蛋白质毒素

蛋白质毒素在自然界中，许多动物、植物、细菌和真菌都能产生大分子的蛋白毒素。蛋白质毒素是指生物体所生产出来的毒物，这些物质通常是一些会干扰生物体中其他大分子作用的蛋白质，由生物体产生的、极少量即可引起动物中毒的物质。包括植物毒素、细菌毒素、动物毒素和真菌毒素四类微量毒素，侵入机体后即可引起生物机能破坏，致使人畜中毒或死亡。在生物进化的漫长旅程中，毒蛋白的存在赋予了这些生物品系的独特的选择优势:一方面毒蛋白可防御外界病原体对生物的侵害，同时又可抵御物种之间的同化。一、蛋白毒素种类毒素的分类方法很多，根据其来源可分为动物、植物、细菌和真菌等毒素；根据其化学结构，可分为小分子有机化合物、肽类和蛋白类毒素等；目前一般将上述两种方法结合进行分类，以缩小范围。天然蛋白类毒素主要包括植物蛋白毒素、细菌蛋白毒素和真菌蛋白毒素等家族。1植物蛋白毒素包括植物毒素和植物单链核糖体失活蛋白（简称RIP)。典型的植物毒素有蓖麻毒素(ricin)、相思子毒素(abrin)、蒴莲毒素(volkensin)、欧寄生毒素(viscumin)和药莲毒素(modeccin)等。这些毒素均为糖蛋白,分子量在60～65kD之间,其分子由A、B两链组成,通过二硫键连接。典型的RIP家族成员包括丝瓜子蛋白(luffin)、天花粉蛋白(trichosanthin)、美洲商陆抗病毒蛋白(简称PAP)、皂草蛋白(saporin)、康乃馨蛋白(dianthin)和多花白树素(gelonin)等。1.1相思子毒素相思子毒素是从豆科藤本植物相思子(Abrusprecatorius)的种子中提取的一种剧毒性高分子蛋白毒素，其含量约占种子2.8%～3.0%。相对分子质量介于60000-65000之间，分子由A、B两条多肽链通过1个二硫键连接而成。完整毒素在SDS-PAGE分析时呈一条蛋白带，经二巯基乙醇处理后，A、B两条链分离开，其中A链呈酸性，分子质量约为30000，与蓖麻毒素A链存在102个相同的氨基酸残基；B链呈中性，分子质量约35000。有关试验表明，相思子毒素两条链经二巯基乙醇还原分离开后，其活性并不丧失。相思子毒素所含的糖基主要存在于B链上，糖的类型为甘露糖和N-乙酰葡萄糖胺，毒素经糖基修饰后，可以增加其自身结构的稳定性，防止降解，增强对极端条件的适应性。纯化后的相思子毒素为微黄白色无定形粉末，无味，易溶于水、氯化钠和甘油溶液，不耐热。60℃经30分钟部分失活，80℃经30分钟则大部分失活，100℃经30分钟毒性及抗肿瘤活性完全消失。印度安达曼岛上居民将相思子种子煮熟后作为食物食用。完整的相思子毒素经反复冰冻和融化对其毒性影响很小。在0.1mol/L半乳糖溶液中，毒素可在冰箱中储存数月而不会失活。分离开的链要比完整毒素更不稳定。1.2蓖麻毒素蓖麻毒素是一种具有两条肽链的高毒性的植物蛋白。它主要存在于蓖麻籽中。蓖麻毒素的一、二级结构已清楚，由A、B两条链组成。A链比B链稍短，两链之间以一个二硫键相连接。它含有共价键结合的糖分子，糖的主要组成是甘露糖、葡萄糖和半乳糖。分子量为66000。毒素为白色粉末状或结晶形固体，无味。不溶于乙醇、乙醚、三氯甲烷、甲苯等有机溶剂，溶于酸性稀释液或盐类水溶液，在饱和硫酸铁溶液中，能沉淀析出。在0.1克分子半乳糖溶液中，毒素可在冰箱中贮存数月而不失活性，但煮沸易失去活性。蓖麻毒素是一种细胞毒。当毒素进入体内，A、B链分开。A链通过渗透经细胞膜进入细胞浆，主要使真核细胞的核糖体抑制失活，从而抑制蛋白质的合成。B链与细胞表面结合，通过内陷作用转入细胞内，它能促使A链进入胞浆。蓖麻毒素对小鼠艾氏腹水瘤细胞、LD12白血病、B16黑痣瘤和列文斯肺癌细胞均有明显的抑制作用，主要通过抑制蛋白质合成来杀伤癌细胞。另外发现它与其他药物有增效作用如蓖麻毒素与亚德里亚霉素（adriamycin）伍用对杀伤白血病细胞有显著的增效作用。蓖麻毒素是一种毒性非常大的毒素，其毒性是氰化物的6000倍，70微克就足以致命。人在通过消化、呼吸或注射等方式接触蓖麻毒素36到72小时之后就会死亡。即使未经提炼，8粒蓖麻子就可以杀死一个成年人。由于其毒性强烈，诊断、治疗困难，早在第一次世界大战期间，美军就将其作为候选化学战剂进行了广泛研究，并曾生产了1700公斤的蓖麻毒素粗品。2动物蛋白毒素由动物体产生的、极少量即可引起中毒的物质。动物毒素大多是有毒动物毒腺制造的并以毒液形式注入其他动物体内的蛋白类化合物，如蛇毒、蜂毒、蝎毒、蜘蛛毒、蜈蚣毒、蚁毒、河豚毒、章鱼毒、沙蚕毒等以及由海洋动物产生的扇贝毒素、石房蛤毒素、海兔毒素等。毒液中还会有多种酶。根据毒素的生物效应，动物毒素可分为神经毒素、细胞毒素、心脏毒素、出血毒素、溶血毒素、肌肉毒素或坏死毒素等。2.1蛇毒蛇毒中含有多种生物活性的蛋白质，依据它们的毒性作用特点，常被分为神经毒素、血液及循环系统毒素、心脏毒素、细胞毒素和酶。1)神经毒素这类毒素是蛇毒毒液中最毒的成分。按神经毒素的生理特性可分为突触前与突触后毒素，能使运动神经末端的突触前膜乙酰胆碱囊的消失，导致神经肌肉接头生理传导阻断，使骨骼肌细胞对递质乙酰胆碱的正常去极化反应消失，从而阻断了神经肌肉接头的生理传导功能。2)心脏毒素已分离提纯近10种心脏毒素，均属细胞膜活性多肽，能使心肌细胞发生持久性去极化，使心肌肿胀、变性、出血、坏死、引起心力衰竭、房性或室性过早搏动、传导阻滞、室性心动过速或心室颤抖，甚至心跳骤停等。3)细胞毒素（坏死毒素）目前已分离提纯20余种细胞毒素，能使细胞组织坏死或溶解，对血管内皮细胞、横纹肌细胞或肾小管细胞有不同的选择性损伤作用。4)凝血毒素和抗凝血毒素蛇毒的促凝血作用是由于它具有凝血激酶样活性，蛇毒的抗凝血作用是由于它含有溶解纤维蛋白原或纤维蛋白的活性，能促使纤维溶酶原转变为纤溶酶，从而阻抑凝血酶的形成。5)酶有的蛇毒蛋白具有一定的生化酶活性，如蛋白水解酶、磷脂酶A、磷酸二酯酶、精氨酸水解酶、乙酰胆碱酯酶等。2.2蜂毒蜂毒是一种成分复杂的混合物，它除了含有大量水分外，还含有若干种蛋白质多肽类、酶类、组织胺、酸类、氨基酸及微量元素等。在多肽类物质中，蜂毒肽约占干蜂毒的50%，蜂毒神经肽占干蜂毒的3%。蜂毒中的酶类多达55种以上，磷脂酶A占12%，透明质酸酶含量约占干蜂毒的2%-3%。蜂毒对哺乳类动物的作用最强，健康人同时接受10次蜂蜇可引起局部反应；接受200-300只蜂蜇会引起中毒；短时间内蜇500次，可致人死亡。临床使用蜂毒的治疗剂量很少，因此，说蜂毒应用是安全的，但是每个人对蜂毒的敏感性差异很大，有个别人对蜂毒过敏，表现蜂蜇部位局部红肿反应强烈，或出现严重的致命性反应，因此，临床上使用蜂毒时和青霉素一样，对过敏者采用纯净蜂毒涂作诊断性皮试和脱敏治疗。3细菌与真菌蛋白毒素典型的细菌毒素有白喉毒素(简称DT)、绿脓杆菌外毒素(简称PE)、霍乱毒素(简称CT)、大肠杆菌热不稳定性毒素、志贺氏毒素、百日咳毒素等。细菌毒素的结构存在一定的差异:DT和PE都是单一的肽链，其分子中含有细胞受体结合区(相当于植物毒素的B链)和酶活性区(相当于植物毒素的A链)，其中PE分子中还含有帮助其转位进入细胞浆的转位区。霍乱毒素和大肠杆菌热不稳定性毒素的分子构造是相同的，都由1条A链和5条B链构成，A链的分子量大，约30kD，B链约11.5kD，其通过微弱的非共价键相互作用而连接成五聚体。志贺氏毒素则由1条A链(分子量30kD)和6或7条相似的B链(分子量5kD)构成。百日咳毒素是已知毒素中结构最复杂的分子之一,由1条A链(分子量28kD)和5条B链复合连接，5条B链的大小不同，其中2条分子量为11.7kD，其余3条分别为9.3kD、22kD和23kD。真菌蛋白毒素为数不多，从不同霉菌中分离到的蛋白毒素α-Sarcin、restrictocin(简称Res)和mitogillin(简称Mit)等，仅由一条多肽链组成，分子量16～17kD，属于单链核糖体失活蛋白。二、临床应用随着天然蛋白质毒素的结构和机理研究的不断深入，许多毒素已进入临床应用阶段。首先，毒素的强大杀伤作用被用于肿瘤的治疗。用抗体携带毒素A链靶向杀伤肿瘤细胞的所谓免疫毒素的设想已得到了实现。目前，国际上已有许多实验室正在从事抗多种肿瘤和AIDS病的免疫毒素的研究和临床试验。其次，利用蛋白毒素分子在细胞内的逆向转运和转位能力，将蛋白质和小肽分子定向运送至ER并转位进入胞浆，提高其抗原提呈效率，这在抗病毒和抗肿瘤疫苗研究中可能有重大的应用价值。参考文献：[1]詹金彪,郑树.天然蛋白毒素的研究和临床应用展望[J].浙江大学学报,2005,34(3)[2]李小兵,谢光洪,周昌芳.相思子毒素-a的纯化及鉴定[J].中国兽医学报,2008,3[3]孙捷,高莉,单保恩.动物毒素抗肿瘤作用研究进展[J].中国新药杂志,2006