科学家们揭示了一种由常见肠道细菌产生的毒素是如何进入结肠细胞的，解决了一个困扰研究人员超过15年的谜团。此次发现不仅解释了毒素如何开始损害结肠，还指向了一种可能的新方法，可以在其影响发展为结直肠癌之前阻止其作用。这项研究由约翰·霍普金斯大学基梅尔癌症中心布隆伯格·基梅尔癌症免疫治疗研究所和约翰·霍普金斯大学医学院的研究人员领导，来自多个机构的团队进行了合作。研究发表在《自然》杂志上，显示出这一名为BFT的毒素是由脆弱拟杆菌产生的，必须首先附着于一种称为claudin-4的宿主蛋白，然后才能伤害结肠细胞。该研究得到了美国国立卫生研究院的部分支持。"我们已经尝试了几次来确定这一受体，所以这是一个激动人心的时刻，" senior author Cynthia Sears博士说，Cynthia Sears是布隆伯格·基梅尔癌症免疫治疗的教授，同时也是约翰·霍普金斯大学的医学教授。"理解细菌毒素的工作方式可以为检测和治疗相关疾病（包括腹泻、结直肠癌和血流感染）开辟新的途径。" 隐藏的受体使肠道毒素进入结肠细胞。团队的发现已经激发了一种有前景的策略以阻止这类毒素。研究人员开发了一种分子诱饵，在动物模型中成功拦截了BFT，防止其损害结肠。脆弱拟杆菌在多达20%的健康人中发现，但某些菌株可以引发结肠炎症并促进肿瘤生长。Sears实验室的早期研究显示BFT通过切割E-cadherin（一种有助于维持结肠保护屏障的蛋白质）造成慢性炎症。该自然医学的早期研究也证明了毒素的活性推动结肠肿瘤形成。但一个主要问题仍未得到解答。BFT似乎并没有直接与E-cadherin结合，这表明另一种分子首先帮助毒素获得其目标。CRISPR筛选揭示缺失的环节。为了识别那个缺失的部分，Maxwell White, Sears实验室的M.D./Ph.D.候选人，领导了一项与哈佛医学院Matthew Waldor实验室合作的全基因组CRISPR筛选工作。研究人员系统性地禁用结肠上皮细胞中的单个基因，以确定哪些基因是毒素发作所必需的。一种蛋白质立刻突出：claudin-4。当去除claudin-4时，BFT无法再附着于细胞，E-cadherin没有受到伤害。"这项测定花了一段时间才能运作并验证这个方法，但当我们能够进行筛选时，claudin-4是一个明确的、令人振奋的顶尖命中，" White说，"那是一个令人兴奋的时刻。" 这一发现令研究人员感到惊讶。Sears表示，许多科学家预期受体会是一个信号蛋白，例如G蛋白偶联受体，但claudin-4属于不同类别的蛋白。对以往研究的回顾也未能发现另一种表现相同方式的毒素。科学家确认毒素的分子目标。为验证这种相互作用，约翰·霍普金斯大学的研究人员与巴萨罗那分子生物学研究所的结构生物学家F. Xavier Gomis-Rüth和Ulrich Eckhard合作。使用生物物理技术，White和巴萨罗那团队展示了BFT与claudin-4在实验室实验中形成了紧密结合的一对一复合物。这提供了毒素在损害结肠细胞之前附着于受体的第一直接物理证据。然后，研究人员通过与哈佛医学院Min Dong实验室的合作在活体系统中测试了他们的发现。与Kang Wang及其同事合作，他们研究了毒素在小鼠模型中的行为。分子诱饵保护小鼠免受肠道毒素的侵害。团队创建了一种可溶的claudin-4版本，作为诱饵，展示毒素通常识别的受体部分。BFT不是附着于结肠细胞，而是附着于诱饵蛋白。该策略成功保护小鼠免受BFT引起的结肠损害。"这个方法可以通过小分子或其他药物不断优化，这些药物有更好的药理特性，" White说。团队现在正在研究哪些类型的疗法可能在阻止毒素方面最为有效。问题仍然存在。尽管研究人员识别了受体并证明它与BFT紧密结合，但一个重要挑战仍然没有解决。他们尚未捕获到确切的实验结构，以显示毒素与claudin-4是如何契合的。目前的人工智能建模工具，包括AlphaFold，无法完全解决这种相互作用。添加