天然产物中毒性多肽的研究进展*

曹锫沛，张朝凤，许翔鸿，张 勉

中国药科大学生药学研究室，南京 211198

在天然产物中存在很多具有毒性的多肽类化合物，往往很微量的摄入就对生物体有毒性作用。临床上常见误食毒蘑菇中毒、微囊藻毒素污染水体诱发中毒、蜂毒中毒及蛇毒中毒等病例，其毒性成分主要是多肽类化合物。但事物总是有两面性，强毒性的物质往往也具有较强的生物活性，毒性多肽在抗肿瘤及治疗其他疾病中具有特殊的作用。因此充分认识、了解毒肽类化合物的结构及作用机理，一方面有助于我们采取对症、有效的解毒方法；另一方面通过构效关系的研究，扬长避短，将其作为新药研发的先导化合物进行合理开发利用。本文综述了天然产物中毒性多肽在结构、毒性、活性和作用机制方面的研究进展。

1 毒性多肽的结构、中毒症状及解毒方法

1.1 鹅膏毒肽类

已从鹅膏菌属（Amanita）、锥盖伞属（Conocybe）等植物中分离鉴定的22种鹅膏毒肽类，大多是由含羟基的L-构型氨基酸构成的环肽，在吲哚环的2位连有一个硫原子的色氨酸残基。根据其氨基酸组成和结构[1-2]（见图1），鹅膏毒素可分为三大类：鹅膏毒肽类（amtoxins），为双环八肽，已发现9种，以α-鹅膏毒肽（α-amanitin）和 β-鹅膏毒肽（β-amanitin）在鹅膏菌属中含量最高且是主要的毒肽成分；鬼笔毒肽类（phallotoxins），为双环七肽，已分得 7种，主要有二羟鬼笔毒肽（phalloidin）、羧基二羟鬼笔毒肽（phallacidin）， 多 存 在 于 乳 白 锥 盖 伞 （Conocybe lacteal）中；毒伞素类（virotoxins），为单环七肽，已发现6种，主要从鳞柄白毒鹅膏（Amanita virosa）菌中分得。

鹅膏毒肽类中毒时会引发恶心、呕吐、腹痛等胃肠症状，进而可导致肝功能异常、黄疸、肝肿大、内出血、内脏损伤，最后导致肝、肾、心、脑、肺等多器官功能衰竭，甚至死亡。中毒早期的治疗可采用洗胃、活性炭吸附、导泻等方法；促进肾脏排泄是去除毒素的主要途径；也可采用二巯基丙磺酸钠、水飞蓟宾、维生素K、紫灵芝等药物进行中毒后的解毒治疗；严重时应采用血液透析、血浆置换、肝移植等治疗方式[3]。

1.2 微囊藻毒素

微囊藻毒素（mciorycstin，MC）主要是由淡水藻类铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、鱼腥藻（Anabaena）、颤藻（Oscillatoria）等产生的一种环七肽，目前已分离、鉴定了80多种结构。其结构通式如图1所示[4]。 其侧链 Adda（3-amino-9-methoxy-2，6，8-trimethyl-10-phenyldeca-4，6-dienoic acid） 对活性影响很大，当Adda被臭氧分解其毒性完全消失[5]。目前已知的MC异构体中以MC-LR、MC-RR、MCYR、MC-WR（见图 1）最为常见，其中MC-LR毒性最强[6]。

MC是淡水水体中危害性最大的一类毒素，对多种器官具有毒性，由于具有明显的亲肝性，对肝脏的毒性最大并有促癌作用[7]，此外还有细胞毒性和生殖毒性[8]。主要采用物理和化学的方法除去水体中的MC来预防毒害。

1.3 蜂毒肽

图1 鹅膏毒肽、鬼笔毒肽、毒伞素及微囊藻毒素的结构

蜂毒肽（melittin）为不对称的线性多肽链，不含二硫键，N-端的氨基酸大多含有疏水性基团，末端2个氨基酸带正电荷；C-端的氨基酸多含有亲水性基团，末端4个氨基酸带正电荷；呈强碱性。蜂毒肽主要含有三种成分（见表1）：蜂毒肽Ⅰ，蜂毒肽Ⅱ及蜂毒肽F，分别由26、27和19个氨基酸组成。蜂毒肽Ⅰ由26个氨基酸组成，相对分子质量为2840 Da；蜂毒肽Ⅱ由27个氨基酸组成，与蜂毒肽Ⅰ的21～27位氨基酸组成稍有不同，相对分子质量是2849 Da；蜂毒肽F由19个氨基酸组成。在蜂的毒液中主要以蜂毒肽Ⅰ的形式存在[9]。

表1 蜂毒肽的一级结构

蜂毒急性中毒表现为头昏、乏力、恶心、呕吐、少尿或无尿，以及蛰伤处皮肤不同程度的破溃。蜂毒可损害多脏器的功能，尤以对肾、肝、心及血液系统损害最为明显。针对不同器官损伤的程度，可酌情选用联苯双脂、肌苷、维生素C、促红细胞生长素等保肝、护肾或纠正贫血，选用头孢三嗪、氧氟沙星等治疗伤口感染；此外，血液透析可以清除患者体内毒素及毒素作用产生的过多水分，维持酸碱平衡，防治急性肾衰竭并发症，降低高胆红素血症，有利于肾、肝、心等功能的恢复[10]。

1.4 蛇毒毒素

蛇毒毒素主要由蛋白质、多肽类和多种酶类组成。其中多肽类的蛇毒毒素主要包括神经毒素（neurotoxin，NT）、心脏毒素（cardiotoxin）和肌肉毒素（myotoxins）。蛇毒神经毒素是一类碱性多肽，相对分子质量为6000～12000 Da，等电点在9以上，能使动物产生迟缓性麻痹和呼吸衰竭，如眼镜蛇的神经毒素含有5对二硫键，由61～62（15～16种）或71（17～18种）个氨基酸组成[11]；蛇毒心脏毒素又称细胞毒素，由大约60（15～17种）个氨基酸组成的强碱性多肽，相对分子质量为6000～7000 Da，具有心脏毒性和细胞毒性；蛇毒肌肉毒素分离自响尾蛇亚科和腹蛇亚科，能特异性作用于骨骼肌。

蛇毒中毒在临床上表现为局部伤口感染、松弛性肢体麻痹、全身肌肉溶解、凝血病、大出血、休克、肾功能衰竭、肺损伤、肝损伤、心脏中毒及多器官功能障碍综合症等。被毒蛇咬伤后首选治疗药物为抗蛇毒血清，它能中和机体内游离的蛇毒使其失活，迅速控制局部和全身中毒症状；另外皮质激素对毒蛇咬伤的疗效也很显著[12]。

1.5 蝎毒素

蝎毒素（buthotoxin）是一种由20～80个氨基酸组成的多肽，可分为两类：一类由60～70个氨基酸组成的碱性多肽链，绝大多数相对分子质量为7000～7500 Da，C-端氨基酸均被酰化，大部分含4对二硫键，等电点大于8；另一类由28～40个氨基酸组成的短链多肽，相对分子质量为2800～4500 Da，分子内碱性氨基酸占多数，含有3或4对二硫键[13]。

蝎毒主要作用于神经、肌肉和心血管系统，可引起呼吸抑制或心血管衰竭，严重的可导致中毒者死亡。中毒者常有眼泪、鼻溢、流涎、支气管和消化道分泌物增多症状，有时出现局部坏疽、坏死或大量溶血，导致肾损害甚至发生弥漫性血管内凝血。中毒者可使用次亚氯酸钾、明矾、胃蛋白酶、3%氨水或中药蟾酥、附子汁、蝎酒等解毒，严重中毒时应给受伤者注入足够的抗蝎毒血清[14]。

1.6 其他毒素

槲寄生毒素是一类相对分子质量在5000 Da左右的含有46个氨基酸残基的毒性多肽，富含半胱氨酸。至今已从白果槲寄生（Viscum album L.）、槲寄生（Viscum album ssp.coloratum Ohwi）以及东北槲寄生[Viscum coloratum（Kom.）Nakai]中总共分得14种槲寄生毒素，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对二硫键外，其他均含有3对二硫键[15]。

水蛭素（hirudin）是从水蛭及其唾液腺中提取得到的单链环肽化合物，共7个异构体。由65个氨基酸残基组成，相对分子质量为7000 Da。N-端有3个二硫键，C-端富含酸性氨基酸残基，63位的酪氨酸被硫酸化（Tyr-SO3H）。已有学者从分泌型重组水蛭素Ⅲ基因工程菌发酵液中分离纯化出了水蛭素Ⅲ[16]。

2 毒性多肽的作用机理与生物活性

2.1 破坏细胞膜或细胞骨架

蜂毒肽可以增加细胞膜的透性，导致细胞膜裂解，因此它在细胞外即可显示出破坏肿瘤细胞的作用，这些特性使其非常适合作为“弹头”用来制造抗毒素，具有作为新的抗原辅助药剂的强大潜力[17]，这一特性也与其具有抗菌、抗病毒的活性息息相关[18]。蜂毒肽分子带有6个正电荷，对于带负电的脂质有较强的亲和力[19]，但脂双层表面负电荷的静电吸引作用使蜂毒肽不能深入细胞，而对其裂解细胞的能力具有一定的抑制作用[20]。另一类可以破坏细胞膜结构的是槲寄生毒素。槲寄生毒素在中性条件下带有正电荷，与带有负电荷的细胞膜磷脂成分有较强的作用[21-22]。这类毒素可在细胞膜上形成离子通道，导致细胞内离子的泄漏而破坏离子浓度梯度，并可通过分子上所带有的正电荷与带有负电荷的底物分子作用而破坏细胞膜。这种特性在抗肿瘤的研究中得到了应用，并已证明其对多种肿瘤细胞系具有细胞毒作用[23-24]。

鬼笔毒肽、毒伞肽和微囊藻毒素均有破坏细胞骨架的作用。鬼笔毒肽和毒伞素能专一性地与F-actin（纤维形肌动蛋白）结合，打破正常生理状态下F-actin与G-actin（球形肌动蛋白）之间聚合与解聚的动态平衡，从而大量形成F-actin毒肽复合体而破坏细胞骨架[2]。微囊藻毒素对丝/苏氨酸蛋白磷酸酶PP1和PP2A的活性有强烈的抑制作用，可导致细胞骨架蛋白广泛的超磷酸化，使微管肌动蛋白支架特异性坍塌[25]。

2.2 作用于离子通道

蝎毒毒素中的长链多肽具有高度的特异性，其主要作用靶点为细胞膜上的电压依赖型Na+通道，该特性已被用于新型生物杀虫剂的研制；短链多肽主要作用于 K+、Na+、Ca2+、Cl-离子通道， 大量结构独特的、选择性地作用于特定靶点的多肽不仅呈现出很强的生物活性，且具有高度的选择性，已成为神经药理学研究中不可缺少的工具，同时也在医药领域中表现出广阔的应用前景[26]。

蛇毒毒素的作用机制因类型不同而不同。神经毒素类，如突触后α-神经毒素对乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptor，NAChR）具有高度的专一性[27]，可用于研究神经系统的结构与功能的关系，以及NAChR的分离和定性，从树眼镜蛇中分离得到的毒覃碱神经毒素可识别毒覃碱乙酰胆碱受体，除用于研究毒覃碱受体亚型的生理活性外，还可用于神经退行性疾病的治疗[28]。心脏毒素类可专一性结合心血管组织细胞中的糖胺聚糖引起平滑肌的去极化和挛缩，以及神经的去极化和失去兴奋性；心脏毒素还可直接激活Ca2+依赖性的蛋白酶，引起线粒体呼吸功能故障[29]；临床上，心脏毒素除作为探针研究骨骼肌和心肌的脂代谢和Ca2+调节外，还与突触前神经毒素一起用于Ⅰ期临床治疗癌症[30]。肌肉毒素类，如myotoxin-a能特异性与骨骼肌Ca2+调节系统——肌浆网结合，引起离子透性变化并导致肌浆网和肌原纤维膨胀、瓦解；但其抗体被用于治疗响尾蛇中毒引起的肌坏死，尖吻蝮蛇蛇毒已在临床上用于止血、溶栓[31-32]。

2.3 诱导细胞凋亡

鹅膏毒肽如α-鹅膏毒肽，具有干扰肿瘤细胞蛋白p53的表达而诱导细胞凋亡的特性[33]，使鹅膏毒肽在抗肿瘤方面有很好的开发前景。实验证明α-鹅膏毒肽对小鼠皮肤癌、肝癌细胞SMMC-7721和H22荷瘤小鼠都有较好的抑制作用[34]，且能抑制乙型肝炎病毒的复制[35]。微囊藻毒素能通过破坏Bcl-2/Bax蛋白表达的平衡、激活caspase-3、氧化应激[36-37]等途径导致细胞凋亡，可导致PP1和PP2A的过磷酸化，从而引起钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）磷酸化后活性消失，诱导凋亡发生，加之过磷酸化导致的调节失衡，使细胞质内钙离子信号过度释放而加速细胞凋亡[38]。

2.4 其他

水蛭素是作用最强的凝血酶特异性抑制剂，具有抗凝血作用，广泛用于治疗各种血栓疾病，也可用于预防手术后动脉血栓的形成、改善体外血液循环和血液透析过程，在肿瘤治疗中也具有一定的作用[39]。

3 结 语

天然产物中的毒性多肽由于其分子结构的不同，作用机制及生物活性也各不相同，主要通过破坏细胞膜或细胞骨架、影响离子通道的功能以及诱导细胞凋亡等方式而起作用。随着科学技术的发展，对天然药物中毒性多肽的认识和研究也将越来越深入。对天然产物中毒性多肽结构及作用机理的认识，一方面有利于人们避免和解除其毒性危害；另一方面有利于“变毒为宝”，将这些特殊的生物活性用于治疗危害人类健康的疑难病症。

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