Nature丨Claudin-4为促癌蛋白脆弱拟杆菌毒素的受体|介导|促癌蛋白|免疫性疾病|受体|毒素|细胞系

由约翰霍普金斯大学辛西娅· L ·西尔斯实验室，哈佛医学院波士顿儿童医院董民实验室，哈佛医学院布莱根妇女医院马修· K ·沃尔多实验室以及西班牙国家研究委员会 F. 哈维尔 · 戈米斯 - 鲁特实验室的合作团队在Nature杂志发表了题为A pro-carcinogenic bacterial toxin binds claudin-4 to cleave E-cadherin的文章【1】。该工作鉴定了Claudin-4为重要的促癌蛋白脆弱拟杆菌毒素（ B. fragilis toxin ,BFT）的受体，阻断BFT与Claudin-4相互作用能够抑制BFT对底物E-cadherin的切割，逆转BFT在小鼠体内引起的组织损伤，这为治疗由脆弱拟杆菌所引起的腹泻和结直肠癌提供了新的潜在治疗研究靶点。

越来越多的研究表明，部分肠道微生物参与了结直肠癌的发展【2】。脆弱拟杆菌（ Bacteroides fragilis ）是一种普遍存在于人类结肠中的细菌，根据是否分泌 BFT 可分为无毒脆弱拟杆菌和产肠毒素脆弱拟杆菌（ enterotoxigenic B. fragilis ， ETBF) ，其中其产毒菌株与人类结直肠肿瘤的流行病学相关，且能够驱动易感小鼠的结肠肿瘤发生。产毒脆弱拟杆菌诱导的结肠肿瘤发生依赖于一种约 21 kDa 的金属蛋白酶 ——脆弱拟杆菌毒素（BFT），该毒素会破坏结肠上皮屏障并触发促癌的黏膜 Th17 免疫反应【3】。 BFT 对结肠上皮细胞的毒性特征是毒素与一种未知的细胞表面受体结合，并迅速切割 E- Cadherin 胞外结构域，随后激活 Wnt /β-catenin 和 NF- κB 信号通路并促进细胞增殖【4】。 BFT 与哺乳动物 a- disintegrin -and-metalloproteinase enzymes （ ADAMs ）具有显著的同源性，然而 ADAMs 能够直接切割 E- Cadherin 并释放约 80 kDa 的可溶性片段， BFT 却不能直接切割重组纯化的 E-cadherin ，这暗示 BFT 对 E-Cadherin 的切割依赖于某些上皮细胞组分。这一观察以及毒素与上皮细胞的结合依赖于尚未鉴定受体的实验结果，共同提示 BFT 的毒性效应可能依赖于与宿主之间的多步相互作用。然而，该模型的具体分子机制仍有待进一步阐明。由于 ETBF 可在高达 20% 的健康个体中检测到，并且与结直肠肿瘤密切相关，更详细地了解 BFT 毒性的初始分子事件对于制定预防和治疗 ETBF 相关疾病的策略至关重要。

为了寻找介导 BFT 毒害上皮细胞的宿主因素，作者以BFT孵育后细胞表面的E-Cadherin切割水平作为读值进行了全基因组CRISPR敲除(KO)筛选。两轮筛选显示，紧密连接蛋白 C laudin-4 是最显著的结果，也包括最接近的同源蛋白 C laudin-3 。随后，作者在多种细胞系中分别敲除 Claudin-3 （ C3-KO ）和 Claudin-4 (C4-KO) 对筛选结果进行验证。结果显示，单独敲除 Claudin-4 而非 Claudin-3 使细胞系对 BFT 介导的 E-Cadherin 切割和上皮屏障破坏具有抵抗性，而 Claudin-3 和 Claudin-4 双敲除能够进一步增强对 BFT 的抵抗。因此，claudin-4对于BFT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。

图一 Claudin-4 介导 BFT 对 E-cadherin 的切割

为了验证 Claudin-4 是否为 BFT 的受体，作者检测了 Claudin-3 ， Claudin-4 是否介导 BFT 的宿主细胞结合。 Claudin-4 而非 Claudin-3 敲除完全阻断了 BFT 与宿主细胞的结合，而在 Claudin-4 敲除细胞系或不表达 Claudin-4 的细胞系中过表达 Claudin-4 则可重建 BFT 的细胞表面结合。这些结果有力地支持了 C laudin-4 是 BFT 受体的结论。

Claudin-4 是四次跨膜蛋白，其 N 端和 C 端位于胞质侧，并具有两个胞外结构域 ECS1 和 ECS2 。通过表达不同的嵌合突变，作者发现 Claudin-4 的 ECS1 对于介导 E-cadherin 的切割至关重要，将这一结构域替换为 Claudin-3 的 ECS1 会显著抑制 BFT 对 E-cadherin 的切割。此外， ECS2 的替换仅表现出较小程度的抑制。鉴于 C laudin-4 的 ECS1 序列与 C laudin-3 仅有三个氨基酸差异（ T33S 、 V41I 和 T45N ），作者进一步生成了包含这三处点突变的 C laudin-4 。 T45N 的单氨基酸突变完全消除了 BFT 与宿主细胞的结合，并将 BFT 介导的 E-cadherin 切割降低到与表达 Claudin-3 水平相当的程度。这些数据支持 ECS1 和 ECS2 序列均参与 BFT 结合和 E-cadherin 切割，其中 ECS1 中的 T45 残基发挥着尤为关键的作用。 ECS2 序列的作用可能取决于 claudin 可及性的调节。

最后，作者利用小鼠模型证实了可溶性 Claudin-4 能够在体内有效阻止 BFT 所引起的结肠上皮细胞脱落以及水肿，并逆转 BFT 所引起的结肠上皮中 E-Cadherin 缺失。

这一工作发现和证明了 claudin-4 是 BFT 的受体，它能够促进质膜上 E- 钙黏蛋白的裂解，这是 BFT 毒性的起始事件，最终导致结肠上皮屏障破坏、炎症和肿瘤发生。关于 BFT 的作用机制仍存在诸多疑问，例如 BFT 如何绕过紧密连接从而作用于基底测的 E-cadherin ，以及除了 Claudin-4 外，是否还有其他宿主细胞分子作为 BFT 受体或辅助受体的可能性。 BFT 在乳腺癌细胞中激活了 Notch 信号通路，这表明 BFT 与 ADAM10 类似，可能会切割其他细胞表面蛋白，而这些蛋白在毒性和肿瘤发生中的作用尚未被发现。

发现BFT的受体不仅阐明了BFT的作用机制，也验证了通过阻断claudin结合来减轻BFT的有害效应，为抗BFT治疗提供新的靶点和策略，有助于结直肠癌的预防以及急性ETBF感染的治疗方法的开发。

约翰霍普金斯大学的麦克斯韦 · T · 怀特博士和哈佛医学院波士顿儿童医院的王康博士为该文章的共同第一作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10375-0

制版人：十一

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[J].Nature, 2026: 1-9.

2.White M T, Sears C L. The microbial landscape of colorectal cancer[J].Nature Reviews Microbiology, 2024, 22(4): 240-254.

3.Chung L, Orberg E T, Geis A L, et al. Bacteroides fragilis toxin coordinates a pro-carcinogenic inflammatory cascade via targeting of colonic epithelial cells[J].Cell host & microbe, 2018, 23(2): 203-214. e5.

4. Wu S, Shin J, Zhang G, et al. The Bacteroides fragilis toxin binds to a specific intestinal epithelial cell receptor[J].Infection and immunity, 2006, 74(9): 5382-5390.

学术合作组织

（*排名不分先后）