艰难梭菌毒素A如何进入肠道细胞

艰难梭菌感染已成为严重的,有时是致命的腹泻病的主要原因。它在人们长期接受抗生素治疗的医院和长期护理机构中表现最佳,但在社区中这也是一个日益严重的问题。来自C. diff的大部分损害是由细菌产生的毒素引起的,这会损害肠道内壁。

现在,随着今天在“自然微生物学”上发表的新研究,我们终于知道C. diff的两种主要毒素A和B如何进入肠细胞,这是迈向可能不涉及抗生素治疗的第一步。

“这种疾病纯粹是因为毒素,”在波士顿儿童医院泌尿外科研究细菌毒素的Min Dong博士说。“没有毒素的C.diffileile菌株可以在肠道定植,但它们没有问题。”

筛查遗传脆弱性

2016年,Dong和他的同事揭示了毒素B的入口。利用CRISPR / Cas9基因编辑技术,他们筛选了人类细胞中的所有基因,因为它们在毒素结合和进入细胞中具有潜在作用。当他们突变基因的一个名为Frizzled的受体时,毒素无法进入细胞,肠组织变得不那么敏感。

使用相同的方法,该团队现在已经确定了毒素A的入口。更好的是,他们发现这种毒素的活性可以被已经开发用于各种医学适应症的分子阻断。

毒素A CRISPR / Cas 9筛选领导梁涛博士,宋海田博士,张杰博士,董博士实验室。他们发现毒素A需要许多参与合成某些糖分子的基因才能与细胞结合。这些糖,称为硫酸化聚糖,在细胞表面上非常丰富。病毒,天然生长因子和信号分子经常使用它们进入细胞或与细胞通信。

“当我们看到硫酸化聚糖的潜在作用时,我们向哈佛医学院Sean Whelan博士实验室的病毒学同事刘卓明博士和Lindsey Robinson-McCarthy博士寻求帮助,”该研究的高级研究员董说。“他们熟悉这些聚糖作为各种病毒的附着因子。”

一个方便的入口通道

研究人员共同确定,毒素A使用广泛的硫酸化聚糖与细胞表面结合。但那不是全部。

“仅仅与细胞结合是不够的,”董说。“毒素必须找到一种有效进入细胞的方法。”

它有。屏幕上最受欢迎的是编码低密度脂蛋白受体(LDLR)的基因。该受体经常被贩运,在细胞表面和细胞内部之间来回移动以将脂蛋白带入细胞中。

“毒素A劫持LDLR有效进入细胞,”董解释说。“通过将聚糖的初始识别与LDLR的募集相结合,毒素最大化其在细胞表面上着陆的机会并且可以快速进入细胞。”

从生物学角度讲,肠细胞会为毒素提供方便的欢迎垫。但是,相信通过防止毒素与糖结合,这种生物学可能相对容易受到阻碍。

带诱饵的转移

商业利益已经开始寻求开发硫酸化化合物,其阻止各种分子与硫酸化聚糖受体结合。这些化合物充当诱饵,束缚分子,否则这些分子会与肠道表面的细胞结合。

“这种毒素更倾向于细胞表面的糖类,”董说。“人造糖可以阻止它。”

开发中的一个诱饵是称为GM-1111的糖样分子,其结构类似于抗凝血剂肝素。它最初设计用于抑制炎症状态下的免疫反应,而没有肝素的抗凝血作用,这可能导致出血。其制造商GlycoMira向Dong的实验室提供了GM-1111,该实验室将其重新用于抗毒素A.

在小鼠模型中,GM-1111减少了毒素诱导的液体积聚和结肠组织损伤,这是一个令人鼓舞的迹象。

该实验室的下一个科学问题是如何将毒素A和B共同作用以促进C. diff病。“大多数感染都涉及A和B,”Dong说。“现在我们有办法阻止这两种毒素,我们可以尝试一种组合方法。”