蛇毒神经毒素的研究进展

药物生物技术Pharmaceutical Biotechnology2013，20（6）：564 568蛇毒神经毒素的研究进展李凤君1，2，韩丽萍2*，蒋琳兰2，李玉华2（1.华南理工大学生物科学与工程学院，广东广州510006；2.广州军区广州总医院药剂科，广东广州510010）摘要蛇毒神经毒素是蛇毒毒液中主要的毒性成分，是一种低分子质量的碱性多肽。

神经毒素因其能够治疗神经性疼痛、癌痛及神经硬化症等，应用于临床；而且是研究神经系统中神经递质的产生和传递过程分子作用机制的重要探针，神经毒素具有科学研究及临床应用的重要前景。

该文就各类神经毒素的研究进展状况及镇痛机制方面的研究作了综述。

关键词蛇毒；神经毒素；镇痛机制中图分类号Q51文献标志码A文章编号1005-8915（2013）06-0564-05蛇毒是毒蛇腺分泌的一种天然的蛋白质毒液，新鲜毒液呈蛋清样，具有特殊的腥味，其化学成分非常复杂，其中有5 15种酶、3 12种非酶蛋白质和多肽，以及少量的中性脂、磷酸和游离的单糖；无机盐钠、钾、锌离子含量较高，其次是钙、锰等离子［1］。

目前蛇毒中研究比较广泛的蛇毒组分是心脏毒素、神经毒素、磷脂酶、细胞毒素、神经生长因子及抗凝和促凝血毒素等。

其中神经毒素因其可以抑制神经肌肉之间的传递而应用于镇痛。

因此，蛇毒在科学研究及医药方面发挥着重大的作用。

1神经毒素概述蛇毒神经毒素是蛇毒毒液毒性最大的组分，能抑制中枢神经系统，尤其是延髓呼吸中枢，对周围神经系统的作用主要是阻断神经———肌肉接头处的冲动的传导，导致骨骼肌尤其是呼吸肌瘫痪。

可使动物产生松弛型麻痹和呼吸衰竭，导致动物死亡；使人类脑神经麻痹，表现为上睑下垂，视力模糊，呼吸困难，言语不清和面肌无力。

神经毒素主要存在于眼镜蛇科、海蛇科、金环蛇和银环蛇中，同时也存在于极少数的蝰蛇科和响尾蛇中。

从Chen和Ｒobinson及Brazil发现的蛇毒液中具有止痛作用的成分即是其中的神经毒素类开始［2］，进入研究神经毒素单体的时代。

神经毒素是由15 18种氨基酸组成，其中含有60 75个氨基酸，是一种相对分子质量为6k 12k，而pI高于9的碱性多肽链。

神经毒素能够治疗神经性疼痛，癌症及神经硬化症等，而且是研究神经系统中神经递质产生以及传递过程分子机制的重要探针，在医药以研究中具有重要的应用前景。

2神经毒素的分类和结构蛇毒神经毒素根据作用机制可分为4类：突触前神经毒素（Presynaptically-acting neurotoxin或α-neurotoxin）、突触后神经毒素（Postsynapically-acting neurotoxin或β-neurotox-in）、抗胆碱酯酶类神经毒素（Anticholinesterase neurotoxin）和离子通道型神经毒素（Ion-channel neurotoxin）。

神经毒素的3D分子全貌是一个较小的扁平分子具有3个突出的环，这3个环由大量的β-折叠合5个逆β-平行组成。

2.1突触前神经毒素突触前神经毒素（β-neurotoxin）是作用于神经肌肉接头的突触前膜，抑制乙酰胆碱（Ach）的释放过程，阻断神经肌肉的传导，它们有高度的毒性并最终导致呼吸麻痹，因此亦称“突触前神经毒素”；但不同的突触前神经毒素有不同的作用机制。

与突触后神经毒素相比，该毒素神经毒性要比突触后神经毒素高，但是在分布方面不如突触后神经毒素分布广泛。

突触前神经毒素的作用模式：（1）、具有高毒性的磷脂酶A2抑制神经末梢，释放神经介质-乙酰胆碱；（2）、作用于神经末梢的质膜，促使中介信号的产生，最终将导致大量神经递质的释放。

迄今为止，已经调查清楚的突触前神经毒素有响尾蛇毒素（Crotoxin）（来自于Crotalus durissus terrificus），β-银环蛇毒素（β-bungarotoxin）（来自于Bungarus multicinctus），虎蛇毒素（Notexin）（来自于Notechis scutatus）和来自于澳大利亚盾尖吻蛇（Oxyuranus scutel-latus）的太攀蛇毒素（Taipoxin）。

响尾蛇毒素（Crotoxin），一种具有细胞毒素毒性的突触前神经毒素，正用于临床试验Ⅰ阶段。

这种毒素作为一种抗癌剂，被试用治疗晚期癌症465*收稿日期：2012-09-27修回日期：2013-05-09基金项目：全军医学科学技术研究“十一五”计划课题项目（No．06MA125）。

作者简介：李凤君（1986-），女，硕士研究生，主要研究方向：天然药物化学；E-mail：lifengjunhuo@。

*通讯作者：韩丽萍（1958-），女，主任药师，硕士生导师，主要研究方向：天然药物化学；E-mail：hanliping@。

李凤君，等：蛇毒神经毒素的研究进展病人并被相信是通过一种新的机制的作用。

2.1.1β-银环蛇毒素β-银环蛇毒素（β-BGT或β-BuTx）是一种具有磷脂酶A2活性的突触前神经毒素，首先由Chang于1963年在台湾银环蛇（Bungarus multicinctus）中发现，是目前研究的最为深入的第一个具有药理特征的一种突触前蛇神经毒素［3］。

β-BGT是一种高碱性多肽，其分子质量为20 22k，等电点为8.8 9.7，由A、B两条链构成，二者通过一个链间二硫键共价连接。

A链含有120个氨基酸残基，分子质量为13.5k，具有磷脂酶A2的活性［4］，在结构上与哺乳动物胰腺分泌的磷脂酶A2及其它蛇毒液中的磷脂酶A2有同源性；B链含有60个氨基酸，分子质量为7k，与哺乳动物胰腺、蛇毒及蜗牛毒中的kunitz型蛋白酶抑制剂、毒素Ⅰ及树眼蛇毒素具有序列同源性［5］。

实验证明β-BGT的A链具有PLA2酶活性而B链没有。

B链作为识别亚单位可特异识别靶细胞膜阻断电压门控钾通道［6］，β-BGT的药理学作用较为复杂，它的突触前毒性作用依赖于内源性磷脂酶A2的效应，因此β-BGT具有神经毒素和磷脂酶A2的双重作用，除了可抑制运动神经末梢释放乙酰胆碱和摄取胆碱以及阻断运动神经肌肉接头部位的冲动传递外，还具有间接溶血作用。

这是因为PLA2在Ca2+存在下能水解卵磷脂生成能溶解红细胞的溶血卵磷脂。

另外β-BGT还能减少膜结合的乙酰胆碱数，抑制膜结合酶的活性等。

2.1.2单链β-神经毒素目前研究比较详尽的单链突触前神经毒素是从澳洲蛇类毒液中分离出来的，虎蛇毒素（澳大利亚虎蛇）、Agkistrodotoxin（响尾蛇科毒蛇）、Caudotoxin （鼓腹巨蝰）、Ammodytoxin和蝰蛇毒素（保加利亚蝰蛇）和Pseudexin研究的较为详尽［7］。

Yang C.C.等［8］人从虎蛇毒液中分离出了虎蛇毒素并对其进行了氨基酸序列的测定，显示该毒素是由119个氨基酸残基和7个二硫键组成，并且显示出作为典型的单链β-神经毒素的特点既具有突触前神经毒素的特点又具有磷脂酶A2的活性。

单链β-神经毒素的突触前神经毒性是通过减少乙酰胆碱的释放而阻滞神经肌肉的传递。

其结构特点是与来源动物胰腺及其它各种蛇的毒液中的磷脂酶A2相似。

2.1.3多链β-神经毒素多链β-神经毒素由两条或是两条以上的亚单位组成，目前较为常见的多链β-神经毒素为响尾蛇毒素（Crotoxin）和太攀蛇毒素（Taipoxin）。

响尾蛇毒素是南美响尾蛇Crotalus durissus毒液中的主要的毒性成分。

它由两个不同的亚单位组成CA和CB，CA响尾蛇毒是缺乏毒性和酶活性的酸性多肽；CB有较高活性的磷脂酶A2，一般认为响尾蛇毒作为B的载体，减少其非特异性的相互作用，增加其与靶位的结合能力，从而导致心脏毒素的毒性的增强。

响尾蛇毒素可通过阻碍神经传递引起严重的症状，肌肉毒性和致死性［9］。

目前主要的多链β-神经毒素是响尾蛇毒素（南美响尾蛇）、泰攀蛇毒素（澳大利亚泰攀蛇）和Pseudocerastes神经毒素（野栖蝰蛇）。

2.2突触后神经毒素突触后神经毒素（α-neurotoxins）亦称简单神经毒素为一组碱性多肽。

α-神经毒素能够通过特异性的与位于脊椎动物或鱼类产电器管的突触后运动终板的烟碱乙酰胆碱受体结合，阻碍骨骼肌突触后膜的神经传递，随后影响由烟碱乙酰胆碱受体与运动终板结合产生的生理过程，如肌肉麻痹和呼吸衰竭。

在大多数实际情况中，这种作用是不可逆的。

尽管其一级结构差别较大，但α-神经毒素具有一个共同的三指结构，并且有共同的分子作用靶nAChＲ。

根据受体和毒素的相互作用，可将突触后神经毒素分为4类。

最典型的α-神经毒素，来自于眼镜蛇科的短链神经毒素，该类神经毒素只能与肌肉nAChＲ有高度亲和性，组成了第一组。

第二组为长链神经毒素，既可以与肌肉受体有高度亲和性又可以与一些神经元受体亚型（α7，α8，α9）结合。

α/κ-神经毒素与神经元nAChＲs受体有高度亲和性，属于第三组，而第四组是由一些非传统神经毒素组成，包括弱神经毒素。

尽管α-神经毒素一般可与AChＲs受体结合，但长链，短链和弱神经毒素与这些受体的结合效率不同，随毒素的亚型以及nAChＲ受体不同而具有多变性。

长链和短链神经毒素均与肌肉nAChＲs有较高亲和性，但只有长链神经毒素与神经元α7受体据有高度亲和性［10］；弱神经毒素对肌肉和神经元nAChＲs均有较低亲和性［11］。

除了在三指结构毒素蛋白中常规的4个二硫键之外，长链神经毒素在环II上有一个多余的二硫键而弱神经毒素在环I上有一个相似的二硫键，因此长链神经毒素和弱神经毒素组成了一个新的组：5个二硫键连接的三指结构蛋白。

在短链神经毒素中插入一个二硫键可增加其与神经元nAChＲs的亲和性，而在长链神经毒素中移除一个二硫键则可使其性质类似短链神经毒素。

然而，长链神经毒素和κ-神经毒素在第二个环的顶端却含有一个额外的二硫键。

系统进化分析法显示它们可能来源于同一个祖先［12-13］。

眼镜蛇科与海蛇科毒液中的α-神经毒素可清楚地分为两大类，长链（65-72个氨基酸残基和5个二硫键）和短链神经毒素（60-62个氨基酸残基和4个二硫键）［14］。

当然，除了上述4种突触后神经毒素之外，还在银环蛇毒液中分离出一种新型的神经毒素的结构一Ｒ-银环蛇毒素。

Ｒ-银环蛇毒素组成了一类新型的烟碱乙酰胆碱受体拮抗剂。

具有一种特殊的结构，居于长链神经毒素特别是κ-神经毒素和未知药理性质的眼镜蛇科毒素（如CM-11，来自于印度眼镜蛇）之间。

它与后者的五个二硫键位置及重要的二级结构属性相同，它的C末端序列与k-毒素的一致，这表明它可能具有神经元活性，即如这样的话，其变化的二硫键附近的Arg-39和Pro-41与κ-毒素置换，因此其受体亚型应与κ-毒素的不同［15］。