海葵毒素的药理活性研究进展

张亚茹　吴宗泽　罗李王等

摘要海葵是一种海洋中比较原始的动物，属于腔肠科，广泛分布于我国沿海海域。近年来，研究发现多种具有生物学活性的物质富含于海葵中，所以它成为海洋药物的研究焦点之一。对海葵神经毒素、溶细胞毒素、抗肿瘤毒素等物质的药理学生物活性进行了综述。

关键词海葵；毒素；药理活性

中图分类号S986.2文献标识码A文章编号0517-6611（2015）28-122-03

Advances in Researches on the Pharmacological Activity of Sea Anemone Toxin

ZHANG Yaru， WU Zongze， LUO Liwang， YANG Zuisu*

（Zhejiang Provincial Engineering Technology Research Center of Marine Biomedical Products， School of Food Science and Medicine of Zhejiang Ocean University， Zhoushan， Zhejiang 316022）

AbstractSea anemone is a kind of more primitive marine coelenterate animals which are widely distributed in the sea areas of China. In recent years， the study found that there were rich in a variety of biological active substances in the sea anemones. Thus， it has become one of the hot spots in the research of marine drugs. In this paper， the pharmacology biological activities of sea anemones including neurotoxins， cytolysins， antitumor toxins were reviewed.

Key wordsSea anemone； Toxin； Pharmacological activity

海葵（Sea anemone），别名海菊花，属于腔肠科的一种海洋动物，共有6科37种，分布广泛，主要分布在温热带及热带海域，其主要是在海中的岩石上或泥沙中固着[1]。海葵身体和触手中分布着特有的刺丝囊，与其他刺胞动物一样能分泌大量用于捕食及抵御外敌的毒液。人们在20世纪70年代就开始了对海葵化学成分的探索研究，发现海葵体及其触手中含有大量蛋白质和多肽类化合物，且它们具有神经毒和细胞毒等生物学活性[2]。笔者对海葵中提取毒素的药理活性进行了综述。

1神经毒素类

海葵的神经毒素主要是通过改变细胞膜上特定的离子通道（如Na+、K+通道）的活性，从而发挥其特定作用[3-4]。

1.1钠离子通道

海葵的神经毒素通过促进钠离子内流，使细胞内钠离子浓度升高，并进一步通过Na+-Ca2+交换和触发的钙通道开放刺激内钙释放，致使直接增加了细胞内的钙离子浓度，增强了心肌收缩的功效，但对心率和血压几乎没有产生影响。禚如朋等[5]

研究表明海葵多肽RSAPⅠ、RSAPⅡ对豚鼠心室肌细胞钠通道表现出活性，且二者所起的作用恰好相反。Gur Barzilai M等[6]研究了海葵毒素多肽AV3显示出节肢动物特异性的电压-门控钠通道（Navs），结果表明AV3的结合并非仅依赖于关联的DI / SS2-S6；且海葵钠离子通道毒素由3对分子内二硫键组成，分子量大约5 kD左右。Norton[7]将海葵中钠离子通道毒素据氨基酸序列的差异分为3种类型（1型、2型及3型），并且还从海葵中分离到1型钠离子通道毒素，包含有ApA、ApB 及ATX Ⅱ等。Andre Junqueira Zaharenko等[8]利用电刺激法从Bunodosoma cangicum中得到3种1型钠离子通道毒素：CGTXⅡ、δAITXBcg1a 和δAITX Bcg1b，该3种多肽类毒素对钠离子通道的特异选择性，可将其开发为具有钠离子通道特异性的探针。Mikiko Maeda 等[9]

提取并分离了3种海葵，分别得到1个δTLTXCa1a 毒素、2个δTLTXHh1a 和δTLTXHh1c 毒素、1个δTLTXTa1a毒素，并且它们还是海葵毒素2型钠离子通道中新发现的成员；3型钠离子通道毒素也发现了DaI、DaII 及ATX Ⅲ 等。黄雅俊等[10]对rhk2a的N末端进行了一定的修饰，结果表明rhk2a在强心上的作用虽有所减弱，但其稳定性有所增强、毒性相对减弱，且与毛花苷的强心效果相比显得更加明显。杨林等[11]从舟山黄海葵（AnthopLeura xanthogrammica）中分离并纯化到一种新的多肽毒素AX1，结果表明它不仅能够使大鼠背根神经节细胞的钠离子通道的失活得到抑制，而且能使钠离子通道的电流得到显著增加，由此可见其具有较为良好的兴奋性作用，有望开发成为潜在的强心药。

近年来，人们对海葵的研究不断深入，研究人员又发现了越来越多的新型蛋白肽类毒素。Armando Alexei Rodriguez等[12]利用反相色谱法和质谱技术等方法鉴定出5种同一型的钠离子通道海葵毒素以及具备同种作用的新发现的APETx多肽类神经毒素，并发现了海葵类最小肽类毒素（小于2 kD）。

1.2钾离子通道

根据氨基酸不同的一级结构，研究人员陆续从海葵中发现十几种钾离子通道的抑制剂，它们均为短肽链，由35～37个氨基酸组成，链内有6个半胱氨酸且形成3对二硫键。从加勒比海海葵中提取分离的ShK K+通道毒素能特异性地抑制T细胞上的K+通道，从而抑制Ca2+刺激所引起的T淋巴细胞增殖，为治疗一些慢性自体免疫疾病（如Ⅰ型糖尿病、风湿性关节炎等）提供一种新的治疗方案[13]。同时，将K+通道毒素分为1型、2型及3型这3种类型。目前，1型K+通道毒素AETX K[14]是从海葵中分离到并主要对外向延迟整流钾离子通道（Kv）发生作用 [15]，而迄今为至关于2型和3型的K+通道毒素发现较少。Steve Peigneur 等[16]得到1种新的含63个氨基酸残基的毒素APEKTx1；此外，海葵2型钾离子通道多肽毒素是通过3个二硫键相互交联以及能够阻断双重功能的活性物质且具有Kunitz型蛋白酶抑制剂和电压-门控的K+通道。APEKTx1不但能特异性阻断Kv1.1 K+通道，而且是能够竞争性地抑制胰蛋白酶的一种抑制剂。钾离子通道毒素能专一地与不同亚型的K+通道膜外蛋白结合，引起钾通道的关闭，还能促进神经传导细胞的乙酰胆碱释放。Kvl3钾通道亚型被认为是治疗T细胞介导的自身免疫性疾病（如多发性硬化症等）以及预防慢性移植物排斥的分子受体，在自身免疫性疾病治疗方面具有良好的应用前景。

此外，还有部分海葵多肽类神经毒素是通过影响细胞钾离子电流使心肌收缩力得到增强。黄焰等[17]研究发现APQ能够影响大鼠以及豚鼠心室肌单个钾离子电流，说明APQ 可以增大Ito、IK1及IK，也就是说APQ具有能使心肌收缩增强的作用。另外，还有些神经毒素（如APHC1[18]）则可以作用于其他离子通道（除钾离子、钠离子外）或神经类毒素多肽[19]（分子质量为2.0～3.5 kD ）。

2溶细胞毒素类

海葵溶细胞毒素是海葵毒素中的一大类，具有心肌毒性、血小板聚集、细胞毒、抗菌、抗肿瘤等广泛的生理活性。它是一类具有水溶性成分的分泌蛋白，具有很强的溶细胞作用，主要是通过在细胞上成孔进而导致细胞以及细胞器的裂解、消失。根据分子量大小可将海葵溶细胞毒素分为4类：第1类由具有抗组胺活性且分子量为5～8 kD的多肽构成；第2类是包括一些碱性蛋白、研究最多也相对较透彻的一类分子量在20 kD左右的海葵溶细胞毒素；第3类由带有或不带有磷脂酶且分子量为30～40 kD的溶细胞素；第4类由分子量在80 kD左右的单一溶细胞素构成。第1类毒素的溶血活性不被鞘磷脂阻断，而第2类和第4类溶细胞活性都可被磷脂阻断，其中第4类还可被胆固醇阻断[2]。Hong Q等[20]介绍了膜孔的形成过程：由于同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，因此正电荷的毒素与负电荷的磷脂双分子层表面由于相互吸引而靠近；112～116位的色氨酸丰富区与膜初步结合，其中Trp116与膜结合较Trp112更为牢固，该过程不导致阳离子通道的形成，为可逆过程；“不可逆过程”则为可变换构象的N端双亲性螺旋区插入到膜内，致使一定浓度的毒素蛋白聚合而成三聚体或四聚体，进而形成阳离子通道。Subramania等[21]研究表明这4种海葵的粗提物均能溶解鸡红细胞和羊红细胞。Del MonteMartínez A等[22]从海葵中提取到的STI STII的磷脂酶A2（PLA2）的活性相对较高（1.85 U/mg），并具有Ca2+依赖性。T GARCA等[23]也证实了这2种溶细胞素均具有神经活性和心脏的毒性，且在软体动物的神经元机制方面似乎与溶细胞活性相关。陆佳等[24]应用生物信息学软件对已经报道的17种海葵溶细胞素的氨基酸组成、理化性质、结构特征和系统演化关系等进行了分析与预测，结果表明不同的海葵溶细胞素在氨基酸组成及理化性质上具有一定的相似性，但其在结构上也存在一定的差异。

3抗肿瘤毒素

袁兆新等[25]研究表明海葵毒素（PsTX）可能通过Fas途径诱导U251细胞凋亡，从而对人神经胶质瘤细胞（U251）的增殖发挥抑制作用。Mahnaz Ramezanpour等[26]研究发现公主海葵毒液对A549细胞表现出强有效的细胞毒性，使细胞周期阻滞，其作用机制是通过线粒体途径激活Caspases和降低线粒体膜电位，从而诱导细胞凋亡。胡波等[27]从海葵Stichodactyla gigantea 触手中分离出了一种新型溶细胞毒素Gigantoxin4，对乳腺癌MCF7细胞和胰腺癌SW1991细胞具有很强的杀伤作用，其机制主要是发挥溶细胞作用直接导致细胞的坏死。

4其他毒素

S Thangaraj等[28]研究表明海葵提取物抗菌性能良好，有望成为治疗一些细菌和真菌病的药物来源。舟山黄海葵其体内富含多种毒素分子，已得到1种兴奋性多肽毒素和多种具有强杀虫活性及低哺乳动物活性的杀虫肽[11，29]，是进行海洋生物药物开发的理想对象。

5小结

综上所述，海葵含有多种具有广泛生物活性的化合物，除了神经毒素类、溶细胞毒素类、抗肿瘤毒素、抗菌毒素等生物活性成分外，还含有神经酰胺、甾醇、甘油酯、生物碱和多糖等化合物。基于我国沿海丰富的海葵资源，很有必要加大对海葵各活性小分子物质的深入研究，一些蛋白多肽类类毒素有望开发成治疗心血管疾病药物和抗癌药物，这就为研究与开发新型海洋药物提供了新思路。

参考文献

[1] 张淑瑜，易杨华，汤海峰，等.海葵目动物化学成分及生物活性的研究概况[J].中国海洋药物，2002，21（3）：48-54.

[2] 史文军，秦松，张朝晖，等.海葵化学成分及生物活性研究进展[J].海洋科学，2013，37（12）：122-131.

[3] 邴晖，高炳淼，于海鹏，等.海洋生物毒素研究新进展[J].海南大学学报，2011，29（1）：78-83.

[4] 傅余强，顾谦群，方玉春，等.海洋生物中蛋白质、肽类毒素的研究新进展[J].中国海洋药物，2000，19（2）：47-48.

[5] 禚如朋，付宏征，仲崇波，等.海葵毒素多肽的分离和初步表征[J].生物化学与生物物理进展，2001，28（4）：514-519.

[6] GUR BARZILAI M，KAHN R，REGEV N，et al.The specificity of Av3 sea anemone toxin for arthropods is determined at linker DI/SS2S6 in the pore module of target sodium channels[J].Biochem，2014，463（2）：271-277.

[7] NORTON R S.Structure and structurefunction relationships of sea anemone proteins that interact with the sodium channel[J].Toxicon，1991，29（9）：1051-1084.

[8] ANDR J Z，EMANUELE S，WILSON A F J，et al.Characterization of selectivity and pharmacophores of type 1 sea anemone toxins by screening seven Nav sodium channel isoforms[J].Peptides，2012，34（1）：158-167.

[9] MIKIKO M，TOMOHIRO H，KAZUO S.Isolation and cDNA cloning of type 2 sodium channel peptide toxins from three species of sea anemones（Cryptodendrum adhaesivum，Heterodactyla hemprichii and Thalassianthus aster）belonging to the family Thalassianthidae[J].Comp Biochem Physiol B，2010，157（4）：389-393.

[10] 黄雅俊，黄慧，潘育方，等.聚乙二醇海葵神经毒素的修饰反应条件及药效研究[J].中国现代应用药学，2011，28（7）：589-593.

[11] 杨林，荣明强，刘少华，等.舟山黄海葵兴奋性毒素AX1的分离纯化及鉴定[J].中国海洋药物，2012，31（2）：25-33.

[12] ARMANDO A R，JULIANA S C，ZHI Q D，et al.Peptide fingerprinting of the neurotoxic fractions isolated from the secretions of sea anemones Stichodactyla helianthus and Bunodosoma granulifera.New members of the APETxlike family identified by a 454 pyrosequencing approach[J].Petides，2012，34（1）：26-38.

[13] CASTANEDA O，SOTOLONGO V，AMOR A M，et al.Characterization of a potassium channel toxin from the Caribbean sea anemone Stichodactyla helianthus[J].Toxicon，1995，33（5）：603-613.

[14] HASEGAWA Y，HONMA T，NAGAI H，et al.Isolation and cDNA cloning of a potassium channel peptide toxin from the sea anemone Anemonia erythraea[J].Toxicon，2006，48（5）：536-542.

[15] MIDDLETON R E，SANCHEZ M，LINDE A R，et al.Substitution of a single residue in Stichodactyla helianthus peptide，ShKDap22，reveals a novel pharmacological profile[J].Biochemistry，2003，42（46）：13698-13707.

[16] STEVE P，BERT B，RITA D，et al.A bifunctional sea anemone peptide with Kunitz type protease and potassium channel inhibiting properties[J].Biochem Pharmacol，2011，82（1）：81-90.

[17] 黄焰，侯月梅，范平，等.海葵素对大鼠和豚鼠心室肌细胞钾电流的影响[J].药学杂志，2009，44（21）：1633-1636.

[18] ANDREEV Y A，KOZLOV S A，KOSHELEV S G，et al.Analgesic compound from sea anemone Heteractis crispa is the first polypeptide inhibitor of vaniloid receptor 1（TRPV1）[J].J Biol Chem，2008，283（35）：23914-23921.

[19] ARMANDO A R，LUDGER S，ANDRE J Z，et al.Combining multidimensional liquid chromatography and MALDITOFMS for the fingerprint analysis of secreted peptides from the unexplored sea anemone species Phymanthus crucifer [J].J Chromatogr B，2012，903（1/2）：30-39.

[20] HONG Q，GUTIERREZAGUIRRE I，BARLIC A，et al.Twostep membrane binding by Equinatoxin II，a poreforming toxin from the sea anemone，involves an exposed aromatic c1uster and a flexible helix[J].J Biol Chem，2002，277（44）：41916-41924.

[21] SUBRAMANIAN B，SANGAPPELLAI T，RAJAK R C，et a1.Pharmacological and biomedical properties of sea anemones Paraeondactylis indicus，Paracondactylis sinensis，Heteractis magnifica and Stichodactyla haddoni from East coast of India[J].Asian Pacif J Tropl Med，2011，4（9）：722-726.

[22] DEL MONTEMARTNEZ A，GONZLEZBACERIO J，ROMERO L，et al.Improved purification and enzymatic properties of a mixture of Sticholysin I and II：Isotoxins with hemolytic and phospholipase A2 activities from the sea anemone Stichodactyla helianthus [J].Protein expression and purification，2014，95：57-66.

[23] GARCA T，MARTINEZ D，PALMERO A，et al.Pharmacological effects of two cytolysins isolated from the sea anemone Stichodactyla helianthus[J].Journal of biosciences，2009，34（6）：891-898.

[24] 陆佳，肖良，王倩倩，等.海葵溶细胞素的生物信息学分析[J].中国生化药物杂志，2011，32（4）：332-335.

[25] 袁兆新，孙明莉，赵冰，等.海葵毒素对神经胶质瘤细胞的凋亡诱导作用[J].中风与神经疾病杂志，2006，23（5）：594-596.

[26] RAMEZANPOUR M，DA SILVA K B，SANDERSON B J S..Venom present in sea anemone（Heteractis magnifica）induces apoptosis in nonsmallcell lung cancer A549 cells through activation of mitochondriamediated pathway[J].Biotechnology letters，2014，36（3）：489-495.

[27] 胡波.海葵溶细胞素Gigantoxin4的分离、鉴定和功能研究[D].上海：第二军医大学，2011.

[28] THANGARAJ S，BRAGADEESWARAN S，SUGANTHI K，et al.Antimicrobial properties of sea anemone Stichodactyla mertensii and Stichodactyla gigantea from Mandapam coast of India[J].Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine，2011，1（1）：43-46.

[29] 刘少华，杨林，章晨，等.舟山黄海葵杀虫活性多肽的初步研究[J].浙江海洋学院学报（自然科学版），2010，29（6）：566-571.