Nature：重磅！揭示艰难梭菌毒素B入侵人细胞机制

在一项新的研究中，来自美国哈佛医学院、波士顿儿童医院和马萨诸塞大学医学院等机构的研究人员鉴定出抵抗新兴的威胁生命的胃肠道艰难梭菌（Clostridium difficile）感染的一个关键靶标。这项由来自波士顿儿童医院的Min Dong博士和Liang Tao博士领导的研究揭示出这种细菌的最为强效的毒素如何进入细胞，这是开发抵抗它的疗法的第一步。相关研究结果于2016年9月28日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Frizzled proteins are colonic epithelial receptors for C. difficile toxin B”。

艰难梭菌导致严重腹泻和肠道炎症。它很难被根除，已成为因胃肠道疾病而死亡的一个主要原因。艰难梭菌排在美国疾病控制与预防中心（CDC）列出的紧急耐药威胁（urgent drug-resistant threats）清单的首位，单单在美国一年便导致50万人感染。在大多数情形下，这种感染对医院、长期护理机构和长期接受抗生素治疗的病人而言是一种威胁。

Dong解释道，“抗生素清除正常的肠道细菌，为艰难梭菌在结肠中定植和生长提供空间。”

Dong、Tao与来自马萨诸塞大学医学院的研究人员一起发现一种关键的艰难梭菌毒素通过一种被称作Frizzled的 受体进入细胞中---令人讽刺的是，已知这种受体也是协助维持结肠健康的信号的进入口。

鉴定Frizzled受体

艰难梭菌产生多种毒素，最为人所知的是毒素A和毒素B。Dong着重关注毒素B，其中毒素B已被证实即便在毒素A不存在时也能够独自导致疾病。

Dong说，“我们已知道这些毒素靶向和破坏结肠上皮细胞，而且它们可能劫持一种细胞表面蛋白作为它的受体。然而，毒素B的特异性受体一直是个谜。”

Frizzled受体是通过一种新的方法而被鉴定出的。作为Dong实验室的一名博士后研究员，Tao与来自马萨诸塞大学医学院Abraham Brass博士实验室的研究员Paul Meraner博士合作开展研究。他们首先利用新开发的CRISPR/Cas9基因编辑技术开展全基因组筛选，让体外培养的人细胞中的基因发生突变。

Brass说，“Cas9技术起源自细菌，因此利用Cas9了解医院中最坏细菌之一是令人欣慰的。作为胃肠科医生，我已观察到太多的由艰难梭菌导致的困难，因而期待我们战胜它的那一天。”

如今，Tao和Meraner拥有细胞培养板，每个细胞携带一种让一个不同的基因失去功能的突变。Tao说，“我们然后将毒素B加入到这些培养板中，寻找具有抵抗性的细胞。”

大多数细胞都被这种毒素杀死，不过并不是所有的细胞都被杀死。在四轮筛选后，研究人员获得未受到损伤的细胞群体。他们推论这些细胞携带保护它们免受这种毒素伤害的突变。但是突变发生在哪个基因上呢？

Tao说，研究人员利用下一代测序技术揭示出这些存活下来的细胞发生多种突变，“有一种突变就发生在一种被称作Frizzled的受体上”。

在此之后，Tao首先证实毒素B利用Frizzled作为它的受体入侵体外培养的人细胞。接下来，通过与来自波士顿儿童医院内分泌学系的Ji Miao博士和David Breault博士合作，Tao利用结肠干细胞构建“类器官（organoid）”---微型的三维肠道组织培养物。当编码Frizzled受体的基因被剔除时，这种类器官就对这种毒素产生抵抗性；那些保留Frizzled基因的类器官遭受到明显的损伤。

最后，Tao与Dong实验室高级研究员Jie Zhang博士合作在小鼠体内开展研究，也取得类似的结果。

潜在的艰难梭菌治疗策略

有趣的是，Frizzled也是通过一种众所周知的Wnt通路在修复和维持结肠组织中发挥至关重要作用的“好”信号的受体。

Dong解释道，“结肠中的干细胞依赖于Wnt信号让它们发挥功能和产生新的细胞。毒素B和Wnt信号竞争结合到Frizzled受体上，这提示着毒素B直接抑制细胞中的Wnt信号。”

为了证实这一点，Tap、Dong和波士顿儿童医院Wnt专家Xinjun Zhang博士、Xi He博士一起证实毒素B强烈地抑制Wnt信号。

Dong说，“这一发现提示着毒素B对结肠干细胞是特别有害的。在抵抗这些毒素时，恢复Wnt活性和维持干细胞健康将是非常重要的。”

Tao和Jie Zhang鉴定出一种保护结肠的潜在策略：他们发现一种重组的Frizzled蛋白片段能够被用来“摄取”毒素B。另一种潜在的方法是直接激活Wnt信号。

癌症治疗？

已知Wnt信号通路也在癌细胞中发挥着重要作用。制药公司正在试图开发阻断Frizzled受体的抗体。Dong和同事们猜测艰难梭菌毒素B的一个片段---该片段毒性并不是那么强---可能也是研究Wnt信号通路的一种研究工具和/或甚至可能是一种癌症疗法。