蓖麻毒素應用研究進展※

●霍玉淼 文艷鵬 包春光 袁樸芳 任文靜 高 昶 李玉玲 黃鳳蘭，3※※

（1.內蒙古民族大學生命科學與食品學院 內蒙古 通遼 028000；2.通遼市農畜產品質量安全中心 內蒙古 通遼 028000；3.蓖麻育種國家民委重點實驗室/內蒙古自治區高校蓖麻產業工程技術研究中心/內蒙古自治區蓖麻育種重點實驗室/內蒙古自治區蓖麻產業協同創新中心/蓖麻產業技術創新內蒙古自治區工程研究中心 內蒙古 通遼 028000）

蓖麻（Ricinus communisL·）為大戟目大戟科蓖麻屬的一種非食用經濟作物。蓖麻籽中含油量較高，壓榨后可獲得蓖麻油及蓖麻餅粕。蓖麻油是一種可再生“綠色石油”資源，被廣泛應用于醫藥、農業、航空、化工和機械生產等領域；蓖麻餅粕可用于制作有機肥及飼料。蓖麻葉及根具有較高的藥用價值，可消腫拔毒、祛風活血及止痛鎮靜等[1]。世界各國對于蓖麻產品的研發及應用愈加重視，中國對蓖麻的研究處于世界領先水平[2]。

蓖麻毒素主要分布于蓖麻植株的莖、葉和籽實中，包括蓖麻毒蛋白、蓖麻堿、蓖麻變應原和血球凝集素。本文對4 種毒性物質的理化性質和毒性，以及在醫藥和農藥方面的最新應用研究進行概述，以期為蓖麻毒素后續的開發利用奠定基礎。

1 蓖麻毒素的理化性質及毒性

1.1 蓖麻毒蛋白

蓖麻毒蛋白是一種植物糖蛋白，其含量在蓖麻籽中最高，為1%～5%。蓖麻毒蛋白的分子式為-[C8H8N2O2]n-，分子量約為64·0 kDa。蓖麻毒蛋白純品為白色粉末狀或結晶狀，在鹽類水溶液或酸性稀釋液中的溶解度較高，不溶于甲苯、乙醇、乙醚、三氯甲烷等。一個蓖麻毒蛋白分子由A 鏈和B 鏈組成，其中A 鏈為活性鏈，由267 個氨基酸殘基組成，分子量約為31·0 kDa，其存在于N 端和C 端的兩個Lys 殘基對其毒性的發揮極為重要；B 鏈為結合鏈，由259 個氨基酸組成，分子量約為34·0 kDa，含有與半乳糖特異結合的部位。目前已知的蓖麻毒蛋白有4 種晶型結構，即D 型、CI 型、TL 型和BI 型，其中D 型毒性最強[3-4]。

蓖麻毒蛋白是當前世界上已知最致命的毒素之一，可使幾乎全部真核細胞染毒[5]。蓖麻毒蛋白中毒后早期急性反應有發熱、胸腔積液、腸道出血壞死性炎癥等。中毒較輕者48～72 h 恢復，嚴重者可因呼吸和循環衰竭在24～96 h 死亡。人的致死劑量為1～20 mg/kg[6]。

1.2 蓖麻堿

蓖麻堿是一種重要天然活性成分，在幼芽、子葉中含量較高，為0·7%～1%。蓖麻堿的分子式為C8H8N2O2，分子量為164·17 Da。蓖麻堿純品為白色針狀或棱柱狀結晶體，在熱水和熱三氯甲烷中溶解度較高，在熱乙醇中也有一定的溶解性，但難溶于苯、乙醚和石油醚；其堿性溶液可使高錳酸鉀還原，并伴隨有氫氰酸的生成。

蓖麻堿是一種劇毒生物堿，分子中含有氰基，具有較強的毒性，毒性反應主要有惡心、嘔吐，嚴重者肝、腎受損，呼吸抑制死亡等。以家禽雞為例，飼料中蓖麻堿含量高于0·01%，可抑制雞的生長；含量高于0·1%，可致雞中毒死亡[7-9]。

1.3 蓖麻變應原

蓖麻變應原是一種可引起人過敏的物質，在蓖麻籽中含量為1·5%～2%。蓖麻變應原的分子式為C10H16NOC4H4O4，分子量為281·3 Da。蓖麻變應原純品為淺黃色晶體或白色粉末，溶于水，在沸水中可維持穩定，不能被乙酸鉛沉淀。蓖麻變應原屬于CB-1A 型，是少許碳水化合物（2%～3%）與蛋白質共同聚合而成的糖蛋白[10]。

蓖麻變應原不僅有抗原性，還有極強的致敏活性，含量為1 mg/kg 的水溶液會引起過敏患者的陽性反應，注射到動物體內可形成抗體，其毒性對人則會引起過敏但不致死。與人相比，對動物的毒性較強，嚴重的會產生致命性過敏[11]。

1.4 血球凝集素

血球凝集素是一種具有活性的高分子蛋白毒素，其含量在蓖麻籽中很少，僅占0·005%～0·015%。它遇熱較不穩定，100℃、30 min 條件下可導致活性喪失。血球凝集素的分子量為130·0 kDa，其分子結構類似于蓖麻毒蛋白。

血球凝集素對一些糖分子具有親和力，進入動物體內，可使血紅細胞凝聚。血球凝集素對動物的毒性是蓖麻毒蛋白的百分之一，但對紅細胞的凝集活性是它的50 倍[12]。

2 蓖麻毒素的作用

2.1 蓖麻毒素在醫藥方面的應用

蓖麻毒蛋白A 鏈和B 鏈借助二硫鍵相互連接，其B 鏈可以與真核細胞膜表面的受體特異性結合，并將A 鏈導入細胞，特異性地催化脫掉存在于真核細胞核糖體內的28S rRNA 中GAGA-莖環結構中的第一個腺苷上的腺嘌呤，阻止哺乳動物伸長因子-2 與核糖體結合，從而停止蛋白質合成和激活細胞死亡途徑[13-14]。利用這一生物學特征，可以將蓖麻毒蛋白應用于腫瘤的臨床治療。

早期蓖麻毒蛋白的應用是將其直接注入瘤體，結果表明蓖麻毒蛋白雖具有一定的抑制腫瘤作用，但由于B 鏈無特異性，會導致正常細胞損傷及死亡。為解決此問題，第一代免疫毒素誕生，制備方法為利用二硫鍵將完整的蓖麻毒蛋白與特異性靶向腫瘤細胞的抗體連接。這類免疫毒素雖能起到治療腫瘤的效果，但存在血管滲漏綜合征等副作用，無法廣泛應用于腫瘤的臨床治療。

隨著高分子材料在醫藥學領域的應用，多囊脂質體、凝膠等藥物新劑型不斷應用于免疫毒素的制備。楊菁[15]等利用溫敏型凝膠將蓖麻毒蛋白包裹，以超聲介導的方式，將其注入耐藥的人卵巢癌裸鼠瘤體內，結果表明，被溫敏型凝膠包裹的蓖麻毒蛋白可抑制人卵巢癌細胞的增殖，與模型組相比，給藥后4 周的腫瘤明顯縮小，生長抑制率可達56·5%。這種方法不但提高了包裹蓖麻毒蛋白的穩定性，使蓖麻毒蛋白被穩定地釋放，并且可以有效降低細胞耐藥性及全身毒副作用。

第二代免疫毒素直接放棄B 鏈，順勢將A 鏈與專一性識別腫瘤細胞的最小抗體片斷進行連接[16]，使得這類免疫毒素具有較高的特異性，同時也能降低B 鏈對正常細胞的毒性。但存在大部分免疫毒素進入細胞后易被溶酶體降解、靶向性較低等問題。

現階段，新型重組免疫毒素已被構建，它利用基因重組技術將蓖麻毒蛋白與具有靶向選擇性的抗體片段融合表達[17]。焦鵬燕[17]制備了重組免疫毒素RTA-4D5 后，在其C 末端添加一個蛋白定位肽KDEL，構建出重組免疫毒素RTA-4D5-KDEL。對RTA-4D5-KDEL、RTA-4D5 及對照RTA 進行抗腫瘤活性檢測，結果表明，它們對卵巢癌細胞SK-OV-3 的半致死率IC50 值分別為25 ng/mL、0·7 μg/mL、11 μg/mL。新型重組免疫毒素對腫瘤細胞的毒殺作用大幅度提高；通過對重組免疫毒素進行包封，從而降低蓖麻毒蛋白對全身的毒副作用；添加蛋白信號肽或選擇特異性配體，可大大提高蓖麻毒蛋白在腫瘤治療中的靶向性。

2.2 蓖麻毒素在農藥方面的應用

蓖麻是在生物農藥研究方面極具潛力的植物之一[18]。早期農戶使用蓖麻毒素的提取物進行害蟲防治，效果較顯著。將蓖麻各部分（蓖麻根、莖、葉、籽），50℃左右烘干至發脆后粉碎過篩，后用液體（水或有機溶劑）浸泡數個小時，便可得到提取物[19]。付艷紅[20]研究發現，蓖麻籽提取物對煙草害蟲可發揮較強的觸殺作用，尤其是對各種蚜蟲的觸殺校正死亡率高達95%以上。

周勇強[21]利用蓖麻毒蛋白、蓖麻堿、去氰基后的蓖麻堿提取純品進行殺蟲效果試驗，結果表明：當蓖麻毒蛋白濃度為0·1%～0·8%時，對菜粉蝶3 齡幼蟲和蚜蟲的防治效果為30%～50%，效果不明顯；蓖麻堿對斜紋夜蛾、小菜蛾和白紋伊蚊幼蟲等均有極好的殺蟲效果，隨著濃度增加，殺蟲效果也隨之提高；蓖麻堿上的氰基被去除后，其殺蟲效果顯著下降。由此可知，蓖麻毒蛋白的殺蟲效果雖不明顯，但因其本身有強大毒性，改良后可應用于生物農藥；蓖麻堿作為殺蟲劑的有效成分，作用機理可能是其含有較強毒性的氰基。

研究表明，蓖麻毒素對害蟲的毒殺方式分別為觸殺和胃毒。趙丹[22]用蓖麻毒蛋白對蚜蟲和菜青蟲進行毒力測試，發現蓖麻毒蛋白對蚜蟲和菜青蟲均有一定的觸殺性，但胃毒效果較差。劉進進[23]等用蓖麻堿對甜菜夜蛾進行毒殺效果試驗，處理72 h 后，LC50（致死中濃度）為0·35 mg/L，觸殺與胃毒相結合，起到了較好的拒食效果。

利用蓖麻毒素制備生物農藥，配制過程簡單方便、成本低廉，具有超強的殺蟲、殺菌作用，且不會在生物鏈中形成富集，不產生耐藥性[24]，大大降低了對環境的污染。因此，蓖麻毒素在生物農藥的開發利用方面受到廣泛關注。

3 展望

在醫藥方面，蓖麻毒素對腫瘤的治療效果已被試驗和臨床研究證實。目前，高靶向性的重組免疫毒素已被構建，它可為后續制備臨床效果更好的免疫毒素提供參考，將蓖麻毒素應用于治療腫瘤藥物的研發，值得我們共同期待。在農藥方面，目前蓖麻毒素僅作為生物農藥應用于害蟲的非精準防治，基于蓖麻毒素對害蟲的作用機理及活性研究已取得一定成果，將其制備為專用的植物源殺蟲劑，有廣闊的應用前景。蓖麻變應原和血球凝集素的應用還有待進一步研究。