北京
*仅供医学专业人士阅读参考
结直肠癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，而肠道微生物群在其发生发展中的作用日益受到重视。
产毒素型脆弱拟杆菌（ETBF）就是其中研究最为深入的一种，它可在多达20%的健康人肠道中检出，却在结直肠癌患者的肿瘤黏膜中富集程度显著偏高。
ETBF的致癌能力完全依赖其分泌的一种金属蛋白酶，即脆弱拟杆菌毒素（BFT）。BFT能切割肠上皮细胞表面的E-钙黏蛋白胞外域，进而破坏上皮屏障、触发促癌性炎症反应，并促进细胞异常增殖。
然而，BFT究竟与细胞表面哪个受体结合、又如何精准切割E-钙黏蛋白，长达30年来始终是个谜。今天，约翰斯·霍普金斯大学医学院Cynthia L. Sears和哈佛医学院Min Dong领衔的研究团队，在《自然》杂志发表了一篇重要研究论文，终于破解了上述谜题。
他们发现，紧密连接蛋白Claudin-4是BFT的细胞表面受体，BFT与Claudin-4结合后被招募至细胞膜表面，进而得以切割位于膜近端的E-钙黏蛋白。这一发现不仅解开了BFT作用机制的核心谜题，更为开发针对BFT的治疗策略提供了新的靶点。
科学家早在1996年就发现BFT能够导致E-钙黏蛋白的快速切割，到2006年证明了BFT能够结合到某个特定的肠道上皮细胞受体，但是一直不知道这个受体是谁。Sears/Dong团队想通过全基因组CRISPR敲除筛选，找到介导BFT毒性的那个关键膜受体。
经过数轮筛选之后，他们发现Claudin-4（编码基因CLDN4）以压倒性优势被命中，其旁系同源蛋白Claudin-3也位列其中。由于筛选结果中未见任何胞内信号分子，因此否定了既往提出的“BFT需激活宿主细胞蛋白酶才能切割E-钙黏蛋白”的假说。
为了确定Claudin-4和Claudin-3哪个对BFT的毒性至关重要，研究人员利用CRISPR-Cas9开启了基因敲除实验。实验发现，Claudin-4编码基因敲除让细胞对BFT诱导的细胞变圆（毒性表现）和E-钙黏蛋白脱落，均产生约20倍的抵抗力；而Claudin-3编码基因敲除细胞则无显著变化。不过，如果同时敲除Claudin-4和Claudin-3的编码基因，抵抗力进一步提升。这个结果说明，Claudin-4对于BFT的毒性至关重要，而Claudin-3可以在Claudin-4缺失的情况下部分补偿其功能。
随后，研究人员证实，BFT直接且稳定地结合在表达Claudin-4的细胞表面，而在Claudin-4敲除细胞中这种结合消失。免疫共沉淀实验也证实二者可以结合形成复合物，这也说明细胞表面的Claudin-4就是BFT的受体。
由于前面的CRISPR筛选实验没有发现宿主细胞蛋白酶，研究人员就假设BFT与Claudin-4的结合，可能促进BFT直接切割细胞表面定位的E-钙黏蛋白。通过一系列的实验，他们证实了上述假设。即，Claudin-4的结合将BFT招募至细胞表面，以执行BFT的蛋白酶功能。
研究进一步通过Claudin-4各结构域的突变体分析发现，胞外段1（ECS1）中的T45位点对BFT结合尤为关键，单一的T45N突变即可完全消除稳定的BFT结合。他们还利用AlphaFold 3对Claudin-4/BFT/E-钙黏蛋白三元复合物进行结构预测，结果显示BFT被招募至膜表面后，其活性位点恰好对准了E-钙黏蛋白跨膜域近端的切割位点。
在研究的最后，研究人员将BFT与可溶性Claudin-4类似物（CLN4sol）共同注射入小鼠盲肠，发现CLN4sol可显著减少BFT引发的肠上皮细胞脱落和组织水肿，并有效保护E-钙黏蛋白的完整性。
总的来说，这项研究从根本上解答了BFT研究领域长达约三十年的核心问题：毒素如何识别靶细胞并精准切割E-钙黏蛋白。这个研究发现的Claudin-4作为受体这一事实，揭示了一类此前未被描述的微生物蛋白酶调控机制——毒素通过与宿主细胞受体结合被招募至细胞表面，从而获得对膜底物的可及性并触发切割，而非直接作用于底物。这赋予了ETBF对特定靶细胞的精准识别能力，具有重要的细菌致病机制理论价值。
在应用层面，Claudin-4与BFT的结合界面构成了一个高度特异性的药物靶点，研究中CLN4sol在动物模型中的保护效果，提示这类可溶性Claudin-4类似物有望发展为预防ETBF相关腹泻、脓毒症乃至结直肠癌的新型生物制剂。
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参考文献：
[1]. White, M.T., Wang, K., Zhang, H. et al. A pro-carcinogenic bacterial toxin binds claudin-4 to cleave E-cadherin. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10375-0
本文作者丨BioTalker
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