河豚毒素的研究進(jìn)展

賴曉慧 肖義軍福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 福州 350108

河鲀（Tetraodontidae），俗稱“河豚魚(yú)”，是硬骨魚(yú)綱鲀科魚(yú)類的統(tǒng)稱（pufferfishes，puffers），在我國(guó)的食用歷史悠久，自古以來(lái)就被視為餐桌上的珍品。民間向來(lái)有“拼死吃河鲀”的說(shuō)法，就是由于河鲀?nèi)赓|(zhì)鮮美，但由于河鲀含有劇毒的河豚毒素（Tetrodotoxin，TTX），如果加工處理不當(dāng)會(huì)引起食者嚴(yán)重中毒，甚至死亡。TTX是一種劇毒的生物堿類天然神經(jīng)毒素，毒性約是氰化鈉（NaCN）的100倍，攝入1～2 mg就足以殺死一個(gè)重50 kg的人體[1]。TTX有著獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理，在醫(yī)學(xué)方面發(fā)揮著重大作用，是神經(jīng)生理學(xué)、肌肉生理學(xué)和鈉離子通道藥理學(xué)等研究的有用工具，是當(dāng)前海洋生物毒素的研究熱點(diǎn)。由于相關(guān)政策法規(guī)的限制，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)只有養(yǎng)殖的紅鰭東方鲀和暗紋東方鲀可以有條件“合法化”食用[2]，而福建省的主要養(yǎng)殖品種雙斑東方鲀和橘黃東方鲀目前尚不能合法上市銷售，限制了福建河鲀養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。如果能確切了解TTX的合成代謝途徑，不僅可以促進(jìn)國(guó)內(nèi)河鲀養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也可以滿足醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面的需求。

1 河豚毒素理化性質(zhì)

TTX是一個(gè)剛性雜環(huán)分子，由六個(gè)羥基、一個(gè)帶正電的胍鹽基團(tuán)、三個(gè)氮原子和一個(gè)嘧啶環(huán)組成的神經(jīng)毒素，分子式為C11H17O8N3，分子量為319 Da，屬于氨基全氫喹唑啉型化合物，化學(xué)結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。TTX難溶于水，不溶有機(jī)溶劑，易溶于有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸水溶液，在強(qiáng)酸強(qiáng)堿下均不能穩(wěn)定存在。TTX是一種特殊的有機(jī)化合物，它有多種類似物（TTXs），TTXs是低分子量的雜環(huán)化合物，許多被證明具有毒性潛力，有研究報(bào)道天然的、合成的和半合成的TTXs，推測(cè)TTXs可能是參與TTX的代謝或生物合成脫氧類似物。

圖1 TTX的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

2 河豚毒素的作用

2.1 河豚毒素的作用機(jī)制 TTX是鈉離子通道中的一種典型阻斷劑，對(duì)鈉離子通道的選擇性很高，其致毒作用主要是可以選擇性與肌肉、神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的鈉離子通道受體進(jìn)行結(jié)合，使電壓依賴性鈉離子通道被阻斷，進(jìn)而使動(dòng)物的神經(jīng)興奮與傳導(dǎo)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控功能以及心臟搏動(dòng)、平滑肌蠕動(dòng)、骨骼肌收縮、激素分泌等一系列的生理功能受到影響，主要導(dǎo)致肌肉和神經(jīng)的麻痹，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡。

2.2 河豚毒素的藥理作用 TTX作為電壓門(mén)控鈉通道(VGSCs)的選擇性阻滯劑，是一種能阻斷神經(jīng)元上VGSCs的小分子，VGSCs在神經(jīng)系統(tǒng)許多不同的病理生理過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[3]。20世紀(jì)60年代起，TTX就在藥理學(xué)中廣泛應(yīng)用：TTX的麻醉效力與常用的麻醉藥相比強(qiáng)萬(wàn)倍以上，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；TTX能夠完全阻斷嗎啡戒斷后納洛酮催促的戒斷癥狀[4-5]；此外，TTX還可以在阿片類藥物依賴急性脫毒中應(yīng)用，可有效快速控制戒斷癥狀，具有痛苦小、周期短等特點(diǎn)[5]。現(xiàn)階段，與癌癥有關(guān)的疼痛癥狀非常普遍，但是現(xiàn)有的鎮(zhèn)痛療法減輕疼痛的療效并不是很好，迫切需要其他鎮(zhèn)痛方法。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，TTX除了用作一種藥物工具外，還被認(rèn)為是一種治療分子，它可以通過(guò)抑制外周神經(jīng)系統(tǒng)沖動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo)來(lái)發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[6-7]，TTX在治療無(wú)法控制的中重度癌癥相關(guān)疼痛方面有良好的療效，目前臨床試驗(yàn)正在評(píng)估TTX對(duì)癌癥疼痛的鎮(zhèn)痛作用[8-9]。

3 河豚毒素來(lái)源

關(guān)于河鲀體內(nèi)TTX的來(lái)源，長(zhǎng)期以來(lái)一直是個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題，目前關(guān)于TTX的來(lái)源，主要有外因說(shuō)和內(nèi)因說(shuō)兩種觀點(diǎn)。

3.1 外因說(shuō) TTX最先由田原良純?cè)诤喻兟殉矁?nèi)發(fā)現(xiàn)，后來(lái)在世界各地的分類動(dòng)物群中都有發(fā)現(xiàn)，如甲藻孢囊、鈣性藻類、織紋螺、蠑螈、蝦虎魚(yú)、青蛙和雙殼貝類等，在海洋和淡水環(huán)境的沉積物中也發(fā)現(xiàn)了TTX[10]，提示TTX的產(chǎn)生者并不是河鲀本身。Matsui等提出TTX來(lái)源于微生物，但是缺乏試驗(yàn)證據(jù)，后來(lái)研究人員從不同物種中分離得到產(chǎn)TTX的微生物類群：弧菌屬的溶藻弧菌 （Vibrio alginolyticus）和鰻弧菌 （Vibrio anguillarum），假單胞菌屬（Pseudomonas），交替單胞菌（Alteromonas），芽孢桿菌屬（Bacillus），鏈霉菌屬（Streptomyces）等。Noguchi Tamao等研究表明，河鲀體內(nèi)的TTX來(lái)源于一種共生細(xì)菌，這種細(xì)菌寄生在河鲀的腸道內(nèi)，可能是河鲀最初通過(guò)食物網(wǎng)獲得了產(chǎn)生TTX的細(xì)菌，然后這些細(xì)菌繼續(xù)留在魚(yú)體內(nèi)[11]。

3.2 內(nèi)因說(shuō) 產(chǎn)TTX的菌株遠(yuǎn)低于野生河鲀體內(nèi)產(chǎn)生的毒素量，這無(wú)法解釋宿主體中存在的毒素水平。研究者們發(fā)現(xiàn)陸生生物（如蠑螈、蟾蜍和青蛙）的TTX是內(nèi)源性來(lái)源[12]，一種亮黃色青蛙皮膚的TTX含量最高，而隱色蛙無(wú)毒，明亮顏色的青蛙可躲避天敵保護(hù)自己，這一事實(shí)表明有毒的青蛙是自然合成這種毒素的，雖然還沒(méi)有研究證實(shí)這一理論。同樣把蠑螈進(jìn)行圈養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)飼喂不含TTX的飼料，它們皮膚中的TTX還會(huì)再生。Kendo Matsumura進(jìn)行星點(diǎn)東方鲀成熟的卵細(xì)胞人工受精及培育試驗(yàn)，結(jié)果表明TTX是胚胎的產(chǎn)物，但是在生存環(huán)境中的TTX（ng量級(jí)）不能被胚胎吸收，因此，更加堅(jiān)信河鲀是來(lái)源于內(nèi)源性[13]。

從目前的研究來(lái)看，體外培養(yǎng)的菌株產(chǎn)毒素量少，有可能是體外培養(yǎng)的環(huán)境中剛好缺乏或完全缺乏從宿主中獲得的誘導(dǎo)物；也可能是一種不可培養(yǎng)的細(xì)菌導(dǎo)致了這些生物體內(nèi)TTX的產(chǎn)生。結(jié)合現(xiàn)有信息，認(rèn)為有可能是某些產(chǎn)毒菌通過(guò)食物鏈進(jìn)入河鲀體內(nèi)，在河鲀體內(nèi)蓄積，在進(jìn)化過(guò)程中，產(chǎn)毒菌與河鲀建立共生關(guān)系，在這種共生關(guān)系中，產(chǎn)毒菌失去了獨(dú)立合成毒素的某些能力，而河鲀體內(nèi)建立起這部分的合成能力，所以，產(chǎn)毒物質(zhì)與河鲀各自獨(dú)立時(shí)，都只能完成毒素合成的一部分，不能獲得最終的產(chǎn)物-TTX，僅兩者共存時(shí)才能合成河豚毒素。但是河鲀體內(nèi)TTX來(lái)源于本身、體內(nèi)的細(xì)菌還是從食物或環(huán)境中獲得等一系列疑問(wèn)，還需要繼續(xù)探究。

4 展 望

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)只有養(yǎng)殖紅鰭東方鲀和暗紋東方鲀可以有條件“合法化”食用，而處于“禁令”狀態(tài)的雙斑東方鲀和橘黃東方鲀也具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景，希望通過(guò)加強(qiáng)對(duì)雙斑東方鲀和橘黃東方鲀TTX相關(guān)的基礎(chǔ)研究，推動(dòng)福建河鲀養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和合法化，進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)內(nèi)外河鲀產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。TTX在醫(yī)學(xué)方面發(fā)揮著重要的作用，但是產(chǎn)品供應(yīng)相對(duì)短缺，無(wú)法滿足醫(yī)學(xué)市場(chǎng)的需求。如果我們能知道TTX的來(lái)源、代謝合成途徑、產(chǎn)毒微生物與海洋生物的關(guān)系以及在生物體內(nèi)的功能等，不僅可以大大降低生產(chǎn)TTX的成本、滿足醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的需求，還對(duì)有條件開(kāi)放國(guó)內(nèi)外河鲀市場(chǎng)具有經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境多方面的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，相信不久的將來(lái)，這些困惑已久的難題將會(huì)相繼被解決。