Nature:重磅!揭示艱難梭菌毒素B入侵人細胞機制

2020-12-03 生物谷

2016年10月5日/

生物谷

BIOON/--在一項新的研究中，來自美國哈佛醫學院、波士頓兒童醫院和麻薩諸塞大學醫學院等機構的研究人員鑑定出抵抗新興的威脅生命的胃腸道艱難梭菌（Clostridium difficile）感染的一個關鍵靶標。這項由來自波士頓兒童醫院的Min Dong博士和Liang Tao博士領導的研究揭示出這種

細菌

的最為強效的毒素如何進入細胞，這是開發抵抗它的療法的第一步。相關研究結果於2016年9月28日在線發表在

Nature

期刊上，論文標題為「Frizzled proteins are colonic epithelial receptors for C. difficile toxin B」。

艱難梭菌導致嚴重腹瀉和腸道炎症。它很難被根除，已成為因胃腸道疾病而死亡的一個主要原因。艱難梭菌排在美國疾病控制與預防中心（CDC）列出的緊急耐藥威脅（urgent drug-resistant threats）清單的首位，單單在美國一年便導致50萬人感染。在大多數情形下，這種感染對醫院、長期護理機構和長期接受

抗生素

治療的病人而言是一種威脅。

Dong解釋道，「

抗生素

清除正常的腸道

細菌

，為艱難梭菌在結腸中定植和生長提供空間。」

Dong、Tao與來自麻薩諸塞大學醫學院的研究人員一起發現一種關鍵的艱難梭菌毒素通過一種被稱作Frizzled的 受體進入細胞中---令人諷刺的是，已知這種受體也是協助維持結腸健康的信號的進入口。

鑑定Frizzled受體

艱難梭菌產生多種毒素，最為人所知的是毒素A和毒素B。Dong著重關注毒素B，其中毒素B已被證實即便在毒素A不存在時也能夠獨自導致疾病。

Dong說，「我們已知道這些毒素靶向和破壞結腸上皮細胞，而且它們可能劫持一種細胞表面蛋白作為它的受體。然而，毒素B的特異性受體一直是個謎。」

Frizzled受體是通過一種新的方法而被鑑定出的。作為Dong實驗室的一名博士後研究員，Tao與來自麻薩諸塞大學醫學院Abraham Brass博士實驗室的研究員Paul Meraner博士合作開展研究。他們首先利用新開發的CRISPR/Cas9基因編輯技術開展全基因組篩選，讓體外培養的人細胞中的基因發生突變。

Brass說，「Cas9技術起源自細菌，因此利用Cas9了解醫院中最壞

細菌

之一是令人欣慰的。作為胃腸科醫生，我已觀察到太多的由艱難梭菌導致的困難，因而期待我們戰勝它的那一天。」

如今，Tao和Meraner擁有細胞培養板，每個細胞攜帶一種讓一個不同的基因失去功能的突變。Tao說，「我們然後將毒素B加入到這些培養板中，尋找具有抵抗性的細胞。」

大多數細胞都被這種毒素殺死，不過並不是所有的細胞都被殺死。在四輪篩選後，研究人員獲得未受到損傷的細胞群體。他們推論這些細胞攜帶保護它們免受這種毒素傷害的突變。但是突變發生在哪個基因上呢？

Tao說，研究人員利用下一代測序技術揭示出這些存活下來的細胞發生多種突變，「有一種突變就發生在一種被稱作Frizzled的受體上」。

在此之後，Tao首先證實毒素B利用Frizzled作為它的受體入侵體外培養的人細胞。接下來，通過與來自波士頓兒童醫院內分泌學系的Ji Miao博士和David Breault博士合作，Tao利用結腸

幹細胞

構建「類器官（organoid）」---微型的三維腸道組織培養物。當編碼Frizzled受體的基因被剔除時，這種類器官就對這種毒素產生抵抗性；那些保留Frizzled基因的類器官遭受到明顯的損傷。

最後，Tao與Dong實驗室高級研究員Jie Zhang博士合作在小鼠體內開展研究，也取得類似的結果。

潛在的艱難梭菌治療策略

有趣的是，Frizzled也是通過一種眾所周知的Wnt通路在修復和維持結腸組織中發揮至關重要作用的「好」信號的受體。

Dong解釋道，「結腸中的

幹細胞

依賴於Wnt信號讓它們發揮功能和產生新的細胞。毒素B和Wnt信號競爭結合到Frizzled受體上，這提示著毒素B直接抑制細胞中的Wnt信號。」

為了證實這一點，Tap、Dong和波士頓兒童醫院Wnt專家Xinjun Zhang博士、Xi He博士一起證實毒素B強烈地抑制Wnt信號。

Dong說，「這一發現提示著毒素B對結腸

幹細胞

是特別有害的。在抵抗這些毒素時，恢復Wnt活性和維持

幹細胞

健康將是非常重要的。」

Tao和Jie Zhang鑑定出一種保護結腸的潛在策略：他們發現一種重組的Frizzled蛋白片段能夠被用來「攝取」毒素B。另一種潛在的方法是直接激活Wnt信號。

癌症治療？

已知Wnt信號通路也在癌細胞中發揮著重要作用。製藥公司正在試圖開發阻斷Frizzled受體的抗體。Dong和同事們猜測艱難梭菌毒素B的一個片段---該片段毒性並不是那麼強---可能也是研究Wnt信號通路的一種研究工具和/或甚至可能是一種癌症療法。（生物谷 Bioon.com）

本文系生物谷原創編譯整理，歡迎轉載！點擊 獲取授權 。更多資訊請下載生物谷APP。Frizzled proteins are colonic epithelial receptors for C. difficile toxin B

Liang Tao, Jie Zhang, Paul Meraner, Alessio Tovaglieri, Xiaoqian Wu, Ralf Gerhard, Xinjun Zhang, William B. Stallcup, Ji Miao, Xi He, Julian G. Hurdle, David T. Breault, Abraham L. Brass & Min Dong

doi:

10.1038/nature19799

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