PNAS：科学家发现梭菌毒素的大门

目前，德国佛莱堡大学实验和临床药理学及毒理学研究所的Klaus Aktories教授和Panagiotis Papatheodorou博士，首次发现了负责将产气荚膜杆菌毒素运入细胞的一个受体。相关研究结果发表在2014年4月15日的《PNAS》杂志。

生物通报道：大的糖基化修饰毒素是不同种类致病梭状芽孢杆菌的主要毒力因子。原型是难辨梭状芽孢杆菌（Clostridium difficile）毒素A和B，可导致抗生素相关的腹泻和伪膜性结肠炎。当前的毒素作用模型表明，结合的重复寡肽（CROP）的C-末端结构域可介导受体的结合。这个模型受到了糖基化的梭菌产气荚膜杆菌（Clostridium perfringens）大细胞毒素（TpeL毒素）的挑战，这种毒素缺乏CROP结构域但仍然能够使细胞中毒。

目前，德国佛莱堡大学实验和临床药理学及毒理学研究所的Klaus Aktories教授和Panagiotis Papatheodorou博士，发现了负责将产气荚膜杆菌毒素运入细胞的受体。TpeL是由引起气性坏疽和食物中毒的病原体C. perfringens生成的毒素。它与梭菌属（Clostridium）的许多其他医院细菌所产生的毒素非常相似。该毒素可结合表面分子并蔓延到人体细胞中，在那里它们会导致细胞的死亡。

Aktories教授指出：“为了阻止毒素进入细胞，很有必要找到作为‘看门人’的受体。但是很长一段时间以来，对这个关键分子的搜寻工作仍然没有取得成功。”现在，佛莱堡大学的研究人员与美国杜塞尔多夫和荷兰的同事合作，首次发现了这类梭菌毒素的一个受体。相关研究结果发表在2014年4月15日的《PNAS》杂志。

梭菌（Clostridia）可在人和动物中引起肠道和伤口疾病，这些疾病往往是致命的。Aktories解释说：“目前，难辨梭状芽孢杆菌感染是医院的一个特别问题。疾病往往会随着抗生素的治疗而出现，通常会导致腹泻，而且还会引起致命的内脏炎症。”毒素强行进入宿主细胞，通过在这些细胞开关上附加一个糖分子，关闭信号分子。一旦这一信号通路已被关闭，细胞就会死亡——感染组织相继死去。

为了找到受体，研究人员应用一种遗传选择程序，一种所谓的筛选，在这种程序中，来自人类癌细胞株细胞中的单个基因被随机关闭。利用这一程序，研究人员发现，当LRP1蛋白的编码基因在细胞表面被关闭时，细胞就对TpeL毒素产生免疫力。LRP1（代表低密度的脂蛋白受体相关蛋白1），通常会吸收作为血液中lipidsfats运输工具的那些蛋白。研究人员指出，LRP1是长期广受欢迎的关键分子：它还能调节毒素TpeL的摄入。

该研究团队还提出了一种新模型，Aktories解释说：“我们的研究结果表明，有两种受体蛋白参与了其他糖携带梭菌毒素的影响。”研究人员可以使用这些结果，开发对抗梭状芽孢杆菌的新药物。Aktories希望，这些发现也将为研究人员提供新的动力，去进一步发现毒素受体。（生物通：王英）

延伸阅读：PLOS ONE惊人发现：血凝块能吸收细菌毒素

生物通推荐原文摘要：
LRP1 is a receptor for Clostridium perfringens TpeL toxin indicating a two-receptor model of clostridial glycosylating toxins
Abstract: Large glycosylating toxins are major virulence factors of various species of pathogenic Clostridia. Prototypes are Clostridium difficile toxins A and B, which cause antibiotics-associated diarrhea and pseudomembranous colitis. The current model of the toxins’ action suggests that receptor binding is mediated by a C-terminal domain of combined repetitive oligopeptides (CROP). This model is challenged by the glycosylating Clostridium perfringens large cytotoxin (TpeL toxin) that is devoid of the CROP domain but still intoxicates cells. Using a haploid genetic screen, we identified LDL receptor-related protein 1 (LRP1) as a host cell receptor for the TpeL toxin. LRP1-deficient cells are not able to take up TpeL and are not intoxicated. Expression of cluster IV of LRP1 is sufficient to rescue toxin uptake in these cells. By plasmon resonance spectroscopy, a KD value of 23 nM was determined for binding of TpeL to LRP1 cluster IV. The C terminus of TpeL (residues 1335–1779) represents the receptor-binding domain (RBD) of the toxin. RBD-like regions are conserved in all other clostridial glycosylating toxins preceding their CROP domain. CROP-deficient C. difficile toxin B is toxic to cells, depending on the RBD-like region (residues 1349–1811) but does not interact with LRP1. Our data indicate the presence of a second, CROP-independent receptor-binding domain in clostridial glycosylating toxins and suggest a two-receptor model for the cellular uptake of clostridial glycosylating toxins.