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发布日期:2021/11/5 16:46:12

成语中的“蛇蝎心肠”是用来比喻某人心地的阴险及恶毒,蛇、蝎都是带有毒液的动物,因而被拟人化形容人心的险恶。台湾的毒蛇种类多,但是塬生的蝎子只有不具毒性的“八重山蝎”和“斑等蝎”两种。大家对蝎子的印象,多是从电视、报章和杂志上来的,只知道蝎子是一种节肢动物,其尾部末端有一个内含毒液的毒囊与一支毒刺相连,用以螫击猎物和御敌。蝎子毒液的成份已被研究多年了,但最近的研究,却发现它们有许多过去所意想不到的医学用途⋯⋯

话说从头──蝎毒也有杀菌的功能?

最近,来自墨西哥国立自治大学(Universidad Nacional Autonoma de Mexico)的研究人员卡加莫-诺利加(Edson Norberto Carcamo-Noriega)和他的团队,採集一种栖息于墨西哥的蝎子——梁龙蝎(Diplocentrus melici)毒囊内的毒液。

令人惊讶的是,当毒液一曝露到空气中,立即显现出红色及蓝色两种化合物。他们将这两种化合物送到美国史丹佛大学(Leland Stanford Junior University)札尔(Richard N. Zare)教授的实验室,经后续的质谱仪和核磁共振光谱学(nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR)进行分析,确定了两种苯醌(benzoquinone,图一)的存在。

不过,由于从每隻蝎子身上能採到的毒液量很少,无法直接进行生物检定(bioassay)测试。幸好这两种毒素是小分子化合物,因而研究人员得以在实验室内,使用商业上的前驱物进行合成,再使用这些人工合成的毒素,进行结晶定序以确定其3-D结构。

图一: (A) 红色化合物3,5-dimethoxy-2-(methylthio) cyclohexa-2,5-diene-1,4-dione (B) 蓝色化合物5-methoxy-2,3-bis(methylthio) cyclohexa-2,5-diene-1,4-dione

 

接着,这两样合成物被送到墨西哥国家医学及营养学研究所(Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición)病理实验室,由曼杜扎-图基罗(Monserrat Mendoza-Trujillo)的团队进行生物检定测试。

他们先使老鼠感染金黄葡萄球菌(Staphylococcus aureus)及肺结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis),再用这两种化合物投药。结果发现,红色成份可以杀死金黄葡萄球菌,其最低抑制浓度(minimal inhibitory concentration, MIC)为 4 μg∕mL;蓝色化合物则是可以杀死肺结核分枝杆菌,MIC 亦为 4μg∕mL。对于具有多重抗药性的“肺结核分枝杆菌株”,也有相同的杀菌效用,且不会伤害老鼠肺脏表衬细胞的活性。

是毒药,也是良方!那些年他们研究的蝎毒

回顾过去 50 年,蝎毒的研究可以分为叁个阶段:被蝎子螫到会发生什么事──第一阶段的研究,着重于患者被蝎子螫后的生理反应描述,医界将中毒的反应分为叁级:第一级有局部的疼痛,只要给予止痛药即可;第二级反应包括心搏过速(tachycardia)、心律不整(arrhythmia)、唿吸困难(dyspnea)、无法控制的流泪、口吐白沫、呕吐、高血压或低血压等生理反应。治疗方式主要为施打抗血清加速代谢毒物或给予药物抑制痉挛;第叁级反应包括有:心脏衰竭、心因性休克(cardiogenic shock)和电解质失调等,这种病患要立即送入加护病房急救。

它们怎么让人中毒的──第二阶段的研究,着重于蝎毒内含物的结构分析及致毒的生理机制的探讨。截至2010年,超过一千种的蝎毒蛋白结构已被定序。其中有许多种毒蛋白,都是胱胺酸的衍生物,但也有不属于这一类的。它们共同的特徵是皆为小分子结构,分子量小于 3001 道尔顿(Da),且具有干扰细胞膜表面的钾离子、钠离子、钙离子和氯离子的通道活性,从而造成被螫者中毒。

抑炎抗菌,反转死神镰刀──第叁阶段的研究,则是从实用的角度探讨蝎毒的医疗应用价值。例如从墨西哥阿兹特克蝎子(Hadrurus aztecus)分离出的抗菌蛋白(hadrurin)有杀菌的作用;而帝王蝎(Pandinus imperator,图二)毒素中分离出的蝎毒(scorpine)有杀死细菌及疟塬虫的效应。史密斯墨西哥蝎(Vaejovis mexicanus smithi)分离出的钾离子管道阻断分子,则有抑制发炎的作用等。而前述卡加莫-诺利加团队最新发现的红色及蓝色化合物,含有抗生素作用,则代表目前研究者们努力的方向。

图二:帝王蝎。(Pxhere)

 

蝎子身上带有毒液 为何不会毒到自己?截至目前为止,有关蝎毒的研究仍有一个重要的题目尚未有研究者着手:既然蝎毒会干扰被螫动物细胞膜表面的钾离子、钠离子、钙离子和氯离子的通道活性,为何这毒液不会对蝎子本身造成损害呢?

箭毒蛙的毒素与其受体突变是相当经典的研究内容。图/wikipedia

 

以箭毒蛙(poison dart frog)为例,其会在体内储藏毒液作为御敌使用,带有表巴蒂啶(epibatidine)毒的分趾蟾科毒蛙具备尼古丁乙醯胆硷受体,而受体上有一个胺基酸序列的变异,使得蛙体内尼古丁乙醯胆硷受体灵敏度的降低,因而不会与表巴蒂啶蛙毒结合。意即,蛙体内累积的毒素,并不会对毒蛙自己造成毒害。

但是,乙酰胆碱是毒蛙存活的必要神经传导物质,虽然受体上的突变可避免与累积的蛙毒结合,但也会降低与乙酰胆碱的结合。因此,演化上的另一杰作,就是乙酰胆碱受体上有另一个胺基酸序列的变异,使得它能与乙醯胆硷正常结合,进行神经讯号的传导。换句话说,受体上两个胺基酸的替换,一方面可使毒蛙不被自己储存的毒素杀死;而另一方面,却又能维持正常的乙酰胆碱神经传导功能。

蝎子体内是用哪种机制,以避免被自己体内储存的毒液所害?笔者认为,这是未来值得研究的好题材。

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