水母蜇傷的皮膚毒性與免疫反應(yīng)研究進(jìn)展

蒯文豪，王玉連，吳建華，肖良，楊積順

水母蜇傷是沿海地區(qū)最為常見的海洋生物傷之一，每年有成千上萬(wàn)的游客、海洋工作者遭受水母的傷害，給其帶來(lái)巨大痛苦［1］。由于水母的種類和大小不同，其毒素成分和活性并不相同，加上蜇傷的面積、部位及患者的年齡、健康情況各異，導(dǎo)致臨床癥狀差異較大。但絕大多數(shù)患者表現(xiàn)為輕重不同的皮膚中毒癥狀，也有少數(shù)患者因毒素持續(xù)作用或免疫系統(tǒng)反應(yīng)引起立即或遲發(fā)的血管性水腫和過(guò)敏性休克，甚至?xí)l(fā)多器官功能損傷、衰竭，造成死亡［1-2］。

1 水母刺絲囊及其刺絲的發(fā)射

水母是一種低等、無(wú)脊椎軟體動(dòng)物，屬刺胞動(dòng)物門，廣泛分布在全世界各大海域。它們看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)則是世界上最毒的一類動(dòng)物，導(dǎo)致人類中毒的就有100 多種［3］。在水母的觸手表面密布著具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和功能的刺細(xì)胞，刺細(xì)胞內(nèi)含有一個(gè)結(jié)構(gòu)特殊的由膠原囊狀外殼包裹的細(xì)胞器，被稱為刺絲囊，是水母用于捕食和防御的武器。在刺絲囊內(nèi)包含著一個(gè)長(zhǎng)為200～800 μm、緊密卷曲翻折并帶有倒刺的中空小管——刺絲，其浸沒在成分復(fù)雜、生物活性強(qiáng)大的水母毒素混合物中［4-5］。當(dāng)刺絲囊感受器接受到外界的物理和化學(xué)刺激時(shí)，囊內(nèi)的靜水壓會(huì)急劇升高，在囊內(nèi)外形成巨大壓力差，推動(dòng)刺絲囊猶如彈簧發(fā)射器一樣在最短的時(shí)間(7×10-7s)以最快的速度（18.6 m/s）將帶有倒刺的刺絲發(fā)射出去。刺絲的發(fā)射被認(rèn)為是自然界中最快的機(jī)械事件之一。發(fā)射的刺絲會(huì)在蜇傷部位產(chǎn)生約7.7×109Pa的壓力，會(huì)輕易地刺入人體皮膚，向機(jī)體注入大量毒素，進(jìn)而產(chǎn)生中毒癥狀［3-6］。

2 水母蜇傷的皮膚毒性

2.1 水母毒素及其引起的皮膚癥狀 水母毒素是一類結(jié)構(gòu)新穎、生物活性強(qiáng)大的復(fù)雜混合物，主要包括類蛋白毒素、多肽、不耐熱酶類(如磷酯酶、金屬蛋白酶、絲氨酸蛋白酶、透明質(zhì)酸酶等)、組胺、5-羥色胺、激肽樣物質(zhì)、生物活性脂以及其他生物活性小分子。這些物質(zhì)具有皮膚壞死、溶血以及致心血管、神經(jīng)、肌肉、肝腎損傷在內(nèi)的多種生物毒性［7-8］。皮膚中毒反應(yīng)是蜇傷早期最顯著的癥狀，當(dāng)人體接觸水母觸手后，瞬時(shí)感覺似觸電樣刺痛，伴有燒灼感或麻木感，這是由于刺絲刺入人體的機(jī)械刺激和毒素刺激皮膚內(nèi)的感覺神經(jīng)末梢共同產(chǎn)生的。隨后蜇傷部位迅速產(chǎn)生紅斑、丘疹、斑丘疹、風(fēng)團(tuán)等皮損，形狀大多與水母觸手一致，呈線狀、條索狀、抓痕或鞭痕，伴有明顯的疼痛和瘙癢［8-9］。嚴(yán)重中毒時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的水皰、大皰、皮下出血、瘀斑，甚至出現(xiàn)糜爛、潰瘍和皮膚壞死等癥狀，伴有劇烈的疼痛和瘙癢。局部癥狀持續(xù)1 到2 周，有的甚至多達(dá)數(shù)月。即使經(jīng)過(guò)積極的治療痊愈，大多也會(huì)留下較嚴(yán)重的色素沉著或瘢痕，這些瘢痕如果留在面頸部等暴露部位，會(huì)給人們帶來(lái)困擾［8-10］。

2.2 直接毒性損傷與腫痛 當(dāng)水母觸手接觸到人類皮膚時(shí)，在皮膚的每平方厘米都會(huì)刺入成千上萬(wàn)的輸送毒素的刺絲小管，殘留的刺絲和強(qiáng)生物活性毒素共同導(dǎo)致皮膚中毒。毒素中的組胺、5-羥色胺、激肽樣物質(zhì)使局部毛細(xì)血管、小靜脈擴(kuò)張，血管通透性增加，血細(xì)胞和血漿大量滲出，進(jìn)而使皮膚充血水腫，產(chǎn)生紅斑、丘疹、風(fēng)團(tuán)，甚至是水皰、大皰等皮損，伴有明顯的疼痛和瘙癢［9-11］。疼痛是蜇傷后共同且顯著的癥狀，原因在于毒素中激肽、5-羥色胺類物質(zhì)導(dǎo)致血管平滑肌松弛，而使其他平滑肌收縮痙攣，引起強(qiáng)烈的疼痛感［10-11］。Kitatani 等［12］研究發(fā)現(xiàn)水母刺絲的小管長(zhǎng)度與疼痛相關(guān)，當(dāng)刺入皮膚內(nèi)的刺絲小管長(zhǎng)度超過(guò)200 μm時(shí)，便可引起中度至劇烈疼痛。由于刺絲足夠穿透人體表皮，可通過(guò)物理刺激神經(jīng)叢周圍Aδ 類疼痛感受器纖維的自由神經(jīng)末梢而引起急性疼痛，并向皮膚組織注入毒液，產(chǎn)生持續(xù)疼痛和炎癥。Kim 等［13］對(duì)水母蜇傷后與皮膚炎癥和神經(jīng)毒性氧化信號(hào)相關(guān)的外周疼痛調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)毒素可能激活T 型Ca2+通道介導(dǎo)的氧化信號(hào)，通過(guò)Ca2+內(nèi)流產(chǎn)生過(guò)量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），作為原發(fā)性傳入神經(jīng)元外周末梢瞬時(shí)受體電位陽(yáng)離子錨蛋白1（transient receptor potential ankyrin1，TRPA1）通道的內(nèi)源性激動(dòng)劑，導(dǎo)致持續(xù)的炎癥疼痛。另外，酸敏感離子通道（acid-sensing ion channels，ASICs）和瞬時(shí)受體電位陽(yáng)離子V型(transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1)通道也被認(rèn)為很可能參與疼痛的產(chǎn)生和傳導(dǎo)［1，4，13］。

2.3 生物活性酶與炎癥 水母毒素混合物中的酶類含量豐富、種類繁雜、活性強(qiáng)大，在局部組織損傷和炎癥反應(yīng)方面發(fā)揮重要作用。Li 等［14］從細(xì)胞水平探討基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）抑制劑對(duì)毒液誘導(dǎo)的皮膚炎癥抑制作用，發(fā)現(xiàn)沙海蜇（Nemopilema nomurai）毒素可以顯著增強(qiáng)炎癥因子白細(xì)胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子（TNF-α）和趨化因子（MCP-1）在2 種典型皮膚細(xì)胞中的表達(dá)。MMP 抑制劑巴馬司他（Batimastat）、乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）明顯降低毒素對(duì)皮膚細(xì)胞的毒性作用，導(dǎo)致細(xì)胞炎癥因子在基因和蛋白水平表達(dá)上顯著降低，表明金屬蛋白酶對(duì)水母皮炎的產(chǎn)生起重要作用。這一結(jié)論在Hwang等［15］對(duì)MMP 抑制劑表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）對(duì)沙海蜇毒素導(dǎo)致的皮膚損傷的保護(hù)和改善作用的研究中得到支持。Yue 等［16］對(duì)沙海蜇毒素致皮膚水腫的特性和機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)毒素中金屬蛋白酶類成分通過(guò)破壞皮膚血管的基底膜層，增加血管通透性，導(dǎo)致血漿外滲，引起局部組織水腫。在發(fā)形霞水母（Cyanea capillata）、沙海蜇、海月水母（Aurelia aurita）等多種水母毒素中鑒定到磷脂酶的存在，其中磷脂酶A2 含量豐富，其催化活性可引起多種毒理學(xué)效應(yīng)，如局部組織出現(xiàn)炎癥、疼痛、出血、皮膚壞死等［7-8］。另外，有研究通過(guò)質(zhì)譜法檢測(cè)到沙海蜇和白色霞水母（cyanea nozakii）毒素中含有L-氨基酸氧化酶(L-amino acid oxidases，LAAOs)和絲氨酸蛋白酶成分［1］。LAAOs 具有誘導(dǎo)血小板聚集、溶血和出血，以及刺激組織細(xì)胞凋亡、激活白細(xì)胞和形成水腫等致毒作用［4，17］。絲氨酸蛋白酶可以裂解并激活蛋白酶激活受體(protease activated receptors，PARs)，刺激神經(jīng)肽的釋放，誘導(dǎo)神經(jīng)源性炎癥和疼痛［18］。而且毒素中的各種蛋白酶類通過(guò)其蛋白水解作用，破壞細(xì)胞外基質(zhì)及血管基底膜層，促進(jìn)其他毒素成分的滲透、擴(kuò)散、活化［8，19］。

2.4 類蛋白毒素與細(xì)胞毒性 成孔毒素（poreforming toxins，PFTs）似乎是立方水母毒液中的常見成分，是一組穩(wěn)定的、水溶性的膜結(jié)合蛋白。有研究發(fā)現(xiàn)PFTs 對(duì)小鼠、龍蝦和人類都具有較強(qiáng)的細(xì)胞毒性和致死率，對(duì)綿羊紅細(xì)胞具有溶血活性［20］。從發(fā)形霞水母毒液中分離出一種細(xì)胞毒蛋白(CcTX-1)，從頭測(cè)序顯示其氨基酸序列與2 種箱形水母（Carybdea alata、Carybdea rastonii）中已知的2 種溶血蛋白（CaTX-1、CrTX-1）相似，從而有學(xué)者認(rèn)為發(fā)形霞水母蜇傷導(dǎo)致的出血、溶血很可能是與紅細(xì)胞膜表面孔道的形成有關(guān)［20-21］。在海月水母的毒素中也發(fā)現(xiàn)了5 種類似于CaTX 家族溶血素的蛋白質(zhì)，以及含有可能形成膜攻擊復(fù)合物(MAC)——穿孔素的毒素成分［22］。它們與細(xì)胞膜相互作用，從物理特性上改變膜的結(jié)構(gòu)和滲透性，從而形成特異性孔隙，造成細(xì)胞離子梯度失衡，導(dǎo)致細(xì)胞滲透、腫脹、破裂乃至死亡［20，22］。由多種生物基質(zhì)的評(píng)估可知，PFTs 的作用機(jī)制可以很好地解釋水母毒素的溶血、溶細(xì)胞活性以及發(fā)形霞水母和澳大利亞箱形水母蜇傷后出現(xiàn)的皮膚壞死表現(xiàn)［20-22］。

3 水母蜇傷的免疫反應(yīng)

3.1 免疫反應(yīng)激活及其皮膚表現(xiàn) 水母蜇傷后的中毒癥狀主要由毒素的毒性損傷造成，也可通過(guò)機(jī)體對(duì)毒素和刺絲成分的免疫反應(yīng)間接引發(fā)。毒素中的蛋白質(zhì)、多肽成分以及刺絲中的膠原蛋白、糖蛋白、多糖成分都有可能作為人體的潛在抗原或變應(yīng)原，通過(guò)細(xì)胞和(或)體液介導(dǎo)的免疫反應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的癥狀［2，4］。Horiike 等［23］利用患者血清，對(duì)箱形水母（Chironex yamaguchii）的毒素及刺絲成分中的免疫球蛋白結(jié)合分子進(jìn)行鑒定研究，發(fā)現(xiàn)其主要細(xì)胞毒性蛋白CqTX-A（分子量為45 kDa）是一種與患者血清免疫球蛋白E（IgE）結(jié)合的過(guò)敏原，刺絲中的酸性糖蛋白（分子量為30 kDa）是一種與免疫球蛋白G（IgG）結(jié)合的過(guò)敏原。另外，從沙海蜇中提取的膠原蛋白增強(qiáng)了人外周血淋巴細(xì)胞中IgG、免疫球蛋白M（IgM）、干擾素、TNF-α 的分泌，還增強(qiáng)了炎癥細(xì)胞因子、抗體分泌與免疫細(xì)胞群體變化［24-25］。刺絲小管棘中的幾丁質(zhì)也被認(rèn)為在免疫反應(yīng)的觸發(fā)中發(fā)揮作用，在氣道炎癥和哮喘的發(fā)病機(jī)制研究中揭示了其重要性［26］。在小鼠對(duì)幾丁質(zhì)免疫反應(yīng)的研究中表明，這種分子對(duì)表達(dá)白細(xì)胞介素-4（IL-4）的先天免疫細(xì)胞在組織積累中發(fā)揮關(guān)鍵作用［27］。

從患者皮損來(lái)看，皮疹可呈廣泛性、持續(xù)性、復(fù)發(fā)性，可遠(yuǎn)離原蜇傷部位或出現(xiàn)遲發(fā)性皮膚變態(tài)反應(yīng)，這表明除了直接的皮膚毒性損傷外，還有免疫系統(tǒng)的參與。例如在被地中海水母（Rhopilema nomadica）蜇傷后觀察到嚴(yán)重的遲發(fā)性皮膚癥狀，患者被蜇傷2 天后出現(xiàn)紅斑、丘疹、水皰等皮損，并伴有強(qiáng)烈的疼痛和瘙癢［28］；海水浴皮疹（seabather’s eruption）是一種由頂針?biāo)福↙inuche unguiculata）引起的嚴(yán)重瘙癢性皮炎，各種抗原毒素誘導(dǎo)宿主的免疫應(yīng)答，引發(fā)暴發(fā)性蕁麻疹和嚴(yán)重的瘙癢性皮炎，可能持續(xù)數(shù)周?；颊哐逯泻懈叩味鹊目顾缚乖璉gG 抗體，組織病理學(xué)提示皮膚淺層及深層血管和間質(zhì)周圍淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞等免疫相關(guān)細(xì)胞浸潤(rùn)［29］。另外，據(jù)報(bào)道夜光游水母（Pelagia noctiluca）、桶水母（Rhizostoma pulmo）、海月水母等蜇傷導(dǎo)致的皮疹消退后，即使沒有再次蜇傷，在原先的蜇傷部位也會(huì)出現(xiàn)復(fù)發(fā)性皮疹［1］。局部使用免疫調(diào)節(jié)劑(他克莫司、吡美莫司)或局部注射類固醇有助于治療皮損，提示這可能與朗格漢斯細(xì)胞和輔助性T 淋巴細(xì)胞引起的IV 型超敏反應(yīng)有關(guān)。表明免疫系統(tǒng)被毒素和刺絲小管中的抗原成分激活，導(dǎo)致抗原成分在受害者組織中長(zhǎng)時(shí)間殘留［1，4，30］。

3.2 系統(tǒng)性過(guò)敏反應(yīng)與相關(guān)機(jī)制 一些研究表明水母蜇傷可以引起系統(tǒng)性過(guò)敏反應(yīng)。例如，Edwards等［31］報(bào)道了僧帽水母（Physalia physalis）蜇傷后的患者立即出現(xiàn)以蕁麻疹、水腫、支氣管痙攣為主的過(guò)敏反應(yīng)。2016 年報(bào)道了1 例地中海水母蜇傷病例，患者出現(xiàn)嚴(yán)重的呼吸困難、聲音嘶啞、瘙癢、眼眶周圍腫脹以及面部水腫等全身過(guò)敏反應(yīng)［32］。2018 年巴西南部報(bào)道了1 例水母蜇傷病例，被蜇兒童迅速出現(xiàn)面部血管性水腫、肺水腫、喘息等嚴(yán)重過(guò)敏反應(yīng)，危及生命［33］。夜光游水母蜇傷后引發(fā)格林-巴利綜合征的病例也曾被報(bào)道，患者出現(xiàn)明顯的脫髓鞘神經(jīng)病變伴傳導(dǎo)阻滯，可能是機(jī)體對(duì)毒素成分的異常免疫反應(yīng)［34］。此外，Imamura 等［35］曾報(bào)道了一位經(jīng)常被水母蜇傷的沖浪者在食用鹽腌水母后，出現(xiàn)類似哮喘發(fā)作、低血壓、腹痛、嘔吐等全身過(guò)敏癥狀?；颊唿c(diǎn)刺試驗(yàn)呈強(qiáng)陽(yáng)性，免疫印跡分析顯示，血清中的IgE 抗體與活水母觸手提取物中分子量為200 kDa 的蛋白可發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。推測(cè)患者可能曾被水母蜇傷皮膚導(dǎo)致免疫系統(tǒng)致敏，當(dāng)再次攝入相同抗原時(shí)，引發(fā)IgE 介導(dǎo)的I 型（速發(fā)型）超敏反應(yīng)。

因此，蜇傷之前已接觸過(guò)該抗原毒素或類似的生物成分導(dǎo)致免疫系統(tǒng)致敏是系統(tǒng)性過(guò)敏反應(yīng)的關(guān)鍵，血清中升高的物種特異性免疫球蛋白抗體可能會(huì)持續(xù)存在數(shù)年。當(dāng)人體再次接觸同種抗原毒素或具有明顯交叉反應(yīng)性的其他種類水母毒素，甚至是其他生物體的相似抗原成分時(shí)，已致敏的免疫系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生以IgG 和IgE 為介導(dǎo)的過(guò)敏性反應(yīng)［2-4］。水母抗原毒素刺激肥大細(xì)胞脫顆粒，釋放活性介質(zhì)，造成物種之間交叉反應(yīng)，表現(xiàn)為復(fù)發(fā)性皮疹，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致血管性水腫或過(guò)敏性休克。因此，體內(nèi)具有較高滴度的特異性抗水母抗原IgG 或IgE 抗體的患者，發(fā)生全身性過(guò)敏反應(yīng)的概率更高，也更加危險(xiǎn)［2，4，20］。

3.3 免疫相關(guān)信號(hào)通路與細(xì)胞作用機(jī)制 水母中含有管狀結(jié)構(gòu)和功能的生物聚合物以及復(fù)雜毒液成分，可以啟動(dòng)先天的、適應(yīng)性的以及即時(shí)或延遲的免疫反應(yīng)。Li 等［36］從海蜇中提取純化了一種新的多糖（JP-11）。免疫調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)表明，JP-11 可顯著提高RAW 264.7 巨噬細(xì)胞的活力，并通過(guò)激活核因子κB（NF-κB）、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPKs）和含有磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（phosphatidylin-ositol-3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt）的信號(hào)通路促進(jìn)NO、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白介素-1β（IL-1β）等促炎介質(zhì)的釋放，增強(qiáng)免疫炎癥反應(yīng)。Yap 等［20］研究認(rèn)為刺胞動(dòng)物的成孔毒素（poreforming toxins，PFTs）與細(xì)菌的PFTs 相似，可穿透質(zhì)膜引發(fā)細(xì)胞K+外排，而誘發(fā)先天免疫應(yīng)答。細(xì)胞內(nèi)K+濃度下降會(huì)誘導(dǎo)2 種炎癥信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，即NLRP3 炎癥小體和p38 MAPK 信號(hào)通路，介導(dǎo)細(xì)胞因子活化和釋放，引發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)。病原體模式識(shí)別受體的組合，如甘露糖結(jié)合凝集素受體和樹突狀細(xì)胞（DC）表達(dá)的Toll 樣受體形成的異質(zhì)二聚體有助于先天性免疫應(yīng)答途徑的激活，也有助于機(jī)體對(duì)水母毒液及其相關(guān)結(jié)構(gòu)分子的免疫應(yīng)答［4］。Sancho D 等［37］發(fā)現(xiàn)的樹突狀細(xì)胞活化壞死受體，如樹突狀細(xì)胞NK 凝集素組受體-1(DNGR-1)，被認(rèn)為可能也參與了對(duì)組織損傷的應(yīng)答。

同時(shí)，肥大細(xì)胞是炎癥的有力驅(qū)動(dòng)者，而毒素成分可以直接刺激肥大細(xì)胞或激活肥大細(xì)胞上先天或模式識(shí)別受體，導(dǎo)致肥大細(xì)胞爆炸性脫顆粒迅速釋放組胺、血小板活化因子、前列腺素、白三烯、蛋白酶等細(xì)胞因子到組織環(huán)境中，引發(fā)免疫細(xì)胞快速聚集(外滲)至蜇傷部位［2，38］。PFTs 及其他毒素成分通過(guò)信號(hào)級(jí)聯(lián)通路激活外滲的免疫細(xì)胞，進(jìn)一步引發(fā)炎癥細(xì)胞的因子反應(yīng)。在反復(fù)蜇傷的情況下，毒素或刺絲成分中的典型IgE 依賴性過(guò)敏反應(yīng)在肥大細(xì)胞的激活和介質(zhì)釋放中發(fā)揮著重要作用［4，20］。而且刺絲中的幾丁質(zhì)、膠原、多糖等成分可持續(xù)激活先天免疫的促炎細(xì)胞，如朗格漢斯樹突細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞，共同導(dǎo)致持續(xù)性、復(fù)發(fā)性、水皰性或瘙癢性的皮炎癥狀［2，4，20］。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

目前對(duì)于水母蜇傷的皮膚毒性和免疫反應(yīng)機(jī)制有了一定認(rèn)識(shí)，但大多仍停留在臨床病例水平。對(duì)于其皮膚損傷的分子機(jī)制，多從臨床癥狀結(jié)合毒素的毒理學(xué)效應(yīng)進(jìn)行推斷。由于水母毒素各成分在作用機(jī)制上具有明顯差異又存在相互協(xié)同，免疫系統(tǒng)的激活與參與讓損傷機(jī)制更加復(fù)雜，給治療帶來(lái)挑戰(zhàn)。特別是在毒素分子作用機(jī)制和細(xì)胞毒性信號(hào)通路方面，需要進(jìn)一步研究探討，以便篩選和研制出以分子作用途徑或細(xì)胞信號(hào)通路為靶點(diǎn)的新型特效水母蜇傷治療藥物。