紧密连接蛋白Claudin-2研究进展

冯燕海 综述，王凤君 审校

(陆军军医大学西南医院全军烧伤研究所/创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室，重庆 400038)

紧密连接蛋白Claudin-2是构成细胞间紧密连接的重要蛋白分子，在维持细胞极性和紧密连接的屏障功能方面具有重要作用。Claudin-2在细胞旁路孔通道形成、阳离子通透、离子大小选择性及水分转运方面均有重要作用，并参与多种疾病如肿瘤、炎症、细菌或病毒感染等的发生与发展。本文对Claudin-2的相关研究进展进行综述，以便对Claudin-2有一较全面的了解。

1 Claudin-2概述

紧密连接是细胞间连接的一种常见形式，广泛存在于上皮、内皮和间皮细胞，在维持上皮细胞极性及屏障功能中具有重要作用。在众多的紧密连接相关蛋白中，最重要的跨膜蛋白是Claudin蛋白家族。人类Claudin蛋白家族至少有24个成员，均包含4个跨膜区域和2条细胞外链，2条细胞外链中均包含有带不同电荷的氨基酸残基和2个细胞内尾巴[1]。第1条细胞外链由大约50个氨基酸组成，是细胞旁路孔道形成的主要结构基础，对跨细胞电阻和细胞旁路的电荷选择性均具有重要作用[2]；第2条细胞外链有大约25个氨基酸，主要具有支持功能，有助于紧密连接束的形成，使细胞旁路的裂缝更加紧密[3]。不同的Claudin家族成员在细胞旁路通透性的调控中有着不同的功能，如Claudin-2、-7、-10、-15、-16被称作是孔道形成蛋白，而Claudin-1、-4、-5、-8、-11、-14、-19则在肠黏膜屏障中表现出封闭作用，可降低细胞旁路通透性[4]。因此，Claudin-2在孔道形成等方面发挥重要作用，进而调节肠屏障功能。

2 Claudin-2的生物学作用

2.1Claudin-2与细胞旁路孔通道阳离子选择性的关系 Claudin家族蛋白细胞外链的带电残基决定了孔道的电荷选择性[5]，并且2条细胞外链间的相互作用是离子通透性和跨上皮电阻(TER)形成的分子基础[4]；在不同细胞中，孔道密度随着Claudin-2的高表达而增加[6]。因此，Claudin-2是孔道形成的必要蛋白。在犬肾传代细胞(madin darby canine kidney，MDCK)Ⅱ细胞中，Claudin-2缺失可导致其对Na+通透性降低[7]，且在无内源性Claudin-2表达的MDCK Ⅰ细胞敲入外源性Claudin-2可使其对Na+和K+通透性增加，但不改变其对Cl-和大分子物质如甘露醇及4×103葡聚糖的通透性[8]。有研究表明，Claudin-2蛋白细胞外链第65位天冬氨酸所带负电荷及第67位的络氨酸残基可通过阳离子-π相互作用(Cation-π interaction)或肠腔空间效应(Luminal steric effect)赋予其阳离子通透性的特点[9-10]。因此，Claudin-2以其特殊的氨基酸组成为基础，成为了细胞旁路孔道对Na+等阳离子通透的主要决定因素。除Na+外，Claudin-2形成的孔道对其他单价阳离子如K+、Rb+、Li+和Cs+等也存在通透性，其通透性大小依次为K+>Rb+>Na+>Li+>Cs+[9]。

2.2Claudin-2与水转运 用环孢霉素A处理人肾小管上皮细胞后，Claudin-2 mRNA表达及细胞旁路水转运均明显降低[11]；敲除Claudin-2基因后，小鼠表现出喝水行为增加、近端肾小管液体重吸收量降低、尿量增加及尿液渗透压降低[12]。这些研究提示，Claudin-2确实可增加上皮细胞对水的通透性，该效应可能与Claudin-2对Na+通透所引起的细胞内外渗透压梯度有关。

2.3Claudin-2与TER 有学者发现，小鼠CMT93-Ⅰ与CMT93-Ⅱ均可表达Claudin-4、-6、-7、-12，但CMT93-Ⅱ细胞株的TER仅为CMT93-Ⅰ细胞株的1/7[13]，究其原因可能是Claudin-2蛋白只表达于CMT93-Ⅱ细胞，而不表达于CMT93-Ⅰ细胞。同样，高TER的MDCKⅠ细胞与低TER的MDCKⅡ细胞间的区别在于MDCKⅡ细胞有Claudin-2表达，而MDCKⅠ细胞不表达Claudin-2[8]。因此，Claudin-2被认为可降低细胞TER。此外，多种因子可通过影响Claudin-2的表达来调控细胞TER，如饥饿诱导的Caco-2肠上皮细胞自噬可通过降解Claudin-2而引起TER明显增加，从而保护肠上皮屏障功能[14]。但是，Claudin-2降低细胞TER的分子机制仍有待阐明。

3 Claudin-2与疾病

3.1Claduin-2与肿瘤 目前的研究发现，在胃癌、结直肠癌和乳腺癌等均有Claudins蛋白的异常表达，且Claudin-2在不同癌细胞的表达量也不同，在肝细胞癌、结直肠腺癌的肝转移及胰腺癌，Claudin-2表达降低[15]；而在纤维板样肝细胞癌、结直肠癌、胃癌、乳腺癌肝转移等，Claudin-2表达则明显增加[16]。(1)Claudin-2与消化道肿瘤：有研究表明，在胃癌中可检测到Claudin-2的高表达[17]，而幽门螺杆菌的CagA可通过Cdx2，在转录和翻译水平均增加Claudin-2表达，进而破坏紧密连接和诱导胃上皮细胞的去分化，导致幽门螺杆菌相关胃癌的发生[18]。与正常组织相比，Claudin-2 mRNA水平在结直肠癌组织中明显上调并与肿瘤进展有关，这可能是结直肠癌微环境通过激活表皮生长因子受体(EGFR)或者偶对蛋白(Symplekin)通过与ZO-1相关核酸结合蛋白的相互作用，增加Claudin-2的蛋白表达，从而促进肿瘤细胞生长[19-20]。因此，Claudin-2在消化道肿瘤的发生、发展中具有重要作用，可能是新的治疗靶点。(2) Claudin-2与乳腺癌：与正常组织相比，原发性乳腺癌的Claudin-2表达降低，但在乳腺癌肝转移中，Claudin-2表达却明显增加[21-23]；肝转移时Claudin-2表达增加，一方面通过增强α2β1-和 α5β1-整合素复合物表达，利于乳腺癌细胞与细胞外基质如纤连蛋白或Ⅳ型胶原黏附，进而促进乳腺癌肝转移[24]；另一方面，通过其第一条细胞外链形成Claudin-2-Claudin-2同源复合物，介导乳腺癌细胞与肝细胞间黏附进而促进乳腺癌细胞的肝转移[25]。由此可见，Claudin-2是乳腺癌肝转移的重要调节子，在乳腺癌肝转移的发生中具有重要作用。因此，有学者认为可将Claudin-2作为乳腺癌肝转移的生物标记物[23]。(3)Claudin-2与肺癌：据报道，Claudin-2在不同类型肺癌的表达不尽相同，如在鳞癌、腺癌和良性肿瘤有Claudin-2表达[26]，但有学者在小细胞肺癌中却未检测到Claudin-2表达。对A549细胞的研究发现，Claudin-2表达呈时间依赖性增加，其可能机制是基质金属蛋白酶分泌EGF后，激活EGFR/MEK/ERK/c-Fos信号通路，引起c-Fos入核与Claudin-2 基因启动子的AP-1位点结合，增强其转录活性[27]。

3.2Claduin-2与肠道炎症 有研究发现，在肠道炎症发生时Claudin-2表达明显增加[28]。炎症性肠病(IBD)时Claudin-2表达增加可能与炎症局部组织细胞因子增加有关，如溃疡性结肠炎时，肠黏膜Th2淋巴细胞释放白细胞介素(IL)-13增加，由IL-13诱导Claudin-2表达增加[29]。IBD时Claudin-2表达增加可能是机体自身的一种保护性反应，研究表明，在肿瘤坏死因子α(TNF-α)或硫酸葡聚糖钠盐诱发的肠道炎症中，Claudin-2(-/-)小鼠的炎症程度均较Claudin-2(+/+)小鼠明显严重，其机制可能与Claudin-2抑制肌球蛋白轻链激酶依赖性的信号通路活化有关，也可能与Claudin-2通过PI-3K/Bcl-2通路阻止肠细胞死亡有关[30-31]。

3.3Claudin-2与感染 发生细菌或病毒感染时，受侵组织Claudin-2表达也会发生相应变化，但不同细菌或病毒对Claudin-2表达的影响截然不同。有学者在对HT29C19A进行的研究发现，幽门螺杆菌由其编码的CagA通过Cdx2连接于Claudin-2基因的3′侧翼区，在转录和翻译水平均增加Claudin-2表达[18]。相反，鼠疫杆菌却抑制HT29/B6肠上皮细胞Claudin-2表达[32]。病毒如人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)则可能是通过增加炎症因子如TNF-α等的产生，来破坏包括Claudin-2在内的紧密连接蛋白，导致黏膜上皮紧密连接结构破坏，从而有利于病毒自身或其他细菌的入侵[33]。

4 结 语

紧密连接蛋白Claudin-2是紧密连接的重要组成成分，在机体发育、屏障的离子选择性、水转运及跨细胞电阻的调控等方面都具有重要作用，并与多种疾病如肿瘤、炎症、细菌或病毒感染等密切相关。然而，Claudin-2与这些疾病的发生、发展及转归的复杂关系，以及这些疾病状态下Claudin-2表达的调控机制仍需更深入的研究。

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