緊密連接蛋白Claudin-2研究進展

馮燕海 綜述，王鳳君 審校

(陸軍軍醫大學西南醫院全軍燒傷研究所/創傷、燒傷與復合傷國家重點實驗室，重慶 400038)

緊密連接蛋白Claudin-2是構成細胞間緊密連接的重要蛋白分子，在維持細胞極性和緊密連接的屏障功能方面具有重要作用。Claudin-2在細胞旁路孔通道形成、陽離子通透、離子大小選擇性及水分轉運方面均有重要作用，并參與多種疾病如腫瘤、炎癥、細菌或病毒感染等的發生與發展。本文對Claudin-2的相關研究進展進行綜述，以便對Claudin-2有一較全面的了解。

1 Claudin-2概述

緊密連接是細胞間連接的一種常見形式，廣泛存在于上皮、內皮和間皮細胞，在維持上皮細胞極性及屏障功能中具有重要作用。在眾多的緊密連接相關蛋白中，最重要的跨膜蛋白是Claudin蛋白家族。人類Claudin蛋白家族至少有24個成員，均包含4個跨膜區域和2條細胞外鏈，2條細胞外鏈中均包含有帶不同電荷的氨基酸殘基和2個細胞內尾巴[1]。第1條細胞外鏈由大約50個氨基酸組成，是細胞旁路孔道形成的主要結構基礎，對跨細胞電阻和細胞旁路的電荷選擇性均具有重要作用[2]；第2條細胞外鏈有大約25個氨基酸，主要具有支持功能，有助于緊密連接束的形成，使細胞旁路的裂縫更加緊密[3]。不同的Claudin家族成員在細胞旁路通透性的調控中有著不同的功能，如Claudin-2、-7、-10、-15、-16被稱作是孔道形成蛋白，而Claudin-1、-4、-5、-8、-11、-14、-19則在腸黏膜屏障中表現出封閉作用，可降低細胞旁路通透性[4]。因此，Claudin-2在孔道形成等方面發揮重要作用，進而調節腸屏障功能。

2 Claudin-2的生物學作用

2.1Claudin-2與細胞旁路孔通道陽離子選擇性的關系 Claudin家族蛋白細胞外鏈的帶電殘基決定了孔道的電荷選擇性[5]，并且2條細胞外鏈間的相互作用是離子通透性和跨上皮電阻(TER)形成的分子基礎[4]；在不同細胞中，孔道密度隨著Claudin-2的高表達而增加[6]。因此，Claudin-2是孔道形成的必要蛋白。在犬腎傳代細胞(madin darby canine kidney，MDCK)Ⅱ細胞中，Claudin-2缺失可導致其對Na+通透性降低[7]，且在無內源性Claudin-2表達的MDCK Ⅰ細胞敲入外源性Claudin-2可使其對Na+和K+通透性增加，但不改變其對Cl-和大分子物質如甘露醇及4×103葡聚糖的通透性[8]。有研究表明，Claudin-2蛋白細胞外鏈第65位天冬氨酸所帶負電荷及第67位的絡氨酸殘基可通過陽離子-π相互作用(Cation-π interaction)或腸腔空間效應(Luminal steric effect)賦予其陽離子通透性的特點[9-10]。因此，Claudin-2以其特殊的氨基酸組成為基礎，成為了細胞旁路孔道對Na+等陽離子通透的主要決定因素。除Na+外，Claudin-2形成的孔道對其他單價陽離子如K+、Rb+、Li+和Cs+等也存在通透性，其通透性大小依次為K+>Rb+>Na+>Li+>Cs+[9]。

2.2Claudin-2與水轉運 用環孢霉素A處理人腎小管上皮細胞后，Claudin-2 mRNA表達及細胞旁路水轉運均明顯降低[11]；敲除Claudin-2基因后，小鼠表現出喝水行為增加、近端腎小管液體重吸收量降低、尿量增加及尿液滲透壓降低[12]。這些研究提示，Claudin-2確實可增加上皮細胞對水的通透性，該效應可能與Claudin-2對Na+通透所引起的細胞內外滲透壓梯度有關。

2.3Claudin-2與TER 有學者發現，小鼠CMT93-Ⅰ與CMT93-Ⅱ均可表達Claudin-4、-6、-7、-12，但CMT93-Ⅱ細胞株的TER僅為CMT93-Ⅰ細胞株的1/7[13]，究其原因可能是Claudin-2蛋白只表達于CMT93-Ⅱ細胞，而不表達于CMT93-Ⅰ細胞。同樣，高TER的MDCKⅠ細胞與低TER的MDCKⅡ細胞間的區別在于MDCKⅡ細胞有Claudin-2表達，而MDCKⅠ細胞不表達Claudin-2[8]。因此，Claudin-2被認為可降低細胞TER。此外，多種因子可通過影響Claudin-2的表達來調控細胞TER，如饑餓誘導的Caco-2腸上皮細胞自噬可通過降解Claudin-2而引起TER明顯增加，從而保護腸上皮屏障功能[14]。但是，Claudin-2降低細胞TER的分子機制仍有待闡明。

3 Claudin-2與疾病

3.1Claduin-2與腫瘤 目前的研究發現，在胃癌、結直腸癌和乳腺癌等均有Claudins蛋白的異常表達，且Claudin-2在不同癌細胞的表達量也不同，在肝細胞癌、結直腸腺癌的肝轉移及胰腺癌，Claudin-2表達降低[15]；而在纖維板樣肝細胞癌、結直腸癌、胃癌、乳腺癌肝轉移等，Claudin-2表達則明顯增加[16]。(1)Claudin-2與消化道腫瘤：有研究表明，在胃癌中可檢測到Claudin-2的高表達[17]，而幽門螺桿菌的CagA可通過Cdx2，在轉錄和翻譯水平均增加Claudin-2表達，進而破壞緊密連接和誘導胃上皮細胞的去分化，導致幽門螺桿菌相關胃癌的發生[18]。與正常組織相比，Claudin-2 mRNA水平在結直腸癌組織中明顯上調并與腫瘤進展有關，這可能是結直腸癌微環境通過激活表皮生長因子受體(EGFR)或者偶對蛋白(Symplekin)通過與ZO-1相關核酸結合蛋白的相互作用，增加Claudin-2的蛋白表達，從而促進腫瘤細胞生長[19-20]。因此，Claudin-2在消化道腫瘤的發生、發展中具有重要作用，可能是新的治療靶點。(2) Claudin-2與乳腺癌：與正常組織相比，原發性乳腺癌的Claudin-2表達降低，但在乳腺癌肝轉移中，Claudin-2表達卻明顯增加[21-23]；肝轉移時Claudin-2表達增加，一方面通過增強α2β1-和 α5β1-整合素復合物表達，利于乳腺癌細胞與細胞外基質如纖連蛋白或Ⅳ型膠原黏附，進而促進乳腺癌肝轉移[24]；另一方面，通過其第一條細胞外鏈形成Claudin-2-Claudin-2同源復合物，介導乳腺癌細胞與肝細胞間黏附進而促進乳腺癌細胞的肝轉移[25]。由此可見，Claudin-2是乳腺癌肝轉移的重要調節子，在乳腺癌肝轉移的發生中具有重要作用。因此，有學者認為可將Claudin-2作為乳腺癌肝轉移的生物標記物[23]。(3)Claudin-2與肺癌：據報道，Claudin-2在不同類型肺癌的表達不盡相同，如在鱗癌、腺癌和良性腫瘤有Claudin-2表達[26]，但有學者在小細胞肺癌中卻未檢測到Claudin-2表達。對A549細胞的研究發現，Claudin-2表達呈時間依賴性增加，其可能機制是基質金屬蛋白酶分泌EGF后，激活EGFR/MEK/ERK/c-Fos信號通路，引起c-Fos入核與Claudin-2 基因啟動子的AP-1位點結合，增強其轉錄活性[27]。

3.2Claduin-2與腸道炎癥 有研究發現，在腸道炎癥發生時Claudin-2表達明顯增加[28]。炎癥性腸病(IBD)時Claudin-2表達增加可能與炎癥局部組織細胞因子增加有關，如潰瘍性結腸炎時，腸黏膜Th2淋巴細胞釋放白細胞介素(IL)-13增加，由IL-13誘導Claudin-2表達增加[29]。IBD時Claudin-2表達增加可能是機體自身的一種保護性反應，研究表明，在腫瘤壞死因子α(TNF-α)或硫酸葡聚糖鈉鹽誘發的腸道炎癥中，Claudin-2(-/-)小鼠的炎癥程度均較Claudin-2(+/+)小鼠明顯嚴重，其機制可能與Claudin-2抑制肌球蛋白輕鏈激酶依賴性的信號通路活化有關，也可能與Claudin-2通過PI-3K/Bcl-2通路阻止腸細胞死亡有關[30-31]。

3.3Claudin-2與感染 發生細菌或病毒感染時，受侵組織Claudin-2表達也會發生相應變化，但不同細菌或病毒對Claudin-2表達的影響截然不同。有學者在對HT29C19A進行的研究發現，幽門螺桿菌由其編碼的CagA通過Cdx2連接于Claudin-2基因的3′側翼區，在轉錄和翻譯水平均增加Claudin-2表達[18]。相反，鼠疫桿菌卻抑制HT29/B6腸上皮細胞Claudin-2表達[32]。病毒如人類免疫缺陷病毒1型(HIV-1)則可能是通過增加炎癥因子如TNF-α等的產生，來破壞包括Claudin-2在內的緊密連接蛋白，導致黏膜上皮緊密連接結構破壞，從而有利于病毒自身或其他細菌的入侵[33]。

4 結 語

緊密連接蛋白Claudin-2是緊密連接的重要組成成分，在機體發育、屏障的離子選擇性、水轉運及跨細胞電阻的調控等方面都具有重要作用，并與多種疾病如腫瘤、炎癥、細菌或病毒感染等密切相關。然而，Claudin-2與這些疾病的發生、發展及轉歸的復雜關系，以及這些疾病狀態下Claudin-2表達的調控機制仍需更深入的研究。

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