天然產物中毒性多肽的研究進展*

曹锫沛，張朝鳳，許翔鴻，張 勉

中國藥科大學生藥學研究室，南京 211198

在天然產物中存在很多具有毒性的多肽類化合物，往往很微量的攝入就對生物體有毒性作用。臨床上常見誤食毒蘑菇中毒、微囊藻毒素污染水體誘發中毒、蜂毒中毒及蛇毒中毒等病例，其毒性成分主要是多肽類化合物。但事物總是有兩面性，強毒性的物質往往也具有較強的生物活性，毒性多肽在抗腫瘤及治療其他疾病中具有特殊的作用。因此充分認識、了解毒肽類化合物的結構及作用機理，一方面有助于我們采取對癥、有效的解毒方法；另一方面通過構效關系的研究，揚長避短，將其作為新藥研發的先導化合物進行合理開發利用。本文綜述了天然產物中毒性多肽在結構、毒性、活性和作用機制方面的研究進展。

1 毒性多肽的結構、中毒癥狀及解毒方法

1.1 鵝膏毒肽類

已從鵝膏菌屬（Amanita）、錐蓋傘屬（Conocybe）等植物中分離鑒定的22種鵝膏毒肽類，大多是由含羥基的L-構型氨基酸構成的環肽，在吲哚環的2位連有一個硫原子的色氨酸殘基。根據其氨基酸組成和結構[1-2]（見圖1），鵝膏毒素可分為三大類：鵝膏毒肽類（amtoxins），為雙環八肽，已發現9種，以α-鵝膏毒肽（α-amanitin）和 β-鵝膏毒肽（β-amanitin）在鵝膏菌屬中含量最高且是主要的毒肽成分；鬼筆毒肽類（phallotoxins），為雙環七肽，已分得 7種，主要有二羥鬼筆毒肽（phalloidin）、羧基二羥鬼筆毒肽（phallacidin）， 多 存 在 于 乳 白 錐 蓋 傘 （Conocybe lacteal）中；毒傘素類（virotoxins），為單環七肽，已發現6種，主要從鱗柄白毒鵝膏（Amanita virosa）菌中分得。

鵝膏毒肽類中毒時會引發惡心、嘔吐、腹痛等胃腸癥狀，進而可導致肝功能異常、黃疸、肝腫大、內出血、內臟損傷，最后導致肝、腎、心、腦、肺等多器官功能衰竭，甚至死亡。中毒早期的治療可采用洗胃、活性炭吸附、導瀉等方法；促進腎臟排泄是去除毒素的主要途徑；也可采用二巰基丙磺酸鈉、水飛薊賓、維生素K、紫靈芝等藥物進行中毒后的解毒治療；嚴重時應采用血液透析、血漿置換、肝移植等治療方式[3]。

1.2 微囊藻毒素

微囊藻毒素（mciorycstin，MC）主要是由淡水藻類銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）、魚腥藻（Anabaena）、顫藻（Oscillatoria）等產生的一種環七肽，目前已分離、鑒定了80多種結構。其結構通式如圖1所示[4]。 其側鏈 Adda（3-amino-9-methoxy-2，6，8-trimethyl-10-phenyldeca-4，6-dienoic acid） 對活性影響很大，當Adda被臭氧分解其毒性完全消失[5]。目前已知的MC異構體中以MC-LR、MC-RR、MCYR、MC-WR（見圖 1）最為常見，其中MC-LR毒性最強[6]。

MC是淡水水體中危害性最大的一類毒素，對多種器官具有毒性，由于具有明顯的親肝性，對肝臟的毒性最大并有促癌作用[7]，此外還有細胞毒性和生殖毒性[8]。主要采用物理和化學的方法除去水體中的MC來預防毒害。

1.3 蜂毒肽

圖1 鵝膏毒肽、鬼筆毒肽、毒傘素及微囊藻毒素的結構

蜂毒肽（melittin）為不對稱的線性多肽鏈，不含二硫鍵，N-端的氨基酸大多含有疏水性基團，末端2個氨基酸帶正電荷；C-端的氨基酸多含有親水性基團，末端4個氨基酸帶正電荷；呈強堿性。蜂毒肽主要含有三種成分（見表1）：蜂毒肽Ⅰ，蜂毒肽Ⅱ及蜂毒肽F，分別由26、27和19個氨基酸組成。蜂毒肽Ⅰ由26個氨基酸組成，相對分子質量為2840 Da；蜂毒肽Ⅱ由27個氨基酸組成，與蜂毒肽Ⅰ的21～27位氨基酸組成稍有不同，相對分子質量是2849 Da；蜂毒肽F由19個氨基酸組成。在蜂的毒液中主要以蜂毒肽Ⅰ的形式存在[9]。

表1 蜂毒肽的一級結構

蜂毒急性中毒表現為頭昏、乏力、惡心、嘔吐、少尿或無尿，以及蟄傷處皮膚不同程度的破潰。蜂毒可損害多臟器的功能，尤以對腎、肝、心及血液系統損害最為明顯。針對不同器官損傷的程度，可酌情選用聯苯雙脂、肌苷、維生素C、促紅細胞生長素等保肝、護腎或糾正貧血，選用頭孢三嗪、氧氟沙星等治療傷口感染；此外，血液透析可以清除患者體內毒素及毒素作用產生的過多水分，維持酸堿平衡，防治急性腎衰竭并發癥，降低高膽紅素血癥，有利于腎、肝、心等功能的恢復[10]。

1.4 蛇毒毒素

蛇毒毒素主要由蛋白質、多肽類和多種酶類組成。其中多肽類的蛇毒毒素主要包括神經毒素（neurotoxin，NT）、心臟毒素（cardiotoxin）和肌肉毒素（myotoxins）。蛇毒神經毒素是一類堿性多肽，相對分子質量為6000～12000 Da，等電點在9以上，能使動物產生遲緩性麻痹和呼吸衰竭，如眼鏡蛇的神經毒素含有5對二硫鍵，由61～62（15～16種）或71（17～18種）個氨基酸組成[11]；蛇毒心臟毒素又稱細胞毒素，由大約60（15～17種）個氨基酸組成的強堿性多肽，相對分子質量為6000～7000 Da，具有心臟毒性和細胞毒性；蛇毒肌肉毒素分離自響尾蛇亞科和腹蛇亞科，能特異性作用于骨骼肌。

蛇毒中毒在臨床上表現為局部傷口感染、松弛性肢體麻痹、全身肌肉溶解、凝血病、大出血、休克、腎功能衰竭、肺損傷、肝損傷、心臟中毒及多器官功能障礙綜合癥等。被毒蛇咬傷后首選治療藥物為抗蛇毒血清，它能中和機體內游離的蛇毒使其失活，迅速控制局部和全身中毒癥狀；另外皮質激素對毒蛇咬傷的療效也很顯著[12]。

1.5 蝎毒素

蝎毒素（buthotoxin）是一種由20～80個氨基酸組成的多肽，可分為兩類：一類由60～70個氨基酸組成的堿性多肽鏈，絕大多數相對分子質量為7000～7500 Da，C-端氨基酸均被酰化，大部分含4對二硫鍵，等電點大于8；另一類由28～40個氨基酸組成的短鏈多肽，相對分子質量為2800～4500 Da，分子內堿性氨基酸占多數，含有3或4對二硫鍵[13]。

蝎毒主要作用于神經、肌肉和心血管系統，可引起呼吸抑制或心血管衰竭，嚴重的可導致中毒者死亡。中毒者常有眼淚、鼻溢、流涎、支氣管和消化道分泌物增多癥狀，有時出現局部壞疽、壞死或大量溶血，導致腎損害甚至發生彌漫性血管內凝血。中毒者可使用次亞氯酸鉀、明礬、胃蛋白酶、3%氨水或中藥蟾酥、附子汁、蝎酒等解毒，嚴重中毒時應給受傷者注入足夠的抗蝎毒血清[14]。

1.6 其他毒素

槲寄生毒素是一類相對分子質量在5000 Da左右的含有46個氨基酸殘基的毒性多肽，富含半胱氨酸。至今已從白果槲寄生（Viscum album L.）、槲寄生（Viscum album ssp.coloratum Ohwi）以及東北槲寄生[Viscum coloratum（Kom.）Nakai]中總共分得14種槲寄生毒素，即viscotoxins A1、A2、A3、B、C、B2、B3 （C1）、B4、B5、B6、B7、B8、11-PS、UPS，其中除B7含有4對二硫鍵外，其他均含有3對二硫鍵[15]。

水蛭素（hirudin）是從水蛭及其唾液腺中提取得到的單鏈環肽化合物，共7個異構體。由65個氨基酸殘基組成，相對分子質量為7000 Da。N-端有3個二硫鍵，C-端富含酸性氨基酸殘基，63位的酪氨酸被硫酸化（Tyr-SO3H）。已有學者從分泌型重組水蛭素Ⅲ基因工程菌發酵液中分離純化出了水蛭素Ⅲ[16]。

2 毒性多肽的作用機理與生物活性

2.1 破壞細胞膜或細胞骨架

蜂毒肽可以增加細胞膜的透性，導致細胞膜裂解，因此它在細胞外即可顯示出破壞腫瘤細胞的作用，這些特性使其非常適合作為“彈頭”用來制造抗毒素，具有作為新的抗原輔助藥劑的強大潛力[17]，這一特性也與其具有抗菌、抗病毒的活性息息相關[18]。蜂毒肽分子帶有6個正電荷，對于帶負電的脂質有較強的親和力[19]，但脂雙層表面負電荷的靜電吸引作用使蜂毒肽不能深入細胞，而對其裂解細胞的能力具有一定的抑制作用[20]。另一類可以破壞細胞膜結構的是槲寄生毒素。槲寄生毒素在中性條件下帶有正電荷，與帶有負電荷的細胞膜磷脂成分有較強的作用[21-22]。這類毒素可在細胞膜上形成離子通道，導致細胞內離子的泄漏而破壞離子濃度梯度，并可通過分子上所帶有的正電荷與帶有負電荷的底物分子作用而破壞細胞膜。這種特性在抗腫瘤的研究中得到了應用，并已證明其對多種腫瘤細胞系具有細胞毒作用[23-24]。

鬼筆毒肽、毒傘肽和微囊藻毒素均有破壞細胞骨架的作用。鬼筆毒肽和毒傘素能專一性地與F-actin（纖維形肌動蛋白）結合，打破正常生理狀態下F-actin與G-actin（球形肌動蛋白）之間聚合與解聚的動態平衡，從而大量形成F-actin毒肽復合體而破壞細胞骨架[2]。微囊藻毒素對絲/蘇氨酸蛋白磷酸酶PP1和PP2A的活性有強烈的抑制作用，可導致細胞骨架蛋白廣泛的超磷酸化，使微管肌動蛋白支架特異性坍塌[25]。

2.2 作用于離子通道

蝎毒毒素中的長鏈多肽具有高度的特異性，其主要作用靶點為細胞膜上的電壓依賴型Na+通道，該特性已被用于新型生物殺蟲劑的研制；短鏈多肽主要作用于 K+、Na+、Ca2+、Cl-離子通道， 大量結構獨特的、選擇性地作用于特定靶點的多肽不僅呈現出很強的生物活性，且具有高度的選擇性，已成為神經藥理學研究中不可缺少的工具，同時也在醫藥領域中表現出廣闊的應用前景[26]。

蛇毒毒素的作用機制因類型不同而不同。神經毒素類，如突觸后α-神經毒素對乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptor，NAChR）具有高度的專一性[27]，可用于研究神經系統的結構與功能的關系，以及NAChR的分離和定性，從樹眼鏡蛇中分離得到的毒覃堿神經毒素可識別毒覃堿乙酰膽堿受體，除用于研究毒覃堿受體亞型的生理活性外，還可用于神經退行性疾病的治療[28]。心臟毒素類可專一性結合心血管組織細胞中的糖胺聚糖引起平滑肌的去極化和攣縮，以及神經的去極化和失去興奮性；心臟毒素還可直接激活Ca2+依賴性的蛋白酶，引起線粒體呼吸功能故障[29]；臨床上，心臟毒素除作為探針研究骨骼肌和心肌的脂代謝和Ca2+調節外，還與突觸前神經毒素一起用于Ⅰ期臨床治療癌癥[30]。肌肉毒素類，如myotoxin-a能特異性與骨骼肌Ca2+調節系統——肌漿網結合，引起離子透性變化并導致肌漿網和肌原纖維膨脹、瓦解；但其抗體被用于治療響尾蛇中毒引起的肌壞死，尖吻蝮蛇蛇毒已在臨床上用于止血、溶栓[31-32]。

2.3 誘導細胞凋亡

鵝膏毒肽如α-鵝膏毒肽，具有干擾腫瘤細胞蛋白p53的表達而誘導細胞凋亡的特性[33]，使鵝膏毒肽在抗腫瘤方面有很好的開發前景。實驗證明α-鵝膏毒肽對小鼠皮膚癌、肝癌細胞SMMC-7721和H22荷瘤小鼠都有較好的抑制作用[34]，且能抑制乙型肝炎病毒的復制[35]。微囊藻毒素能通過破壞Bcl-2/Bax蛋白表達的平衡、激活caspase-3、氧化應激[36-37]等途徑導致細胞凋亡，可導致PP1和PP2A的過磷酸化，從而引起鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）磷酸化后活性消失，誘導凋亡發生，加之過磷酸化導致的調節失衡，使細胞質內鈣離子信號過度釋放而加速細胞凋亡[38]。

2.4 其他

水蛭素是作用最強的凝血酶特異性抑制劑，具有抗凝血作用，廣泛用于治療各種血栓疾病，也可用于預防手術后動脈血栓的形成、改善體外血液循環和血液透析過程，在腫瘤治療中也具有一定的作用[39]。

3 結 語

天然產物中的毒性多肽由于其分子結構的不同，作用機制及生物活性也各不相同，主要通過破壞細胞膜或細胞骨架、影響離子通道的功能以及誘導細胞凋亡等方式而起作用。隨著科學技術的發展，對天然藥物中毒性多肽的認識和研究也將越來越深入。對天然產物中毒性多肽結構及作用機理的認識，一方面有利于人們避免和解除其毒性危害；另一方面有利于“變毒為寶”，將這些特殊的生物活性用于治療危害人類健康的疑難病癥。

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