紅火蟻毒素物質基礎研究進展

李安鵬，陳 帥，宋 佳，梁倫海，鄒季花，鄒 燕，趙慶杰 （.海軍軍醫(yī)大學藥學院, 上海 004；.煙臺大學, 山東 煙臺 64005；.福建中醫(yī)藥大學藥學院, 福建 福州 5000；4.9805 部隊醫(yī)院，山東 青島 6600）

在我國，紅火蟻是一種對農業(yè)生產、生態(tài)環(huán)境、人畜健康和公共安全造成嚴重危害的入侵性害蟲之一。紅火蟻通過毒針刺傷人類皮膚，每次將大約0.66 nl 毒液注入人的皮膚[1-2]?；颊弑幌U傷時會立即產生持續(xù)劇烈的灼燒感，隨后出現瘙癢、疼痛、水泡、丘疹等局部癥狀，嚴重者會出現頭痛頭暈、心悸胸悶、心律失常等全身癥狀；對毒液過敏的患者則會出現更嚴重的哮喘、喉頭和支氣管水腫等全身性過敏反應，甚至出現過敏性休克，危及患者生命[3-5]。紅火蟻毒液的主要成分包括水、生物堿和少量的蛋白質[6]，本文詳細綜述了目前對紅火蟻毒液中各毒素物質的研究進展以及各組分的作用和功能。

1 生物堿

1.1 生物堿的類型

生物堿是紅火蟻毒液重要的組成成分，其主要成分是2-甲基-6-烷基哌啶生物堿混合物，約占毒液總量的95%[7-8]。這些哌啶生物堿存在立體異構現象，順式生物堿構型為（2R，6S）（圖1A），反式構型為（2R，6R）（圖1B），反式生物堿與相應的順式異構體的比值為87～378:1[8-9]。另外，紅火蟻體內還存在一些哌啶環(huán)上含雙鍵的△1,6和△1,2-2 甲基-6-烷基哌啶類混合物，這些生物堿可能是紅火蟻毒素中順式生物堿和反式生物堿的合成前體[9]（圖1C）。Chen L[10]等已人工合成一系列外消旋2-甲基-6-烷基-△1,6-哌啶類化合物，用于紅火蟻毒液中天然產物的化學確證和生物活性評價。除了哌啶類生物堿外，紅火蟻毒液中還存在少量的吡啶類生物堿。Chen J[11]等采用硅膠柱層析分離法，利用SPME和SPME-GC-MC 技術在紅火蟻工蟻毒液的生物堿中首次分離和鑒定出6 種2-甲基-6 烷基（或烯基）吡啶類生物堿，其中4 種生物堿也存在于雌性紅火蟻體內。最近，Vander Meer[12]等在工蟻毒液中又意外地發(fā)現了6-十一烷基吡啶、2-甲基-6-十一烷基吡啶和2-甲基-6-（1）-十一烯基吡啶等3 種新的生物堿，在紅火蟻毒液研究方面取得了新的進展。

圖1 紅火蟻毒液哌啶類生物堿化學結構

紅火蟻毒液中生物堿的含量與紅火蟻的種類、大小、年齡、分布地域等因素有關。在同一巢穴中，雌性生殖蟻的生物堿含量相對較高，約83 μg/頭，而工蟻體內的生物堿含量則與其個體的大小呈正相關，中齡工蟻體內生物堿含量遠高于老齡工蟻和幼齡工蟻[13]。由于被入侵地的環(huán)境、生態(tài)等影響，不同地區(qū)的紅火蟻毒液生物堿組分的相對含量也會存在明顯差異[14]。

1.2 生物堿的作用

紅火蟻體內的堿類分泌物能夠有效抑制各種病原微生物，使紅火蟻免于各種疾病的困擾[15]。但是這些生物堿作用于人體時能夠抑制細胞Na+和K+-ATP 酶作用，限制線粒體呼吸，在低濃度下即可解除氧化磷酸化，阻斷神經肌肉連接，促使肥大細胞釋放組胺和血管活性物質，因此患者被蟄傷時局部組織會發(fā)生壞死、溶血[5]。紅火蟻毒液中的生物堿具有一定的抗菌活性，其中trans-C11、trans-C13、trans-C15 對革蘭陽性菌抑制作用較強[16]?；颊咴诒患t火蟻蜇傷初期一般不會發(fā)生細菌感染，但是若處理不及時或者處理不當，則會造成二次感染，形成膿皰[17]。

紅火蟻毒液中的生物堿成分在介導寄生性天敵對紅火蟻工蟻的吸引力方面起著重要作用，例如寄生性蚤蠅能夠利用紅火蟻分泌的示警信息素定位工蟻位置[18]。 Chen L 等[19]通過實驗證實蚤蠅對毒液生物堿中的cis-C11、cis-C13:1、cis-C13、cis-C15:1、 cis-C15、 trans-C11、 trans-C13:1、△1，6-C15:1 和△1,6-C15 存在觸角電位（EAG）反應，為紅火蟻毒液生物堿作為蒼蠅引誘劑的可能作用機制提供了新的見解。

紅火蟻蟻后和雌性生殖蟻體內的生物堿還具有特殊的信息交流作用。這些毒液能夠用于螞蟻種群的建立，并且反映蟻后的發(fā)育程度以及鑒別蟻后的基因型[20]。

2 蛋白質

2.1 蛋白質抗原（SoliⅠ-Ⅳ）

紅火蟻毒液中的蛋白質含量只占毒液總量的5%，但是其抗原性強，毫微克即可引起致敏并誘發(fā)過敏反應。Hoffman 等[21]從紅火蟻毒液中分離提純出4 種均一性蛋白：Soli Ⅰ（Solenopsis invicta Ⅰ）、Soli Ⅱ、Soli Ⅲ和Soli Ⅳ，都屬于過敏性蛋白質，具有致敏活性。典型Soli Ⅰ的分子量為37 kDa，由309 個氨基酸組成，在SDS-PAGE 電泳上產生18、16.5 和14 KDa 共3 個蛋白條帶[22]。非變性Soli Ⅱ的分子量為28 kDa，是一種由119 個氨基酸組成的磷脂酶。Soli Ⅱ的天然形式是一種通過2 個二硫鍵鏈接的二聚體，每個亞基由5 個螺旋包圍1 個疏水孔，并由3 個分子內二硫鍵穩(wěn)定，該蛋白在結構上與氣味/信息素結合蛋白相似，能夠捕獲或轉運某些小型疏水配體（如信息素、脂肪酸、氣味等）[23]。雖然紅火蟻工蟻和蟻后的Soli Ⅱ的蛋白質序列具有74.8%的同源性，但過敏患者對工蟻Soli Ⅱ的免疫反應比蟻后的表現更為強烈。Soli Ⅲ的分子量均為26 KDa，由212 個氨基酸組成，其中含有8 個半胱氨酸[24]。非變性的Soli Ⅳ的分子量為20 kDa，由117 個氨基酸殘基構成，具有6 個半胱氨酸，在SDS-PAGE 電泳上產生1 條15 kDa 的單鏈[25]。

目前臨床上已將紅火蟻毒素蛋白廣泛用于紅火蟻引起的過敏反應的診斷以及紅火蟻過敏患者的免疫治療。由于紅火蟻體內毒素蛋白含量很低，通過人工飼養(yǎng)得到的全蟻提取液或毒液的量極少，但通過體外擴增的方法可以安全、大量地表達用于免疫治療的毒素蛋白，具有十分重大的意義。韓雪清等[26]利用RT-PCR 和nPCR 技術擴增出紅火蟻體內毒素蛋白Soli Ⅰ和Soli Ⅳ全基因及其活性片段，與GenBank 中的紅火蟻序列同源性為99%，具有較高的致敏活性和很好的抗原特異性，達到了良好的免疫治療效果。1993 年Schmidt 等[27]首次對Soli Ⅱ毒素蛋白進行序列測定并克隆分析其編碼cDNA 序列，重組蛋白Soli Ⅱ 具有與毒蛋白SoliⅡ 相同的構象。2003 年Schmidt 等[28]又利用桿狀病毒載體體外表達了Soli Ⅲ重組蛋白，其與毒素蛋白具有相似的IgE 活性。王建峰等[29]利用大腸桿菌表達系統(tǒng)成功的在體外表達了紅火蟻重組毒素蛋白Soli Ⅳ，與Genebank 上的KAFI03805 核苷酸同源性高達99%，氨基酸序列同源性為99%。重組蛋白Soli Ⅳ在一定濃度范圍內能夠激活T 淋巴細胞、B 淋巴細胞活化并釋放特異性IgE，誘發(fā)Ⅰ型變態(tài)反應，可以用于過敏的診斷和免疫治療。

Dos Santos Pinto 等[30]對紅火蟻全蟻提取液進行蛋白質組學分析，分離鑒別出46 種蛋白質或多肽，根據它們在毒液中的功能和作用，將其分為4 組：毒素蛋白、管家蛋白、肌肉蛋白和化學通訊蛋白（表1）。在這些蛋白中，除了被大家所熟知的Soli Ⅰ、Soli Ⅱ、Soli Ⅲ這3 種致敏性抗原外，還包括2 種首次在紅火蟻毒液中分離鑒定出的蛋白質——解聚素/金屬蛋白酶（disintegrin/metalloproteiase）和心房利鈉肽。管家蛋白和肌肉蛋白可能是在解剖紅火蟻或提取毒液的過程中，周圍肌肉或細胞被破壞，部分細胞內容物泄漏到毒液中所致，這些蛋白在毒液中并不發(fā)揮任何作用。Ye 和 Li[31]在火蟻體內992 個蛋白中檢測出2387 個賴氨酸乙?；↘ac）位點，這些乙?；鞍踪|參與了各種細胞過程和生物功能，確定Kac 靶蛋白的功能可能有助于設計特效藥來預防這種危險物種的入侵。

表1 紅火蟻毒液蛋白質組學

2.2 蛋白質/多肽的作用機制

紅火蟻毒液中的磷脂酶能夠水解生物膜上的磷脂，導致細胞裂解、炎癥和組織損傷。肌肉毒素與磷脂酶的作用類似，它能夠使螫針蟄刺部位周圍的骨骼肌壞死，增加局部微血管的通透性，并且促進細胞溶解和壞死。在紅火蟻毒液中發(fā)現的另一種溶細胞蛋白是一種類似?？鸓STx-60 的毒素，該毒素會引起明顯的溶血反應[32]。解聚素/金屬蛋白酶可降解細胞外基質和毛細血管基底膜，破壞局部毛細血管網，因此被紅火蟻蜇傷的患者會出現出血和水腫，局部壞死和組織損傷、休克等臨床表現。硫氧還蛋白過氧化物酶（thioredoxin peroxidase）、谷胱甘肽-S-轉移酶（glutathione-S-transferase）、細胞色素C 氧化酶（cytochrome c oxidase）可能參與紅火蟻遭受氧化應激損傷時的自我保護機制，使相關毒素蛋白能夠保持完整結構，同時防止毒腺遭到氧化和破壞。Ponericin-like peptide、轉鐵蛋白能夠防治儲存的食物變質，預防成蟲和幼蟲感染細菌?；瘜W通訊蛋白主要與紅火蟻的警報、追蹤、攻擊等社會行為的化學信息交流機制有關[33]。

3 結語

國內外已多次報道被紅火蟻蜇傷的案例，但對于紅火蟻毒素，目前尚未研制出有效的解毒劑。紅火蟻毒液中的生物堿是造成灼燒感和水泡的主要原因，過敏反應則是由毒液中的蛋白質或多肽類物質造成的。目前對紅火蟻蜇傷的治療以對癥治療為主，一般是選用抗組胺、類固醇等藥品或冰敷來緩解癥狀；若處理不及時或不當而發(fā)生二次感染，可以使用抗生素；如果嚴重至過敏性休克，則可選用腎上腺素等藥物。在對紅火蟻蟄傷患者的治療中，采用中西醫(yī)結合的治療策略能夠有效緩解患者的臨床癥狀，縮短住院時間，達到滿意的治療效果[34]。