河豚毒素的研究进展

赖晓慧 肖义军福建师范大学生命科学学院 福州 350108

河鲀（Tetraodontidae），俗称“河豚鱼”，是硬骨鱼纲鲀科鱼类的统称（pufferfishes，puffers），在我国的食用历史悠久，自古以来就被视为餐桌上的珍品。民间向来有“拼死吃河鲀”的说法，就是由于河鲀肉质鲜美，但由于河鲀含有剧毒的河豚毒素（Tetrodotoxin，TTX），如果加工处理不当会引起食者严重中毒，甚至死亡。TTX是一种剧毒的生物碱类天然神经毒素，毒性约是氰化钠（NaCN）的100倍，摄入1～2 mg就足以杀死一个重50 kg的人体[1]。TTX有着独特的结构和作用机理，在医学方面发挥着重大作用，是神经生理学、肌肉生理学和钠离子通道药理学等研究的有用工具，是当前海洋生物毒素的研究热点。由于相关政策法规的限制，目前国内市场只有养殖的红鳍东方鲀和暗纹东方鲀可以有条件“合法化”食用[2]，而福建省的主要养殖品种双斑东方鲀和橘黄东方鲀目前尚不能合法上市销售，限制了福建河鲀养殖业的发展。如果能确切了解TTX的合成代谢途径，不仅可以促进国内河鲀养殖产业的快速发展，也可以满足医学应用等方面的需求。

1 河豚毒素理化性质

TTX是一个刚性杂环分子，由六个羟基、一个带正电的胍盐基团、三个氮原子和一个嘧啶环组成的神经毒素，分子式为C11H17O8N3，分子量为319 Da，属于氨基全氢喹唑啉型化合物，化学结构式见图1。TTX难溶于水，不溶有机溶剂，易溶于有机酸和无机酸水溶液，在强酸强碱下均不能稳定存在。TTX是一种特殊的有机化合物，它有多种类似物（TTXs），TTXs是低分子量的杂环化合物，许多被证明具有毒性潜力，有研究报道天然的、合成的和半合成的TTXs，推测TTXs可能是参与TTX的代谢或生物合成脱氧类似物。

图1 TTX的化学结构式

2 河豚毒素的作用

2.1 河豚毒素的作用机制 TTX是钠离子通道中的一种典型阻断剂，对钠离子通道的选择性很高，其致毒作用主要是可以选择性与肌肉、神经细胞的细胞膜表面的钠离子通道受体进行结合，使电压依赖性钠离子通道被阻断，进而使动物的神经兴奋与传导、中枢神经系统的调控功能以及心脏搏动、平滑肌蠕动、骨骼肌收缩、激素分泌等一系列的生理功能受到影响，主要导致肌肉和神经的麻痹，严重时导致死亡。

2.2 河豚毒素的药理作用 TTX作为电压门控钠通道(VGSCs)的选择性阻滞剂，是一种能阻断神经元上VGSCs的小分子，VGSCs在神经系统许多不同的病理生理过程中发挥着重要的作用[3]。20世纪60年代起，TTX就在药理学中广泛应用：TTX的麻醉效力与常用的麻醉药相比强万倍以上，且持续时间长；TTX能够完全阻断吗啡戒断后纳洛酮催促的戒断症状[4-5]；此外，TTX还可以在阿片类药物依赖急性脱毒中应用，可有效快速控制戒断症状，具有痛苦小、周期短等特点[5]。现阶段，与癌症有关的疼痛症状非常普遍，但是现有的镇痛疗法减轻疼痛的疗效并不是很好，迫切需要其他镇痛方法。据相关文献报道，TTX除了用作一种药物工具外，还被认为是一种治疗分子，它可以通过抑制外周神经系统冲动的产生和传导来发挥镇痛作用[6-7]，TTX在治疗无法控制的中重度癌症相关疼痛方面有良好的疗效，目前临床试验正在评估TTX对癌症疼痛的镇痛作用[8-9]。

3 河豚毒素来源

关于河鲀体内TTX的来源，长期以来一直是个有争议的问题，目前关于TTX的来源，主要有外因说和内因说两种观点。

3.1 外因说 TTX最先由田原良纯在河鲀卵巢内发现，后来在世界各地的分类动物群中都有发现，如甲藻孢囊、钙性藻类、织纹螺、蝾螈、虾虎鱼、青蛙和双壳贝类等，在海洋和淡水环境的沉积物中也发现了TTX[10]，提示TTX的产生者并不是河鲀本身。Matsui等提出TTX来源于微生物，但是缺乏试验证据，后来研究人员从不同物种中分离得到产TTX的微生物类群：弧菌属的溶藻弧菌 （Vibrio alginolyticus）和鳗弧菌 （Vibrio anguillarum），假单胞菌属（Pseudomonas），交替单胞菌（Alteromonas），芽孢杆菌属（Bacillus），链霉菌属（Streptomyces）等。Noguchi Tamao等研究表明，河鲀体内的TTX来源于一种共生细菌，这种细菌寄生在河鲀的肠道内，可能是河鲀最初通过食物网获得了产生TTX的细菌，然后这些细菌继续留在鱼体内[11]。

3.2 内因说 产TTX的菌株远低于野生河鲀体内产生的毒素量，这无法解释宿主体中存在的毒素水平。研究者们发现陆生生物（如蝾螈、蟾蜍和青蛙）的TTX是内源性来源[12]，一种亮黄色青蛙皮肤的TTX含量最高，而隐色蛙无毒，明亮颜色的青蛙可躲避天敌保护自己，这一事实表明有毒的青蛙是自然合成这种毒素的，虽然还没有研究证实这一理论。同样把蝾螈进行圈养，结果发现饲喂不含TTX的饲料，它们皮肤中的TTX还会再生。Kendo Matsumura进行星点东方鲀成熟的卵细胞人工受精及培育试验，结果表明TTX是胚胎的产物，但是在生存环境中的TTX（ng量级）不能被胚胎吸收，因此，更加坚信河鲀是来源于内源性[13]。

从目前的研究来看，体外培养的菌株产毒素量少，有可能是体外培养的环境中刚好缺乏或完全缺乏从宿主中获得的诱导物；也可能是一种不可培养的细菌导致了这些生物体内TTX的产生。结合现有信息，认为有可能是某些产毒菌通过食物链进入河鲀体内，在河鲀体内蓄积，在进化过程中，产毒菌与河鲀建立共生关系，在这种共生关系中，产毒菌失去了独立合成毒素的某些能力，而河鲀体内建立起这部分的合成能力，所以，产毒物质与河鲀各自独立时，都只能完成毒素合成的一部分，不能获得最终的产物-TTX，仅两者共存时才能合成河豚毒素。但是河鲀体内TTX来源于本身、体内的细菌还是从食物或环境中获得等一系列疑问，还需要继续探究。

4 展 望

目前国内市场只有养殖红鳍东方鲀和暗纹东方鲀可以有条件“合法化”食用，而处于“禁令”状态的双斑东方鲀和橘黄东方鲀也具有很高的经济价值和广阔的市场前景，希望通过加强对双斑东方鲀和橘黄东方鲀TTX相关的基础研究，推动福建河鲀养殖业的发展和合法化，进一步促进国内外河鲀产业的快速发展。TTX在医学方面发挥着重要的作用，但是产品供应相对短缺，无法满足医学市场的需求。如果我们能知道TTX的来源、代谢合成途径、产毒微生物与海洋生物的关系以及在生物体内的功能等，不仅可以大大降低生产TTX的成本、满足医学应用方面的需求，还对有条件开放国内外河鲀市场具有经济社会和环境多方面的意义。随着科学技术的进步，相信不久的将来，这些困惑已久的难题将会相继被解决。