水母毒理學(xué)研究趨向

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1、水母毒理學(xué)研究趨向 水母毒理學(xué)研究趨向 2012/11/19 作者：肖良王倩倩王蓓蕾王濤張林張黎明單位：上海第二軍醫(yī)大學(xué)海醫(yī)系防化醫(yī)學(xué)教研室 水母是一類廣泛分布的有毒海洋生物，屬刺胞動物門。其觸手及口周組織表面有刺細(xì)胞分布，刺細(xì)胞中含有儲存毒液的刺絲囊，水母通過刺絲囊發(fā)射刺絲將毒液注入人或動物體內(nèi)，對心血管、血液、神經(jīng)、肌肉等產(chǎn)生多種生物毒性效應(yīng)。受氣候變暖、海水富營養(yǎng)化及過度捕撈等因素影響，近年來各沿海海域水母爆發(fā)性增加，水母蜇傷的患者數(shù)量也相應(yīng)增加。1949年，Kr

2、is-tenson［3］首次報道了水母蜇傷患者的皮膚癥狀。此后數(shù)十年來，水母蜇傷的病理生理學(xué)變化、防護(hù)與救治措施、尤其是毒素成分的純化與鑒定等相關(guān)研究一直未能取得突破性進(jìn)展。 近年來，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)（translationalmedicine）概念的提出得到了學(xué)術(shù)界的高度重視，發(fā)展迅猛，為水母蜇傷與水母毒素研究提供了新的思路。轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)倡導(dǎo)實驗室基礎(chǔ)研究與臨床醫(yī)學(xué)實踐及藥物開發(fā)的雙向轉(zhuǎn)化，以期將醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究中獲得的科研成果快速有效地轉(zhuǎn)化為臨床診治新技術(shù)或新療法，是基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用之間的橋梁。就水母毒素的醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化而言，一方面體現(xiàn)在毒素作用機(jī)制研究的成果應(yīng)用于水母蜇傷的防治，另一方面則可以根據(jù)水母蜇傷

3、后產(chǎn)生的臨床癥狀，分析相應(yīng)的生物毒性，指導(dǎo)水母毒素中活性成分的定向分離、純化與鑒定，以及其毒性作用機(jī)制等基礎(chǔ)研究工作，為水母毒素的開發(fā)應(yīng)用提供指導(dǎo)。 1水母蜇傷癥狀 水母蜇傷是世界上最常見的海洋生物傷，近年來隨著水母爆發(fā)性增長而增加，每年被水母蜇傷的患者數(shù)以十萬計。在澳大利亞沿海，僅每年夏季被Physaliaphysalis水母蜇傷的患者就過萬人，其他水母如“hairjellyfish”（Cyanea）及“Blub-ber”（Catostylus）蜇傷的患者也不計其數(shù)。在中國，尚未有完整的關(guān)于水母蜇傷的流行病學(xué)資料，但自1983年以來，見諸文獻(xiàn)報道的臨床病例數(shù)已超過2000例，且大多是近1

4、0年的報道，呈逐年增多的趨勢，涉及的致傷水母包括Nemopile-manomurai、Aureliaaurita、Cyaneanozakii等。水母蜇傷患者的臨床癥狀呈多樣化表現(xiàn)，當(dāng)患者皮膚接觸到水母觸手后，很快出現(xiàn)疼痛、劃痕、紅斑、皮炎等局部癥狀；毒素吸收入血循環(huán)后，出現(xiàn)惡心、嘔吐、頭昏及肌肉痙攣等全身癥狀；若大量毒液進(jìn)入體內(nèi)，可以出現(xiàn)呼吸、心跳驟停,中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀及肝腎功能衰竭等急性致死性癥狀。蜇傷后期還可以出現(xiàn)瘢痕形成、皮膚色素沉著、血管痙攣等慢性遷延性癥狀。此外，也可能出現(xiàn)單純皰疹、肉芽腫及蕁麻疹等其他癥狀。值得注意的是，由Carukiabarnesi等蜇傷引起的一種稱之為“Iruk

5、andji”的綜合征。與其他水母蜇傷后出現(xiàn)的嚴(yán)重皮膚癥狀不同，“Irukandji”綜合征往往表現(xiàn)為蜇傷局部的疼痛不明顯，且數(shù)分鐘內(nèi)消失，不易被人發(fā)覺。經(jīng)過5～40min潛伏期后，從腹部和骶部開始出現(xiàn)劇烈疼痛，迅速蔓延到胸部和大腿，隨后肋間出現(xiàn)緊縮感及肌肉劇痛，反復(fù)循環(huán)。并出現(xiàn)一連串“嘆息式”呼吸、震顫、焦慮、頭痛、多汗、臉色蒼白、發(fā)紺，以及尿量減少、心動過速、血壓升高、肺水腫甚至瀕死感等多種癥狀，然后在1～2d內(nèi)自愈。 2水母毒素作用機(jī)制 水母蜇傷產(chǎn)生的各種臨床癥狀反映出水母毒素毒性效應(yīng)的多樣化。臨床癥狀觀察及動物實驗研究表明，水母毒素主要屬肽類毒素，含有溶血、心血管、神經(jīng)、肌肉、肝臟、

6、腎臟及皮膚壞死等多種生物毒性，這些毒性效應(yīng)導(dǎo)致了蜇傷患者出現(xiàn)相應(yīng)的臨床癥狀。遺憾的是，由于水母毒素極不穩(wěn)定且量非常少，導(dǎo)致其毒性成分的純化與鑒定，以及作用機(jī)制研究相對滯后。就作用機(jī)制而言，除溶血和心血管毒性研究較多外，其他如神經(jīng)、皮膚等毒性還停留在臨床病例報道的水平。 2.1溶血毒性 溶血毒性在水母毒素中普遍存在，是目前惟一被成功純化并進(jìn)行序列測定的水母毒素蛋白組分，已經(jīng)從4種不同水母毒素中鑒定出6個不同的溶血蛋白，成為一個新的蛋白家族。根據(jù)生物信息學(xué)分析，溶血蛋白的作用機(jī)制很可能是在紅細(xì)胞膜上形成非特異性陽離子通道穿孔復(fù)合物。這一點在眾多離子通道工具藥物對水母毒素溶血活性的影響實驗中得到

7、了支持，如非特異性陽離子通道抑制劑La3+對水母毒素溶血作用具有非常明顯的抑制效應(yīng)。本課題組的實驗研究也發(fā)現(xiàn)，Ca2+通道阻斷劑可以明顯抑制水母毒素的溶血作用（未發(fā)表）。但是，除了離子通道阻斷劑外，其他如抗氧化劑、Ca2+螯合劑等也可以明顯拮抗水母毒素的溶血效應(yīng)，表明除形成膜穿孔復(fù)合物外，溶血毒性蛋白可能還存在其他導(dǎo)致溶血的途徑。當(dāng)然，就水母毒素溶血蛋白而言，盡管其溶血效應(yīng)已獲得證實，但僅僅根據(jù)序列分析來推測其作用機(jī)制是不夠的，有待進(jìn)一步實驗結(jié)果的直接證明。 2.2心血管毒性 水母毒素心血管毒性一直是研究的重點。從水母蜇傷致死病例來看，絕大多數(shù)都與心力衰竭有關(guān)，而且動物實驗研究也發(fā)現(xiàn)中毒后

8、心血管系統(tǒng)癥狀最為顯著。但遺憾的是，迄今未能純化和鑒定出單一的心血管毒性蛋白組分，這導(dǎo)致了水母毒素心血管毒性作用機(jī)制研究的滯后。就現(xiàn)有報道來看，水母毒素心血管毒性主要由細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載引起，可能涉及到非特異性陽離子通道形成、L型Ca2+通道過度開放、兒茶酚胺過度釋放，以及變態(tài)反應(yīng)等多種機(jī)制。此外，水母毒素心血管毒性涉及到的部位包括心臟的傳導(dǎo)系統(tǒng)、心室肌細(xì)胞、血管組織的平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等，可以導(dǎo)致各種類型的心律失常、血壓升高或降低等癥狀。 支持作用于非特異性陽離子通道機(jī)制的主要理由是：水母毒素具有廣泛的細(xì)胞毒性（包括溶血毒性），可以引起心肌、平滑肌等接觸到水母毒素的各種細(xì)胞膜形成穿孔復(fù)合

9、物，導(dǎo)致細(xì)胞外Ca2+、Na+等內(nèi)流，引起心肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等Ca2+超載而產(chǎn)生心血管毒性癥狀，但該機(jī)制難以解釋水母毒素對心血管系統(tǒng)，特別是對心肌細(xì)胞的選擇性，因為本課題組研究表明，水母毒素對心肌細(xì)胞的毒性最大，其次是平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞，再次是其他組織細(xì)胞。支持L-型Ca2+通道過度開放機(jī)制的主要理由是：部分L-型Ca2+通道阻斷劑可能具有拮抗水母毒素心臟毒性效應(yīng)，但不能排除L-型Ca2+通道阻斷劑可能也阻斷水母毒素形成的非特異性陽離子通道。關(guān)鍵在于區(qū)分水母毒素是通過細(xì)胞膜上原有的L-型Ca2+通道還是通過自身組裝形成通道復(fù)合物發(fā)揮作用的。 兒茶酚胺過度釋放假說的提出主要依據(jù)對“Iruk

10、andji”綜合征作用機(jī)制的探討。臨床癥狀觀察及動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，“Irukandji”綜合征患者首先出現(xiàn)的是非常明顯的升壓反應(yīng)，隨后才出現(xiàn)劇烈的血壓下降，并出現(xiàn)休克甚至死亡，檢測體內(nèi)的兒茶酚胺水平則發(fā)現(xiàn)其變化與血壓變化相一致，給予水母毒素后會快速出現(xiàn)體內(nèi)兒茶酚胺的劇烈升高（>100倍），隨后逐漸降低。因此，有人提出體內(nèi)兒茶酚胺過度釋放是“Irukandji”綜合征的原因，但并非所有的水母毒素都能導(dǎo)致體內(nèi)兒茶酚胺明顯變化。此外，還有研究認(rèn)為，水母蜇傷后出現(xiàn)變態(tài)反應(yīng)是導(dǎo)致患者死亡的主要原因，但作用機(jī)制不明。 3水母蜇傷的防治 絕大多數(shù)水母蜇傷患者表現(xiàn)為皮膚劃痕、紅腫等局部癥狀。水母蜇傷的局部

11、處理措施主要是依據(jù)水母毒素的理化性質(zhì)制定的。水母毒素對熱不穩(wěn)定，40℃以上很快失活。因此可以采取蜇傷局部熱敷的方法處理，因為熱敷可以導(dǎo)致水母毒素的變性失活，如P.physalis蜇傷后45℃熱敷可以明顯減輕蜇傷癥狀。當(dāng)然也可以采取局部冷敷，因為冷敷可以減緩毒液的擴(kuò)散。需要注意的是，不可采用乙醇處理蜇傷局部，因為酒精會刺激刺絲囊毒液的大量釋放而加重中毒癥狀。 若出現(xiàn)昏迷、呼吸困難、循環(huán)衰竭等全身中毒癥狀，除了澳大利亞研制的針對C.fleckeri的抗毒血清外，目前尚無其他特效抗毒藥物。鑒于水母蜇傷患者的臨床癥狀和動物中毒模型均表明心血管系統(tǒng)是水母毒素的主要靶器官，且實驗研究發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞和血管

12、平滑肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載和兒茶酚胺過度釋放可能是心血管功能損傷的主要原因，提示鈣拮抗劑和腎上腺素受體阻斷劑可能對水母毒素的心血管毒性具有拮抗效應(yīng)。本課題組實驗研究表明，Ca2+通道阻斷劑與腎上腺素受體阻斷劑具有良好的拮抗水母毒素心臟毒性及血管收縮反應(yīng)的效果，可能成為水母蜇傷全身中毒的有效治療藥物（未發(fā)表）。 4水母毒素的開發(fā)應(yīng)用 水母毒素毒性非常強(qiáng)烈，如C.fleckeri毒素，對人的致死劑量僅為幾十微克，因此被認(rèn)為是世界上最毒的有毒生物之一。水母毒素具有強(qiáng)烈而廣泛的生物活性，可成為海洋生物毒素研究開發(fā)的一個獨特方向。以活性為指導(dǎo)，開展定向分離純化研究，同時結(jié)合分子生物學(xué)技術(shù)、組學(xué)技術(shù)，如轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)等，既可以為水母蜇傷的防護(hù)與治療策略提供理論依據(jù)，又可望獲得具有高生物活性的有效成分，為相關(guān)新藥研究提供先導(dǎo)化合物和理論指導(dǎo)?？傊?，半個多世紀(jì)的水母蜇傷防治的臨床研究，以及水母毒素機(jī)制與純化鑒定的基礎(chǔ)研究，已經(jīng)積累了大量的臨床數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)實驗資料，采用轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的研究思路加強(qiáng)臨床與基礎(chǔ)研究之間的聯(lián)系，對水母蜇傷救治及毒素本身開發(fā)利用研究都會產(chǎn)生非常積極的影響。