CLDN3：極為關(guān)鍵的緊密連接蛋白，Claudins家族再添藥物靶點！
日期：2023-03-01 10:57:18
Claudins家族是近年發(fā)現(xiàn)的緊密連接蛋白的一種，其表達數(shù)量和分布結(jié)構(gòu)的變化直接影響緊密連接的結(jié)構(gòu)和功能。緊密連接是相鄰細胞間重要的膜連接復(fù)合體，Claudin蛋白是其主要骨架蛋白。目前已發(fā)現(xiàn)有近30個家族成員，根據(jù)功能的差異可將其分為兩類，如Claudin-1、Claudin-3、Claudin-4和Claudin-5；另一類則與構(gòu)成特定的通道有關(guān)，如Claudin-2、Claudin-7、Claudin-10和Claudin-16等。
Claudins蛋白已成為當(dāng)前腫瘤發(fā)病機制、診斷和治療研究中的熱點（Claudin家族熱門靶點文章報道CLDN4；CLDN6；CLDN9）。近年來也有不少關(guān)于Claudin-3與腫瘤相關(guān)的研究報道，這些研究均提示Claudin-3的異常表達與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切有關(guān)。因此，Claudin-3有望成為Claudins家族的下一個新藥靶點！
1. 什么是緊密連接蛋白？
緊密連接蛋白由細胞質(zhì)附著蛋白、跨膜蛋白和細胞骨架蛋白共同組成。緊密連接主要存在于上皮細胞、內(nèi)皮細胞間的連接復(fù)合體中，使相鄰細胞膜緊靠在一起，形成環(huán)繞細胞的物理屏障結(jié)構(gòu)。其中，跨膜蛋白包括以下3種完整膜蛋白：連接黏附分子（JAM）、咬合蛋白（Occludin）、閉合蛋白（Claudin）。目前認為，跨膜蛋白中起主要作用的是Occludin和Claudin，尤其以Claudin的作用最為重要，這是形成緊密連接功能的主要蛋白 [1]。
Claudin主要作用是維持細胞間的物理屏障功能及細胞極性。腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移是一個多因素造成的分階段過程，但是目前普遍認為細胞間的黏附力喪失可導(dǎo)致細胞緊密連接破壞，與腫瘤細胞的浸潤和轉(zhuǎn)移相關(guān)，這使得Claudin家族成為備受關(guān)注的治療靶點 [2]。
2. 什么是CLDN3？
緊密連接蛋白3（Claudin3/CLDN3）屬于跨膜緊密連接蛋白Claudins家族的一員。CLDN3相對分子質(zhì)量20 kDa-34 kDa，是緊密連接中最重要的骨架蛋白。在結(jié)構(gòu)上，Claudins由面向細胞質(zhì)的N末端、C末端，2個細胞外環(huán)、4個跨膜結(jié)構(gòu)域組成（圖1） [3]。其中，面向胞漿的C末端還含有由80-90個氨基酸殘基組成的PDZ結(jié)構(gòu)域，它與ZO1、ZO2、ZO3和多PDZ結(jié)構(gòu)域蛋白1（MUPP1）相互作用，這是緊密連接蛋白復(fù)合體與其他多種蛋白的結(jié)合位點。
CLDN3在維持細胞間物理屏障功能和參與分子細胞間傳遞方面發(fā)揮著重要作用，是參與血腦屏障、腸道屏障、血睪屏障構(gòu)成的重要組成部分。CLDN3不僅在人體前列腺、胰腺細胞、肝細胞等多種腺細胞，同時還在乳腺導(dǎo)管上皮、子宮內(nèi)膜、食管黏膜、肺泡上皮、和膽管上皮細胞等多種上皮細胞內(nèi)均有表達 [4-6]。
圖1. CLDN3的結(jié)構(gòu) [3]
3. CLDN3的配體
產(chǎn)氣莢膜梭菌腸毒素（CPE）是CLDN3第二胞外環(huán)的高親和力天然配體。這種毒素結(jié)合其受體CLDN3，形成膜孔復(fù)合物，通過細胞膜穿透作用使得細胞溶解壞死（圖2） [7-8]。CLDN3在人類CRC、食管癌、上皮性卵巢癌等癌癥組織中均呈高表達，而產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌內(nèi)毒素能夠有效地抑制CLDN3表達的惡性腫瘤，這為CLDN3成為靶向治療惡性腫瘤提供了可能性 [7-8]。
除了CLDN3，產(chǎn)氣莢膜梭菌腸毒素也是CLDN4蛋白的一種天然的配體。因此，CPE毒素與CLDN3和CLDN4蛋白結(jié)合可導(dǎo)致細胞迅速溶解 [9]。最近有研究發(fā)現(xiàn)，CPE以表達CLDN-3、-4蛋白的腫瘤細胞作為靶點，抑制腫瘤細胞。例如在胰腺癌細胞，CLDN-3、-4高表達，利用細胞病變效應(yīng)（CPE）瘤內(nèi)注射異種嫁接的胰腺癌細胞，結(jié)果引起腫瘤細胞大面積壞死，明顯延緩腫瘤生長 [10]。
圖2. CLDN3結(jié)合CPE促進細胞溶解壞死 [8]
4. CLDN3在腫瘤中的作用機制
CLDN3在維持上皮細胞極性、基因轉(zhuǎn)錄、抑制腫瘤、細胞增殖分化、新陳代謝相關(guān)的基因和炎癥免疫反應(yīng)等方面有著重大的作用。CLDN3具體作用可能取決于組織的高度特異性及細胞內(nèi)精確的分子信號通路。目前，CLDN3的異常表達與腫瘤之間關(guān)系的確切機制尚不完全清楚。
在肝癌中，CLDN3能夠通過下調(diào)糖原合成酶激酶GSK3B、鈣黏蛋白相關(guān)蛋白CTNNB1、鋅指家族轉(zhuǎn)錄抑制因子SNAI2和血管鈣黏蛋白CDH2的表達，使Wnt/β-catenin-EMT轉(zhuǎn)移軸失活，從而顯著抑制肝癌的轉(zhuǎn)移 [11-12]。此外，CLDN3的敲除也會降低肝臟內(nèi)相關(guān)膽汁酸代謝基因（Cyp27a1、Ces1b和Akr1c6）的表達 [13]。丟失CLDN3或4可通過激活A(yù)kt磷酸化而活化PI3K通路，導(dǎo)致PI3K活性劑Twist轉(zhuǎn)錄因子表達水平增加，表明它們的缺失可以促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 [14]。
在肺腺癌組織中，CLDN3的表達量顯著升高，并且CLDN3的過表達與肺腺癌細胞的惡性潛能及ERK1/2和PI3K-Akt信號通路相關(guān) [14]。在結(jié)直腸癌組織中，CLDN3在CRC組織中的水平可通過SCF/c-kit/JNK/AP-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活可以使之升高 [15]。在卵巢癌中，CLDN3表達受到棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶ZDHHC12調(diào)控，提示靶向ZDHHC12介導(dǎo)的CLDN3 S-棕櫚酰化可能是卵巢癌治療的潛在策略 （圖3） [16]。另有研究表明，CLDN3可能通過維持E-cadherin的表達和限制β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，介導(dǎo)了與體內(nèi)其他細胞的相互作用，從而抑制了生長和轉(zhuǎn)移潛能 [17]。
圖3. CLDN3表達受到棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶ZDHHC12調(diào)控 [16]
5. CLDN3在腫瘤等疾病中的作用
CLDN3作為構(gòu)成內(nèi)皮細胞緊密連接的主要蛋白，當(dāng)其表達發(fā)生異常時可導(dǎo)致內(nèi)皮細胞間結(jié)構(gòu)遭到損壞。緊密連接的破壞可能導(dǎo)致細胞黏附減弱，引起腫瘤細胞的極性丟失、生長失控乃至腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)，CLDN3與多種腫瘤相關(guān)，同時在肝功能等疾病中也扮演重要角色。
5.1 CLDN3與腫瘤
在結(jié)直腸癌中，發(fā)現(xiàn)表皮生長因子（EGF）能增加結(jié)直腸癌細胞系HT-29細胞CLDN3表達，促進細胞遷移，同時增加了新的癌巢的形成，說明過表達的CLDN3提高結(jié)直腸癌細胞的侵襲潛能 [14]，而EGF是多種惡性腫瘤發(fā)生時增高的標(biāo)志物，EGF受體拮抗劑吉非替尼等已經(jīng)應(yīng)用于臨床抗腫瘤治療。
在前列腺癌中，相對于前列腺增生組織，CLDN3表達上調(diào)。利用Northen印跡發(fā)現(xiàn)，與周圍正常組織比較，人類前列腺癌組織上皮細胞中的CLDN3基因轉(zhuǎn)錄信使RNA水平顯著增高 [18]；在鼻咽癌中，CLDN3也是如此，CLDN3在鼻咽癌組織中的表達率要高于鼻咽癌旁組織。然而，在病理分期更高的鼻咽癌組織，CLDN3的表達率更高 [19]。
在宮頸癌Hela細胞株中，生長抑素SST可以促進CLDN3和CLDN4的基因表達，從而對宮頸癌的發(fā)展和擴散有抑制作用 [20-22]。在乳腺癌中，CLDN3與BRCA1突變有關(guān) [23]。在鱗狀上皮細胞癌中，CLDN3蛋白水平的降低與腫瘤TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及腫瘤復(fù)發(fā)顯著相關(guān) [24-25]；在肝癌中，CLDN3與肝癌患者的生存期顯著相關(guān)，提示可作為肝癌的一個潛在預(yù)后標(biāo)志物。這些研究表明，CLDN3可能是一種重要的疾病標(biāo)志物和治療靶點 [5-6]。
5.2 CLDN3與其它疾病
血腦屏障結(jié)構(gòu)的破壞是導(dǎo)致早期腦缺血的主要病理學(xué)基礎(chǔ)。CLDN3與血腦屏障的結(jié)構(gòu)、功能密切相關(guān)，可通過人為改變緊密連接蛋白CLDN3的表達來改變血腦屏障的通透性 [26]；膽固醇結(jié)石GSD是一種主要常見于成人的肝臟疾病，發(fā)病率隨著年齡的增長而增高，敲除CLDN3基因的小鼠肝臟中，旁細胞的屏障功能受到損壞，可加速以磷酸鈣為核心的膽固醇結(jié)石形成 [27]。事實上，CLDN3作為肝臟中表達最多的TJ蛋白，一旦CLDN3表達失調(diào)，可導(dǎo)致多種肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展，如慢性肝病腸道菌群失調(diào)、慢性肝病、肝膽系統(tǒng)惡性腫瘤 [28]。
6. CLDN3的臨床研究前景
CLDN3是緊密連接中的一個關(guān)鍵蛋白，參與了緊密連接的選擇性滲透和細胞極化，并在細胞間傳輸物質(zhì)和能量時發(fā)揮連接作用。由于具有較高的組織特異性，CLDN3已被廣泛研究，尤其在多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。對CLDN3表達情況和相關(guān)調(diào)節(jié)因子進行深入研究，以尋找或設(shè)計與其特異性結(jié)合的靶向因子，干擾細胞表型，可能為CLDN3相關(guān)的疾病提供有效策略。來自Pharmsnap的數(shù)據(jù)顯示，已有一些臨床前和藥物發(fā)現(xiàn)階段的CLDN3相關(guān)藥物在研（表1）。目前，基于CLDN3的靶向治療正成為CLDN家族的一個重要研究方向，具有重要的藥物研發(fā)潛力！
| 藥物 | 靶點 | 作用機制 | 藥物類型 | 在研適應(yīng)癥 | 在研機構(gòu) | 最高研發(fā)狀態(tài) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ABN 501;ABN-501;Anti-CLDN3 monoclonal antibody - Abion | CLDN3 | CLDN3抑制劑 | 單克隆抗體 | 卵巢癌 | ABION, Inc. | 臨床前 |
| KM-3907;dual claudin-3/claudin-4 mAb(Kyowa Hakko Kirin) | CLDN3； CLDN1 |
CLDN3抑制劑; CLDN1抑制劑 |
雙特異性抗體 | / | / | 藥物發(fā)現(xiàn) |
| MORAb-075;anti-claudin-3/4 humanized mAb(Morphotek) | CLDN3； CLDN1 |
CLDN3抑制劑; CLDN1抑制劑 |
單克隆抗體 | / | / | 藥 |
表1：CLDN3的臨床在研藥
為鼎力協(xié)助科研和藥企人員針對CLDN3在腫瘤等疾病中的臨床應(yīng)用研究，CUSABIO推出CLDN3活性蛋白（Code: CSB-MP005505HU）產(chǎn)品，助力您在CLDN3機制方面的研究或其潛在臨床價值的探索。
Recombinant Human Claudin-3(CLDN3)-VLPs (Active)
The high specifity was validated by western blot. (Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Immobilized Human CLDN3 at 10μg/mL can bind Anti-CLDN3 recombinant antibody (CSB-RA005505MA1HU), the EC50 is 23.62-34.37 ng/mL.VLPs (CSB-MP3838) is negative control.
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