在高等生物中，细胞毒性T淋巴细胞和自然杀伤细胞作为免疫过程中的一道重要防线，在清除肿瘤、抵抗病原微生物感染、移植排斥以及自身免疫性疾病中发挥着重要的作用，为维持有机体和谐平衡提供有效的保护屏障。杀伤细胞主要通过胞吐途径向靶细胞释放细胞毒性颗粒，诱发靶细胞凋亡。颗粒酶H在NK细胞中组成性表达，目前研究表明颗粒酶H在诱导细胞凋亡和抑制病毒复制方面有独特的功能，但其识别机制不甚清楚。本论文研究了颗粒酶H在NK细胞介导的天然免疫过程中发挥抗感染抗病毒作用的结构基础及其调控机制。　　 在本文中，我们解析了活性颗粒酶H及其无活性突变体D102N-GzmH(DNH)单晶的晶体结构，以及DNH与底物肽段结合状态、特异性抑制剂交联状态的四个晶体结构。以结构分析为基础，我们对其中重要的氨基酸进行了突变及功能研究。首先，结构分析表明颗粒酶H结合底物的S1口袋具有强疏水性质，可特异性识别苯丙氨酸、酪氨酸等大型芳香族氨基酸。Thr189、Gly216及Gly226三个氨基酸组成的特异性凹槽决定了颗粒酶H的糜酶活性。其次，本工作发现了颗粒酶H及其同源类似物中特有的RKRmotif(Arg39-Lys40-Arg41)。此motif有助于颗粒酶H识别及降解底物。第三，我们基于结构基础，设计了对颗粒酶H有效并特异的抑制剂。功能实验表明该抑制剂可特异性阻断颗粒酶H的活性，并能通过抑制颗粒酶H而抑制NK细胞介导的细胞凋亡。　　 丝氨酸蛋白酶的平衡调节主要由丝氨酸蛋白酶抑制剂(serpin)来完成。Serpin家族成员通过变构调节机制抑制蛋白酶的活性，在凝血过程、免疫调节等生命过程中发挥重要作用。目前尚未有颗粒酶H失活调控机制的研究。本文发现SerpinB1蛋白可有效结合颗粒酶H，形成SDS无法破坏的共价复合物，从而抑制颗粒酶H的活性。此过程依赖SerpinB1分子中暴露的活性区段RCL。定位于RCL内的Phe343是颗粒酶H的识别、切割位点。分子动力学模拟的结果显示，SerpinB1通过Phe343结合颗粒酶H，被切割后迅速共价交联到颗粒酶H活性口袋处。同时RCL插入核心片层结构，形成新的β折叠完成抑制功能。　　 本文对SerpinB1晶体结构的解析有助于深入分析其结合并抑制颗粒酶H的分子基础。鉴于当NK细胞受活化时，从细胞毒性颗粒内释放的颗粒酶H可造对NK细胞本身的损害，我们推测这一抑制作用可保护NK细胞免受杀伤，维持NK细胞的稳定及平衡。我们对颗粒酶H结构及其酶学特异性、失活机制的研究有助于加深对机体内免疫细胞清除病毒及肿瘤细胞的机制理解，为进一步的功能研究提供理论基础。