MHC I多聚体技术
您是否了解MHC I 多聚体的类型有哪些？Tetramers、Pentamers、Streptamers之间有哪些区别？
在IBA Lifesciences发布的《揭秘MHC I多聚体的世界》一文中，对MHC多聚体类型、差异、特性、以及发展前景进行了归纳与总结，全文免费下载地址见本篇文末。
MHC多聚体——免疫学研究的革命性工具
细胞毒性T细胞（Cytotoxic T lymphocytes，CTL）作为免疫应答的核心效应细胞，通过其表面T细胞受体（TCR）特异性识别抗原，执行关键的免疫监视功能。在抗原识别过程中，CTL的CD8共受体与TCR协同作用，精准识别由MHC I类分子呈递的抗原肽。
MHC I类分子广泛表达于所有有核细胞表面，其核心功能是结合并展示细胞内源性蛋白降解产生的肽段，包括病毒蛋白、肿瘤相关抗原等。即使这些肽段源自自身蛋白，一旦被MHC I类分子识别为异常抗原，具有对应TCR的CTL即可启动细胞毒作用，精确清除受感染或发生癌变的细胞，从而有效遏制感染扩散和肿瘤进展。
每个T细胞受体（TCR）通过特异性识别独特的肽-MHC（pMHC）复合物执行免疫监视功能，为应对环境中海量的抗原变异，免疫系统需维持庞大的TCR多样性库。这种多样性主要通过基因层面的组合机制实现：在T细胞发育过程中，V(D)J基因片段重排、连接区域核苷酸的随机切除或添加、以及αβ异源二聚体链的随机配对，共同构建了TCR的多样性基础。理论计算表明，上述机制可产生高达10^20种独特的TCR分子，为机体提供了近乎无限的抗原识别潜能。
全面解析免疫应答机制并深入理解其生物学基础，需对参与免疫识别的T细胞及其T细胞受体（TCR）展开系统性研究。这一研究领域不仅属于基础科学范畴，更直接关联疫苗研发等应用领域。例如，在病毒感染周期或疫苗接种后，对T细胞亚群的动态分析可揭示免疫应答的质量、持续时间和保护性特征，为评估免疫干预效果提供关键指标。
为突破抗原特异性T细胞的研究瓶颈，Altman教授课题组于1996年开创性地提出将肽-MHC I类分子（pMHC I）复合物作为分子探针的技术方案。其核心创新在于：通过化学交联技术将多个pMHC I单体组装于荧光标记的骨架结构，形成多价复合物。这种设计显著增强了探针与TCR的结合亲和力，成功实现对HIV特异性T细胞的直接染色与流式分析。该研究奠定了MHC多聚体技术的理论基础，证实低亲和力pMHC I单体通过空间聚集效应可实现功能强化，从而稳定结合靶细胞表面TCR。历经近三十年发展，MHC多聚体技术已成为抗原特异性T细胞研究的标准工具，持续推动着适应性免疫应答的机制解析与临床转化研究。
MHC I 多聚体有哪些类型？
四聚体（TETRAMERS）
1996年开发的首个MHC I类多聚体技术被称为MHC I四聚体，其核心结构由4个肽-MHC I类分子（pMHC I）复合体共价结合至抗生物素蛋白（Avidin）骨架构成。抗生物素蛋白是一种源自卵清的四聚体糖蛋白，每个亚基含有一个高亲和力生物素结合位点，可同时结合4个生物素标记的pMHC I单体。作为替代方案，链霉亲和素（Streptavidin）——一种来源于链霉菌的非糖基化抗生物素蛋白类似物——因其更低的非特异性结合背景，逐渐成为四聚体构建的优选骨架。通过将荧光染料共价偶联至骨架蛋白，四聚体复合物可实现对抗原特异性T细胞的直接流式染色。四聚体技术的诞生奠定了MHC多聚体工具的开发基础，并持续推动着抗原特异性T细胞检测技术的优化。除经典四聚体外，目前商业化的MHC I类多聚体产品还包括五聚体（Pentamers）、链霉亲和素多聚体（Streptamers）以及右旋糖酐多聚体（Dextramers）等，各类型多聚体在骨架设计、结合动力学及实验应用场景方面展现出差异化优势。此外，新型多聚体技术如NTAmers等亦在不断发展，进一步丰富了MHC多聚体的技术谱系。
五聚体（PENTAMERS）
MHC I类五聚体技术于2000年问世，其创新结构由5个pMHC I复合物共价组装于自组装型卷曲螺旋骨架构成。该卷曲螺旋结构域源自软骨基质蛋白（Cartilage Oligomeric Matrix Protein, COMP）的天然多聚化模块，通过基因工程改造实现5个pMHC I分子的定向排列，确保所有抗原结合位点呈空间同向性分布。这种设计显著提升了表位密度，使五聚体与TCR的亲和效能较传统四聚体提升约10倍。相较于四聚体技术，五聚体可同时偶联5个荧光基团或生物素标记，其单位面积荧光信号强度提高40%-60%，在低频抗原特异性T细胞检测中表现出更高的标记效率和检测灵敏度，尤其适用于肿瘤新抗原或病毒变异株特异性T细胞的稀有细胞群分析。
STREPTAMERS
MHC I类Streptamer技术基于Strep-tag®系统开发，于2002年首次实现商业化应用。该技术通过基因融合策略，将pMHC I分子的C端与双链霉亲和素标签（Twin-Strep-tag®）偶联，使其能够以高亲和力（Kd≈10⁻⁸ M）结合链霉亲和素突变体Strep-Tactin®。其核心创新在于引入竞争性解离机制：添加游离生物素后，高亲和力生物素通过竞争性置换实现pMHC I分子的可控解离，使Streptamer复合物成为首个可逆性MHC I类多聚体工具。这一特性使其在T细胞分选、体外功能实验及体内回输治疗研究中具有独特优势，可有效避免传统多聚体染色导致的TCR信号持续激活。
DEXTRAMERS
MHC I类Dextramer技术是继Streptamer之后开发的第二代多聚体系统，其命名源自葡聚糖（Dextran）骨架结构。该技术通过化学交联将多个pMHC I分子共价偶联至线性葡聚糖纤维，形成高密度表位展示平台。葡聚糖骨架的分支结构使每个复合物可负载多达50个pMHC I分子，显著提升了表位呈现效率。实验数据显示，Dextramer技术对低亲和力TCR（解离速率常数Kd＞10⁻⁵ M）的检测灵敏度较传统四聚体提升10-100倍，成功实现了对肿瘤新抗原特异性T细胞等稀有细胞群的直接检测，填补了传统方法在低亲和力表位研究中的技术空白。
NTAMERS
NTAmer技术代表第三代可逆性MHC I类多聚体发展方向，其命名源于镍-氨三乙酸（Ni²+-NTA）螯合系统。该技术通过基因工程在pMHC I复合物中引入6×组氨酸标签（His-tag），利用Ni²+-NTA与组氨酸的金属螯合作用实现多聚化。其解聚机制与Streptamer技术类似：添加咪唑竞争性结合Ni²+后，金属螯合键断裂导致多聚体解离。尽管目前尚未有商业化NTAmer产品，但前期研究表明，该系统在TCR-pMHC相互作用动力学研究及长时间活细胞成像中具有潜在应用价值，其解离速率可调特性为解析TCR信号转导的时空调控提供了新型工具。
可逆性——MHC多聚体的重要特性
通过可逆性这一核心特征，可清晰区分不同MHC I类多聚体技术体系。传统MHC多聚体（如四聚体、五聚体）通过共价交联或高亲和力非共价作用实现pMHC I分子的多聚化，显著提升表位密度与TCR结合强度。然而，这种不可逆结合模式可能导致染色复合物内化、T细胞功能抑制或凋亡等负面效应，并限制TCR-配体解离动力学研究。
技术原理对比
经典四聚体依赖抗生物素蛋白-生物素系统（Kd≈10⁻¹⁵ M），形成超稳定复合物，但无法实现可控解离；五聚体与葡聚糖多聚体（Dextramer）虽通过表位密度优化提升检测灵敏度，仍维持不可逆结合特性。相较之下，MHC I类Streptamer技术采用Twin-Strep-tag®与链霉亲和素突变体Strep-Tactin®的特异性结合（Kd≈10⁻⁸ M），通过添加游离生物素竞争性解离，实现pMHC I分子的可控脱落。NTAmer技术则基于Ni²+-NTA螯合系统，利用咪唑介导的His-tag解离，提供另一种可逆化解决方案。
MHC I STREPTAMER 细胞染色实验流程
MHC I类Streptamer试剂为抗原特异性T细胞检测与分选提供了革新性工具。其双色荧光标记系统（Streptamer复合物+抗Strep-Tactin®荧光抗体）可实现低至0.001%的稀有细胞群精准鉴定，信噪比较传统四聚体提升5-8倍。
该技术核心优势在于：
- 无标记分选：染色后通过生物素洗脱可获得完全去标记的活细胞，避免荧光残留干扰下游功能实验；
- 功能完整性保留：解离后的T细胞维持完整增殖能力与效应功能，可直接用于体外扩增、杀伤实验或过继回输研究；
- 动态分析兼容性：支持实时监测TCR-pMHC相互作用动力学，为免疫突触形成机制研究提供技术平台。
临床前研究显示，Streptamer分选的肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）在体外扩增后，其抗原特异性保持率较传统方法提高3倍，为个性化细胞治疗产品开发奠定了方法学基础。
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