自2009年一项里程碑式研究以来，研究人员已知一种常见肠道细菌脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）通过分泌毒素损伤结肠内壁，可驱动结肠肿瘤形成并潜在导致结直肠癌。但该毒素入侵细胞的确切机制始终是个谜团。
由约翰霍普金斯金梅尔癌症中心布隆伯格-金梅尔癌症免疫治疗研究所和约翰霍普金斯大学医学院研究人员领导的多机构团队现已找到关键环节。这项4月22日发表在《自然》杂志的研究揭示，脆弱拟杆菌毒素BFT必须首先结合宿主受体紧密连接蛋白4（claudin-4）才能造成损伤。研究部分获得美国国立卫生研究院资助。
"我们多年来多次尝试鉴定该受体，这次发现令人振奋，"资深作者塞尔斯医学博士表示。她是布隆伯格-金梅尔癌症免疫治疗教授兼约翰霍普金斯大学医学院教授。"理解细菌毒素的作用机制，可为相关疾病（包括腹泻、结直肠癌和血流感染）的检测与治疗开辟新途径。"
事实上，该发现已促成一种分子诱饵的研发——在动物模型中成功阻断了毒素作用，为预防脆弱拟杆菌对结肠的损伤提供了潜在策略。
脆弱拟杆菌可在高达20%的健康人体内检出，具有强力诱导结肠炎症和肿瘤形成的能力。塞尔斯实验室早前研究表明，BFT通过切割E-钙粘蛋白（维持结肠保护屏障的关键蛋白）引发肠道慢性炎症。在早期《自然医学》研究中，塞尔斯及其同事证实BFT作用会导致结肠肿瘤形成，但BFT似乎并未直接附着于E-钙粘蛋白，暗示存在其他隐秘机制。
鉴定该机制始于塞尔斯实验室医学博士双学位候选人马克斯韦尔·怀特领导的全基因组CRISPR筛选，他与哈佛医学院马修·瓦尔多实验室合作。通过系统敲除结肠上皮细胞基因，怀特和瓦尔多实验室同事确定紧密连接蛋白4是关键连接点。当怀特敲除紧密连接蛋白4后，BFT毒素无法结合细胞，E-钙粘蛋白靶点得以完好保留。
"验证实验方法耗费较长时间，但一旦完成筛选，紧密连接蛋白4无疑是明确的首要发现，"怀特表示，"这是令人振奋的时刻。"
塞尔斯补充道，受体身份令人意外，因为包括她在内，学界长期预期受体应为G蛋白偶联受体等信号蛋白，而紧密连接蛋白4并非此类。文献回顾显示，尚未发现其他毒素以这种方式运作——多数蛋白酶直接作用于靶点而非先结合独立受体。
为确认毒素与受体的物理结合，约翰霍普金斯团队与巴塞罗那分子生物学研究所结构生物学家F.哈维尔·戈米斯-鲁思和乌尔里希·埃克哈德合作。通过生物物理分析，怀特和巴塞罗那团队在试管中证实BFT与紧密连接蛋白4形成紧密的一对一复合物，首次提供了结合相互作用的物理证据。
研究随后通过与哈佛医学院董敏实验室合作，从试管转入活体系统。怀特与董敏实验室的王康等同事利用小鼠模型，评估毒素在复杂肠道环境中的行为。
研究人员通过创建可溶性紧密连接蛋白4诱饵（展示紧密连接蛋白4序列的可溶性蛋白），试图阻止毒素结合结肠细胞。实验表明，BFT确实结合了诱饵而非受体，该诱饵策略成功保护小鼠免受BFT诱导的损伤。
"这种方法可通过具有更佳药理特性的小分子或其他生物制剂进一步优化，"怀特表示。团队目前正探索哪些分子策略最有效阻断毒素。
研究人员指出，谜题尚存一环：尽管团队已鉴定受体并证实结合，BFT与紧密连接蛋白4相互作用的精确实验结构仍未捕获。当前AI建模工具（如AlphaFold）未能完全解析该相互作用。
论文其他作者包括约翰霍普金斯大学的杰森·陈、吴绍光、艾比·L·盖斯和杰西卡·奎因，以及哈佛医学院的张海龙、卡西克·胡拉哈利和张杰。
研究获得布隆伯格-金梅尔癌症免疫治疗研究所、强生研发公司、英国癌症研究基金会、美国国立卫生研究院（资助编号R01 AI042347、R01 NS080833、R01 NS117626、R01 AI170835和R01 AI189789）以及霍华德·休斯医学研究所支持。
塞尔斯通过为UpToDate撰写和审阅内容获得版税。此安排由约翰霍普金斯大学根据其利益冲突政策进行管理。
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