科-萊登晶體（Charcot-Leydencrystal,CLC,也譯為夏科-萊登結晶）由蛋白galectin-10（Gal10）產(chǎn)生，而且早在1853年就在哮喘患者的氣道中被發(fā)現。

然而，這些晶體在很大程度上被科學(xué)家們所忽視，而且它們與疾病的實(shí)際聯(lián)系仍然未知。如今，這些研究人員確定這些晶體在氣道粘液中含量非常豐富，可刺激免疫系統并促進(jìn)炎癥和變化的粘液產(chǎn)生，這種情況常見(jiàn)于哮喘患者的氣道。作為來(lái)自學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的科學(xué)家，他們還一起開(kāi)發(fā)出能夠溶解這些晶體以減少關(guān)鍵的哮喘特征的抗體。這類(lèi)抗體可能是一流的逆轉蛋白結晶并治療哮喘和其他氣道慢性炎性疾病的藥物試劑。相關(guān)研究結果發(fā)表在2019年5月24日的Science期刊上，論文標題為“Proteincrystallizationpromotestype2immunityandisreversiblebyantibodytreatment”。

晶體和疾病

1853年，在法國巴黎著(zhù)名的薩爾佩替耶醫院任職的Jean-MartinCharcot報道了他在哮喘患者的痰中觀(guān)察到的雙錐體晶體的詳細草圖，這也是ErnstvonLeyden在1872年觀(guān)察到的結果。這些晶體沉積物在醫學(xué)界被廣泛稱(chēng)為CLC晶體。

從那以后，人們發(fā)現它們廣泛存在于慢性過(guò)敏性和炎性疾病，比如哮喘、支氣管炎、過(guò)敏性鼻炎和鼻竇炎。然而，僅在過(guò)去的幾十年中，科學(xué)家們才證實(shí)了CLC晶體的內含物由Gal10組成，從而最終解決了持續近一個(gè)半世紀的爭論。Gal10是嗜酸性粒細胞中最豐富的蛋白之一，其中嗜酸性粒細胞協(xié)助在人體內產(chǎn)生炎癥反應。令人吃驚的是，Gal10在嗜酸性粒細胞中很大程度上保持溶解狀態(tài)，而且一旦它作為免疫防御的一部分被釋放出來(lái)，它就只能形成晶體。Gal10的功能也讓人難以捉摸。

這些晶體會(huì )造成傷害嗎？

在EmmaPersson、KennethVerstraete和InesHeyndrickx的帶頭下，這些研究人員著(zhù)手測試一個(gè)長(cháng)期未解決的假設：CLC晶體是否刺激肺部中的免疫反應，導致過(guò)度炎癥反應，從而導致疾病？

論文共同通訊作者、VIB-UGent研究員BartLambrecht教授說(shuō)道，“每位醫生都會(huì )在醫學(xué)培訓中了解到CLC晶體，并且每個(gè)人都會(huì )將這些晶體與嗜酸性粒細胞的存在相關(guān)聯(lián)在一起。它們經(jīng)常在哮喘患者的痰液中發(fā)現，尤其是那些重癥哮喘患者。然而，沒(méi)有人真正知道這些晶體發(fā)揮的作用以及為何它們第一時(shí)間出現在那里。通過(guò)與痛風(fēng)---尿酸結晶會(huì )引起非常痛苦的關(guān)節炎癥---進(jìn)行類(lèi)比，我們推斷CLC晶體也可能對哮喘患者的肺部造成傷害。”

晶體還是溶液

這些研究人員克服了許多技術(shù)挑戰來(lái)測試這個(gè)想法。為了研究的目的，他們不得不在實(shí)驗室里找到一種方法來(lái)產(chǎn)生數百萬(wàn)個(gè)Gal10晶體，并確定這些晶體與在患者中發(fā)現的CLC晶體相同。他們使用源自患者的晶體來(lái)確定Gal10的三維結構，并將它的分辨度提高到原子尺度。這提供了一個(gè)長(cháng)期尋求的答案，并證實(shí)實(shí)驗產(chǎn)生的CLC晶體與源自患者的CLC晶體是一樣的。

論文共同通訊作者、VIB-UGent研究員SavvasSavvides教授說(shuō)道，“這是生化和醫學(xué)史上第一次在原子分辨率下研究患者來(lái)源的蛋白晶體。非常值得注意的是，這些尺寸僅為幾微米（大約一毫米的千分之一）的微觀(guān)晶體在從醫院手術(shù)室到歐洲同步加速器輻射設備的專(zhuān)業(yè)X射線(xiàn)光束線(xiàn)的嚴酷的實(shí)驗過(guò)程中幸存下來(lái)。最重要的是，它們所產(chǎn)生的數據可用于確定放置于它們內部的蛋白分子的美麗三維結構。”

這些研究人員發(fā)現Gal10僅在處于晶體狀態(tài)時(shí)才能誘導完全的免疫反應。在溶液中，Gal10是無(wú)害的。最重要的是，以CLC晶體形式存在的Gal10晶體誘導哮喘的關(guān)鍵特征，包括發(fā)生變化的粘液產(chǎn)生，這對于大多數哮喘患者來(lái)說(shuō)是一個(gè)大問(wèn)題。因此，這項研究取得了重大突破，并得出了明確的結論。

尋找解決方案

這些研究人員隨后研究了干擾CLC晶體形成是否是哮喘患者的一種治療選擇。這就是總部位于根特的生物技術(shù)公司Argenx介入的地方。通過(guò)與該公司合作，他們開(kāi)發(fā)出的抗體能夠特異性地對抗CLC晶體。值得注意的是，這些抗體能夠在實(shí)驗室的培養皿中在幾分鐘內溶解CLC晶體，而且在患者粘液中（也在體外）幾小時(shí)內溶解CLC晶體。在哮喘小鼠模型中使用這些抗體導致肺部炎癥、肺功能改變和粘液產(chǎn)生大量減少。

Savvides教授說(shuō)：“我花了25年的時(shí)間來(lái)學(xué)習和研究如何為結構生物學(xué)培養蛋白晶體，突然間我看到蛋白晶體實(shí)時(shí)溶解。最重要的是，我們還可以通過(guò)解析出這些抗體與它們的抗原結合在一起時(shí)的晶體結構來(lái)可視化觀(guān)察它們如何真正地發(fā)揮自身的作用。”

BartLambrecht教授說(shuō)：“我們的研究結果出乎意料，同時(shí)也非常清晰。我對抗體快速地溶解患者粘液中大量存在的CLC晶體的這一事實(shí)感到震驚。雖然還需開(kāi)展更多的測試，但是小鼠模型中的這些數據顯示，使用這些抗體可能是一種能夠減少哮喘患者肺部中的過(guò)度炎癥和粘液積聚的非常有效的方法。鑒于目前沒(méi)有靶向氣道粘液積聚的藥物，這可能會(huì )引發(fā)治療這種疾病的變革。