蓖麻毒素應(yīng)用研究進(jìn)展※

●霍玉淼 文艷鵬 包春光 袁樸芳 任文靜 高 昶 李玉玲 黃鳳蘭，3※※

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué)生命科學(xué)與食品學(xué)院 內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.通遼市農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全中心 內(nèi)蒙古 通遼 028000；3.蓖麻育種國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/內(nèi)蒙古自治區(qū)高校蓖麻產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究中心/內(nèi)蒙古自治區(qū)蓖麻育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/內(nèi)蒙古自治區(qū)蓖麻產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心/蓖麻產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)蒙古自治區(qū)工程研究中心 內(nèi)蒙古 通遼 028000）

蓖麻（Ricinus communisL·）為大戟目大戟科蓖麻屬的一種非食用經(jīng)濟(jì)作物。蓖麻籽中含油量較高，壓榨后可獲得蓖麻油及蓖麻餅粕。蓖麻油是一種可再生“綠色石油”資源，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、航空、化工和機(jī)械生產(chǎn)等領(lǐng)域；蓖麻餅粕可用于制作有機(jī)肥及飼料。蓖麻葉及根具有較高的藥用價(jià)值，可消腫拔毒、祛風(fēng)活血及止痛鎮(zhèn)靜等[1]。世界各國(guó)對(duì)于蓖麻產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用愈加重視，中國(guó)對(duì)蓖麻的研究處于世界領(lǐng)先水平[2]。

蓖麻毒素主要分布于蓖麻植株的莖、葉和籽實(shí)中，包括蓖麻毒蛋白、蓖麻堿、蓖麻變應(yīng)原和血球凝集素。本文對(duì)4 種毒性物質(zhì)的理化性質(zhì)和毒性，以及在醫(yī)藥和農(nóng)藥方面的最新應(yīng)用研究進(jìn)行概述，以期為蓖麻毒素后續(xù)的開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 蓖麻毒素的理化性質(zhì)及毒性

1.1 蓖麻毒蛋白

蓖麻毒蛋白是一種植物糖蛋白，其含量在蓖麻籽中最高，為1%～5%。蓖麻毒蛋白的分子式為-[C8H8N2O2]n-，分子量約為64·0 kDa。蓖麻毒蛋白純品為白色粉末狀或結(jié)晶狀，在鹽類(lèi)水溶液或酸性稀釋液中的溶解度較高，不溶于甲苯、乙醇、乙醚、三氯甲烷等。一個(gè)蓖麻毒蛋白分子由A 鏈和B 鏈組成，其中A 鏈為活性鏈，由267 個(gè)氨基酸殘基組成，分子量約為31·0 kDa，其存在于N 端和C 端的兩個(gè)Lys 殘基對(duì)其毒性的發(fā)揮極為重要；B 鏈為結(jié)合鏈，由259 個(gè)氨基酸組成，分子量約為34·0 kDa，含有與半乳糖特異結(jié)合的部位。目前已知的蓖麻毒蛋白有4 種晶型結(jié)構(gòu)，即D 型、CI 型、TL 型和BI 型，其中D 型毒性最強(qiáng)[3-4]。

蓖麻毒蛋白是當(dāng)前世界上已知最致命的毒素之一，可使幾乎全部真核細(xì)胞染毒[5]。蓖麻毒蛋白中毒后早期急性反應(yīng)有發(fā)熱、胸腔積液、腸道出血壞死性炎癥等。中毒較輕者48～72 h 恢復(fù)，嚴(yán)重者可因呼吸和循環(huán)衰竭在24～96 h 死亡。人的致死劑量為1～20 mg/kg[6]。

1.2 蓖麻堿

蓖麻堿是一種重要天然活性成分，在幼芽、子葉中含量較高，為0·7%～1%。蓖麻堿的分子式為C8H8N2O2，分子量為164·17 Da。蓖麻堿純品為白色針狀或棱柱狀結(jié)晶體，在熱水和熱三氯甲烷中溶解度較高，在熱乙醇中也有一定的溶解性，但難溶于苯、乙醚和石油醚；其堿性溶液可使高錳酸鉀還原，并伴隨有氫氰酸的生成。

蓖麻堿是一種劇毒生物堿，分子中含有氰基，具有較強(qiáng)的毒性，毒性反應(yīng)主要有惡心、嘔吐，嚴(yán)重者肝、腎受損，呼吸抑制死亡等。以家禽雞為例，飼料中蓖麻堿含量高于0·01%，可抑制雞的生長(zhǎng)；含量高于0·1%，可致雞中毒死亡[7-9]。

1.3 蓖麻變應(yīng)原

蓖麻變應(yīng)原是一種可引起人過(guò)敏的物質(zhì)，在蓖麻籽中含量為1·5%～2%。蓖麻變應(yīng)原的分子式為C10H16NOC4H4O4，分子量為281·3 Da。蓖麻變應(yīng)原純品為淺黃色晶體或白色粉末，溶于水，在沸水中可維持穩(wěn)定，不能被乙酸鉛沉淀。蓖麻變應(yīng)原屬于CB-1A 型，是少許碳水化合物（2%～3%）與蛋白質(zhì)共同聚合而成的糖蛋白[10]。

蓖麻變應(yīng)原不僅有抗原性，還有極強(qiáng)的致敏活性，含量為1 mg/kg 的水溶液會(huì)引起過(guò)敏患者的陽(yáng)性反應(yīng)，注射到動(dòng)物體內(nèi)可形成抗體，其毒性對(duì)人則會(huì)引起過(guò)敏但不致死。與人相比，對(duì)動(dòng)物的毒性較強(qiáng)，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生致命性過(guò)敏[11]。

1.4 血球凝集素

血球凝集素是一種具有活性的高分子蛋白毒素，其含量在蓖麻籽中很少，僅占0·005%～0·015%。它遇熱較不穩(wěn)定，100℃、30 min 條件下可導(dǎo)致活性喪失。血球凝集素的分子量為130·0 kDa，其分子結(jié)構(gòu)類(lèi)似于蓖麻毒蛋白。

血球凝集素對(duì)一些糖分子具有親和力，進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，可使血紅細(xì)胞凝聚。血球凝集素對(duì)動(dòng)物的毒性是蓖麻毒蛋白的百分之一，但對(duì)紅細(xì)胞的凝集活性是它的50 倍[12]。

2 蓖麻毒素的作用

2.1 蓖麻毒素在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

蓖麻毒蛋白A 鏈和B 鏈借助二硫鍵相互連接，其B 鏈可以與真核細(xì)胞膜表面的受體特異性結(jié)合，并將A 鏈導(dǎo)入細(xì)胞，特異性地催化脫掉存在于真核細(xì)胞核糖體內(nèi)的28S rRNA 中GAGA-莖環(huán)結(jié)構(gòu)中的第一個(gè)腺苷上的腺嘌呤，阻止哺乳動(dòng)物伸長(zhǎng)因子-2 與核糖體結(jié)合，從而停止蛋白質(zhì)合成和激活細(xì)胞死亡途徑[13-14]。利用這一生物學(xué)特征，可以將蓖麻毒蛋白應(yīng)用于腫瘤的臨床治療。

早期蓖麻毒蛋白的應(yīng)用是將其直接注入瘤體，結(jié)果表明蓖麻毒蛋白雖具有一定的抑制腫瘤作用，但由于B 鏈無(wú)特異性，會(huì)導(dǎo)致正常細(xì)胞損傷及死亡。為解決此問(wèn)題，第一代免疫毒素誕生，制備方法為利用二硫鍵將完整的蓖麻毒蛋白與特異性靶向腫瘤細(xì)胞的抗體連接。這類(lèi)免疫毒素雖能起到治療腫瘤的效果，但存在血管滲漏綜合征等副作用，無(wú)法廣泛應(yīng)用于腫瘤的臨床治療。

隨著高分子材料在醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，多囊脂質(zhì)體、凝膠等藥物新劑型不斷應(yīng)用于免疫毒素的制備。楊菁[15]等利用溫敏型凝膠將蓖麻毒蛋白包裹，以超聲介導(dǎo)的方式，將其注入耐藥的人卵巢癌裸鼠瘤體內(nèi)，結(jié)果表明，被溫敏型凝膠包裹的蓖麻毒蛋白可抑制人卵巢癌細(xì)胞的增殖，與模型組相比，給藥后4 周的腫瘤明顯縮小，生長(zhǎng)抑制率可達(dá)56·5%。這種方法不但提高了包裹蓖麻毒蛋白的穩(wěn)定性，使蓖麻毒蛋白被穩(wěn)定地釋放，并且可以有效降低細(xì)胞耐藥性及全身毒副作用。

第二代免疫毒素直接放棄B 鏈，順勢(shì)將A 鏈與專(zhuān)一性識(shí)別腫瘤細(xì)胞的最小抗體片斷進(jìn)行連接[16]，使得這類(lèi)免疫毒素具有較高的特異性，同時(shí)也能降低B 鏈對(duì)正常細(xì)胞的毒性。但存在大部分免疫毒素進(jìn)入細(xì)胞后易被溶酶體降解、靶向性較低等問(wèn)題。

現(xiàn)階段，新型重組免疫毒素已被構(gòu)建，它利用基因重組技術(shù)將蓖麻毒蛋白與具有靶向選擇性的抗體片段融合表達(dá)[17]。焦鵬燕[17]制備了重組免疫毒素RTA-4D5 后，在其C 末端添加一個(gè)蛋白定位肽KDEL，構(gòu)建出重組免疫毒素RTA-4D5-KDEL。對(duì)RTA-4D5-KDEL、RTA-4D5 及對(duì)照RTA 進(jìn)行抗腫瘤活性檢測(cè)，結(jié)果表明，它們對(duì)卵巢癌細(xì)胞SK-OV-3 的半致死率IC50 值分別為25 ng/mL、0·7 μg/mL、11 μg/mL。新型重組免疫毒素對(duì)腫瘤細(xì)胞的毒殺作用大幅度提高；通過(guò)對(duì)重組免疫毒素進(jìn)行包封，從而降低蓖麻毒蛋白對(duì)全身的毒副作用；添加蛋白信號(hào)肽或選擇特異性配體，可大大提高蓖麻毒蛋白在腫瘤治療中的靶向性。

2.2 蓖麻毒素在農(nóng)藥方面的應(yīng)用

蓖麻是在生物農(nóng)藥研究方面極具潛力的植物之一[18]。早期農(nóng)戶(hù)使用蓖麻毒素的提取物進(jìn)行害蟲(chóng)防治，效果較顯著。將蓖麻各部分（蓖麻根、莖、葉、籽），50℃左右烘干至發(fā)脆后粉碎過(guò)篩，后用液體（水或有機(jī)溶劑）浸泡數(shù)個(gè)小時(shí)，便可得到提取物[19]。付艷紅[20]研究發(fā)現(xiàn)，蓖麻籽提取物對(duì)煙草害蟲(chóng)可發(fā)揮較強(qiáng)的觸殺作用，尤其是對(duì)各種蚜蟲(chóng)的觸殺校正死亡率高達(dá)95%以上。

周勇強(qiáng)[21]利用蓖麻毒蛋白、蓖麻堿、去氰基后的蓖麻堿提取純品進(jìn)行殺蟲(chóng)效果試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)蓖麻毒蛋白濃度為0·1%～0·8%時(shí)，對(duì)菜粉蝶3 齡幼蟲(chóng)和蚜蟲(chóng)的防治效果為30%～50%，效果不明顯；蓖麻堿對(duì)斜紋夜蛾、小菜蛾和白紋伊蚊幼蟲(chóng)等均有極好的殺蟲(chóng)效果，隨著濃度增加，殺蟲(chóng)效果也隨之提高；蓖麻堿上的氰基被去除后，其殺蟲(chóng)效果顯著下降。由此可知，蓖麻毒蛋白的殺蟲(chóng)效果雖不明顯，但因其本身有強(qiáng)大毒性，改良后可應(yīng)用于生物農(nóng)藥；蓖麻堿作為殺蟲(chóng)劑的有效成分，作用機(jī)理可能是其含有較強(qiáng)毒性的氰基。

研究表明，蓖麻毒素對(duì)害蟲(chóng)的毒殺方式分別為觸殺和胃毒。趙丹[22]用蓖麻毒蛋白對(duì)蚜蟲(chóng)和菜青蟲(chóng)進(jìn)行毒力測(cè)試，發(fā)現(xiàn)蓖麻毒蛋白對(duì)蚜蟲(chóng)和菜青蟲(chóng)均有一定的觸殺性，但胃毒效果較差。劉進(jìn)進(jìn)[23]等用蓖麻堿對(duì)甜菜夜蛾進(jìn)行毒殺效果試驗(yàn)，處理72 h 后，LC50（致死中濃度）為0·35 mg/L，觸殺與胃毒相結(jié)合，起到了較好的拒食效果。

利用蓖麻毒素制備生物農(nóng)藥，配制過(guò)程簡(jiǎn)單方便、成本低廉，具有超強(qiáng)的殺蟲(chóng)、殺菌作用，且不會(huì)在生物鏈中形成富集，不產(chǎn)生耐藥性[24]，大大降低了對(duì)環(huán)境的污染。因此，蓖麻毒素在生物農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)利用方面受到廣泛關(guān)注。

3 展望

在醫(yī)藥方面，蓖麻毒素對(duì)腫瘤的治療效果已被試驗(yàn)和臨床研究證實(shí)。目前，高靶向性的重組免疫毒素已被構(gòu)建，它可為后續(xù)制備臨床效果更好的免疫毒素提供參考，將蓖麻毒素應(yīng)用于治療腫瘤藥物的研發(fā)，值得我們共同期待。在農(nóng)藥方面，目前蓖麻毒素僅作為生物農(nóng)藥應(yīng)用于害蟲(chóng)的非精準(zhǔn)防治，基于蓖麻毒素對(duì)害蟲(chóng)的作用機(jī)理及活性研究已取得一定成果，將其制備為專(zhuān)用的植物源殺蟲(chóng)劑，有廣闊的應(yīng)用前景。蓖麻變應(yīng)原和血球凝集素的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。