27种“紧密连接蛋白”的功能大揭秘

上皮细胞、内皮细胞等细胞层形成的屏障是维持脊椎动物体内不同体液腔室的基础，而紧密连接（TJs）是这类屏障的关键结构，其功能多样性主要由 Claudin（Cldn）家族的27种蛋白决定。不过，这些蛋白功能差异的分子机制长期以来并不明确。

为探究这一问题，研究团队首先构建了完全敲除所有内源性 Claudin 的小鼠上皮细胞系（Cldn-null 细胞）。随后，在该细胞系中分别表达27种 Claudin 蛋白，成功重构了每种蛋白单独形成的紧密连接屏障。结果显示，不同 Claudin 的功能存在显著差异：16种 Claudin 能自主形成紧密连接链，表现出从低到高的跨上皮电阻（TEER），具有不同的离子传导能力和选择性；而其余 Claudin 则无法自主形成屏障，其功能需依赖其他蛋白。

通过聚类算法分析，研究突破了传统将 Claudin 简单分为“屏障型”和“通道型”的二分法，将27种 Claudin 分为四大类及多个亚类：第一类是能自主形成屏障的 Claudin（如 Cldn1、3等），部分还具有较弱的离子选择性；第二类是自主形成屏障且具有明显通道功能的 Claudin（如 Cldn2、10a等），可选择性透过阳离子或少阴离子；第三类为非自主形成屏障 Claudin〔如 Cldn8〕；第四类是酸增强型屏障 Claudin（如 Cldn18.2），这类蛋白在酸性 environment中屏障功能显著增强，例如在胃中，Cldn1-eight.2 会响应胃酸浓度变化调控屏障强度，对维持胃内环境稳态至关重要.

体内研究还揭示了 Claudin 的动态变化与器官特异性稳态的关联。这些发现不仅为理解紧密连接屏障的多样性和可塑性提供了理论框架阐明了器官功能维持的机制，也为靶向紧密连接的疾病治疗（如癌症、炎症等）提供了新的思路和策略。