文献解析|TMPRSS2作为索氏梭菌出血毒素TcsH的肠上皮受体研究

引言

索氏梭菌（Paeniclostridium sordellii）是一种能够引发严重疾病的革兰氏阳性细菌，其产生的毒素中，出血毒素TcsH尤为引人关注。尽管TcsH属于大梭菌毒素（LCT）家族，但其细胞受体长期未被明确，这极大地阻碍了对其作用机制和致病机理的深入研究。近期，西湖大学生命科学学院的陶亮课题组在Nature Communications上发表了一项重要研究成果，揭示了TMPRSS2作为TcsH的肠上皮受体，填补了这一领域的空白。本文将对该研究进行详细解析，探讨TMPRSS2如何介导索氏梭菌出血毒素TcsH的宿主入侵。

一、研究背景

索氏梭菌是一种产芽孢的革兰氏阳性细菌，常见于环境中，并有一定几率定植在人体肠道和女性生殖道中。虽然索氏梭菌引发的急性感染病例总数不多，但其致死率极高，尤其在女性分娩或流产过程中，致死率接近100%。索氏梭菌的毒力因子主要包括致死毒素TcsL和出血毒素TcsH，这两种毒素均属于大梭菌毒素（LCT）家族。

TcsH作为LCT家族中的重要成员，其细胞受体一直未被阐明。这导致了对TcsH的作用机理和发病机制的研究进展缓慢。为了揭示TcsH的致病机制，陶亮课题组开展了深入的研究，并最终发现了TMPRSS2作为TcsH的肠上皮受体。

二、研究方法

在研究过程中，陶亮课题组面临了诸多挑战。首先，由于TcsH在多数常见细胞株上表现出的毒性较弱，筛选合适的与毒素互作的靶向细胞成为了一大难点。为了解决这一问题，研究团队测试了大量的不同组织来源的细胞系，最终发现人结肠癌细胞系HT-29和人结直肠癌细胞系Caco-2对TcsH高度敏感，因此选用了HT-29细胞作为研究TcsH的模式细胞。

为了确定与TcsH互作的宿主基因，研究团队在HT-29细胞上构建了敲除文库，并通过TcsH压力筛选，发现了一系列与TcsH作用相关的靶向基因，包括跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）及岩藻糖基化修饰相关基因GMDS、SLC35C1、FUT4。

随后，研究团队通过构建基因突变和回补细胞，验证了这些基因对TcsH的细胞侵入的重要作用。同时，还通过生化实验和细胞学实验，进一步探究了TMPRSS2和岩藻糖基化修饰在TcsH细胞识别中的作用机制。

三、研究结果

1. TMPRSS2作为TcsH的肠上皮受体

研究结果显示，TMPRSS2能够特异性地与TcsH进行结合，亲和力高达0.13 nM。这表明TMPRSS2作为直接的蛋白受体，协助毒素TcsH入侵靶向细胞。值得注意的是，TMPRSS2的丝氨酸蛋白酶活性与其介导TcsH入侵完全无关，这与其在病毒入侵中的“助攻”作用模式不同。

2. TMPRSS2和岩藻糖基化修饰的竞争性参与

研究发现，岩藻糖基化修饰广泛存在于许多细胞表面，并与TcsH在细胞表面的结合密切相关。通过进一步的生化和细胞学实验，研究团队证明了TMPRSS2和岩藻糖基化的作用是相互独立的，两者可竞争性地参与TcsH的细胞识别。

3. TMPRSS2在生理和病理学上的意义

为了探究TMPRSS2在生理和病理学上的意义，研究团队利用了一种Tmprss2全敲除的小鼠模型。结果显示，野生型和杂合型小鼠对TcsH的耐受性显著低于纯合型小鼠。此外，在肠道结扎模型中，TcsH处理后Tmprss2敲除小鼠的结肠上皮损伤明显小于野生型小鼠。这进一步证实了TMPRSS2在TcsH致病机制中的重要作用。

四、研究结果讨论

1. TMPRSS2的双重角色

TMPRSS2作为一种跨膜丝氨酸蛋白酶，在多种病毒的细胞入侵中发挥着重要作用。然而，本研究发现TMPRSS2在介导TcsH入侵时，其丝氨酸蛋白酶活性并不起作用。这表明TMPRSS2在不同的生物过程中可能具有不同的功能和作用机制。

2. 岩藻糖基化修饰的参与

岩藻糖基化修饰作为一种重要的细胞表面修饰方式，在多种生物过程中发挥着关键作用。本研究发现岩藻糖基化修饰与TcsH在细胞表面的结合密切相关，并可与TMPRSS2竞争性地参与TcsH的细胞识别。这进一步揭示了TcsH与宿主细胞相互作用的复杂性。

3. TMPRSS2作为潜在的治疗靶点

由于TMPRSS2在TcsH致病机制中的重要作用，它可能成为治疗索氏梭菌感染和相关疾病的重要靶点。通过抑制TMPRSS2的功能或干扰其与TcsH的结合，可能有效地阻断TcsH的致病作用，从而为索氏梭菌感染的治疗提供新的思路和方法。

五、研究展望

本研究揭示了TMPRSS2作为索氏梭菌出血毒素TcsH的肠上皮受体的新机制，为深入理解TcsH的致病机理提供了重要线索。然而，仍有许多问题有待进一步探究。例如，TMPRSS2如何特异性地识别并结合TcsH？岩藻糖基化修饰在TcsH与宿主细胞相互作用中的具体作用机制是什么？如何有效地利用TMPRSS2作为治疗靶点来开发新的药物或治疗方法？这些问题将是未来研究的重要方向。

此外，本研究还提示我们，在探索微生物与宿主细胞的相互作用时，需要综合考虑多种因素的影响。通过多学科交叉合作和深入探究生物过程的复杂性，我们才能更全面地理解微生物的致病机制，并为相关疾病的治疗提供新的思路和方法。

六、结语

本研究由西湖大学生命科学学院的陶亮课题组完成，是一项具有重要意义的研究成果。它不仅揭示了TMPRSS2作为索氏梭菌出血毒素TcsH的肠上皮受体的新机制，还为索氏梭菌感染和相关疾病的治疗提供了新的思路和方法。相信在未来的研究中，我们能够更深入地理解微生物与宿主细胞的相互作用机制，并为人类健康事业做出更大的贡献。