北大魏文胜Cell Res解析艰难梭菌毒素侵染机制

最近，北京大学魏文胜课题组与华南理工大学、美国马里兰大学的研究人员合作，在12月30日的《Cell Research》发表了一项最新研究成果，这项研究首次确定了艰难梭菌关键毒力因子TcdB的细胞受体——CSPG4，并通过TALEN-和CRISPR/Cas9介导的基因敲除，证实了它在人类细胞中的作用，为艰难梭菌感染的治疗提供了一个新的治疗靶点。

　　

生物通报道：2014年4月，北京大学生命科学学院魏文胜课题组开发了一种基于CRISPR/Cas9系统的慢病毒聚焦型人源细胞文库、功能性基因筛选平台以及基于高通量深度测序技术解析数据的完整技术路线，这一重要研究成果发表在著名学术期刊《Nature》杂志。相关新闻：Nature：北大魏文胜开发出新型CRISPR/Cas 9 sgRNA文库

最近，魏文胜课题组又与华南理工大学、美国马里兰大学的研究人员合作，在12月30日的《Cell Research》发表了一项最新研究成果，题为“Chondroitin sulfate proteoglycan 4 functions as the cellular receptor for Clostridium difficile toxin B”，这项研究首次确定了艰难梭菌关键毒力因子TcdB的细胞受体——CSPG4，并通过TALEN-和CRISPR/Cas9介导的基因敲除，证实了它在人类细胞中的作用，为艰难梭菌感染的治疗提供了一个新的治疗靶点。

本文通讯作者魏文胜研究员，1991年毕业于北京大学生物化学专业，1999年毕业于美国密歇根州立大学获遗传学博士学位，1999年至2007年先后为斯坦福大学博士后、助理研究员，2007年至今就职于北京大学生命科学学院。研究领域为真核基因定点修饰及高通量功能基因组学、疾病与感染的分子机制，其研究成果曾经多次发表在Nature、PNAS、Cell、Genes Dev、PLOS ONE、Cell Res等国际著名学术期刊。

艰难梭菌（C. difficile）是一种革兰氏阳性的产芽孢厌氧杆菌，可引起严重致命性的假膜性结肠炎，并构成全球最紧迫的抗生素耐药性威胁。流行性艰难梭菌是全球抗生素相关腹泻的主要原因。艰难梭菌通过产生两大蛋白来引起其毒性作用：肠毒素TcdA和细胞毒素TcdB。TcdA和TcdB都是单链蛋白质，具有相似的基本结构。虽然缺乏这两种毒素的艰难梭菌临床分离株是非致病性的，但是TcdA和TcdB在艰难梭菌感染（CDI）中的个体意义，一直都是有争议的。据证明TcdB是这种细菌分泌的一种关键毒力因子，通过一种知之甚少的机制进入宿主细胞，发挥其致病作用。

TcdA/B的内吞噬摄取是网格蛋白依赖性的，两种毒素通过受体介导的内吞作用进入细胞，在细胞内需要酸化核内体用于易位，并发挥其细胞毒性作用。虽然毒素A受体已经被部分表征，但是关于毒素B受体，除了知道它不同于TcdA受体之外，我们对它的了解还很少。

硫酸软骨素蛋白多糖4（CSPG4），是大鼠NG2 CSPG分子的人类同源物，也被称为高分子量黑素瘤相关的抗原或黑色素瘤GSPG，是经常在人类黑色素细胞中表达的一种表面抗原，参与细胞粘附、侵袭和转移、血管生成、补体抑制和信号转导。CSPG4/NG2与一些蛋白相互作用，CSPG4/NG2的胞浆区结构域参与Rho家族GTP酶Rac和Cdc的活化。与它相互作用的蛋白质，是否也参与CSPG4 对TcdB内吞途径的介导功能，仍有待于确定。

这项研究首次确定了TcdB的细胞受体——CSPG4。CSPG4首先是从一个全基因组人类shRNAmir文库筛选中分离出来的，研究人员通过TALEN-和CRISPR/Cas9介导的基因敲除，证实了它在人类细胞中的作用。CSPG4对于TcdB与细胞表面的结合是十分关键的，从而诱导细胞骨架断裂和细胞死亡。CSPG4 N末端和TcdB C末端之间的直接互动已被证实，CSPG4毒性结合结构域的可溶性肽，可保护细胞免受TcdB的作用。

值得注意的是，在小鼠中，CSPG4/NG2的完全丧失可减少TcdB触发的白介素-8诱导，而不会显著影响动物死亡率。根据体内和体外研究，研究人员提出了TcdB内吞作用的一种双受体模型。

总而言之，第一个TcdB受体的发现，揭示了CSPG4一个以前未知的作用，并为艰难梭菌感染的治疗提供了一个新的治疗靶点。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Chondroitin sulfate proteoglycan 4 functions as the cellular receptor for Clostridium difficile toxin B
Abstract: As a gram-positive, spore-forming anaerobic bacillus, Clostridium difficile (C. difficile) is responsible for severe and fatal pseudomembranous colitis, and poses the most urgent antibiotic resistance threat worldwide. Epidemic C. difficile is the leading cause of antibiotic-associated diarrhoea globally, especially diarrhoea due to the emergence of hypervirulent strains associated with high mortality and morbidity. TcdB, one of the key virulence factors secreted by this bacterium, enters host cells through a poorly understood mechanism to elicit its pathogenic effect. Here we report the first identification of the TcdB cellular receptor, chondroitin sulfate proteoglycan 4 (CSPG4). CSPG4 was initially isolated from a whole-genome human shRNAmir library screening, and its role was confirmed by both TALEN- and CRISPR/Cas9-mediated gene knockout in human cells. CSPG4 is critical for TcdB binding to the cell surface, inducing cytoskeleton disruption and cell death. A direct interaction between the N-terminus of CSPG4 and the C-terminus of TcdB was confirmed, and the soluble peptide of the toxin-binding domain of CSPG4 could protect cells from the action of TcdB. Notably, the complete loss of CSPG4/NG2 decreased TcdB-triggered interleukin-8 induction in mice without significantly affecting animal mortality. Based on both the in vitro and in vivo studies, we propose a dual-receptor model for TcdB endocytosis. The discovery of the first TcdB receptor reveals a previously unsuspected role for CSPG4 and provides a new therapeutic target for the treatment of C. difficile infection.