劇毒的蓖麻毒素最新研究進展

蓖麻籽為大戟科蓖麻屬植物蓖麻的種子，而蓖麻子主要含有脂肪油和蓖麻毒素。蓖麻油有致瀉作用，醫學上通常作為瀉劑。但蓖麻毒素具有強毒性作用的植物蛋白，并主要存在于蓖麻籽中。此毒素可在冰箱中貯存數月而不失活性，但煮沸易失去活性。

蓖麻毒素有很強的細胞毒性，研究人員從去殼蓖麻籽中提取天然蓖麻毒素，以白血病K562細胞、大腸癌SW480 細胞、結腸癌Colon205細胞和正常小鼠成纖維細胞NIH3T3為受試對象，發現蓖麻毒素在低濃度下也能對細胞發揮毒性作用。蓖麻毒素因其極高的細胞毒性引起科學家的興趣，人們開始考慮將蓖麻毒素應用于抗腫瘤治療。

目前的研究表明，蓖麻籽的主要毒性成分是蓖麻毒蛋白和蓖麻堿。其中蓖麻毒蛋白是蓖麻毒素的主要成份，具有無色無味的特征，能夠抑制蛋白質合成，產生紅細胞凝集現象，主要由于抑制蛋白質的合成而導致細胞死亡。有研究者認為蓖麻毒素毒性極強，70-100微克就足以使人致命，其毒性是有機磷神經毒劑的300多倍、氰化物的6000倍、眼鏡蛇神經毒的2-3倍。有文獻報道，兒童誤食蓖麻子2-6粒,成人誤食20粒可以發生中毒并導致死亡。

就毒性而言，該毒素易損傷肝、腎等實質器官，發生出血、變性、壞死病變，并能凝集和溶解紅細胞，抑制麻痹心血管和呼吸中樞，是致死的主要原因之一。由于蓖麻毒素具有毒性高、性質穩定、制備容易、施毒方法簡便、診斷和治療困難等特點，曾作為潛在的生化戰劑加以研究，已被列入《禁止化學和生物武器公約》的控制清單之中。

1.Nature：利用比較糖蛋白質組學鑒定出導致蓖麻毒素毒性的新玩家

雖然在基因組學、代謝組學、蛋白質和脂類研究方面取得了重大進展，但糖基化在蛋白質組水平中仍未得到廣泛的探索。對復雜的糖蛋白質組（glycoproteome）進行分析的技術是有限的。糖蛋白不僅在糖基的數量和位置上存在差別，而且也在每種聚糖（glycan）的組成和結構上存在差別。糖蛋白質組學（glycoproteomics）是“生命科學的重要前沿之一”。

為了克服這個領域存在的技術限制，在一項新的研究中，奧地利科學院分子生物技術研究所（IMBA）主任Josef Penninger博士及其團隊開發出質譜法和算法，最終能夠對復雜的糖結構進行綜合識別，并且將它們繪制到相應糖蛋白的正確位點上。他們新開發的比較糖蛋白質組學（comparative glycoproteomics）平臺于2017年9月20月在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Comparative glycoproteomics of stem cells identifies new players in ricin toxicity”。論文**作者為IMBA研究員Jasmin Taubenschmid博士和IMBA蛋白質組研究員Johannes Stadlmann。他們的方法被稱作為SugarQb（Sugar Quantitative Biology），能夠獲得對生物系統中的蛋白糖基化和聚糖修飾的全局性認識。他們將這種平臺應用于兩項概念驗證研究---對胚胎干細胞糖蛋白質組進行分析和鑒定出蓖麻毒素（ricin）毒性產生所必需的糖蛋白---中。

利用這種新的SugarQb方法，這些研究人員**繪制出小鼠和人胚胎干細胞糖蛋白質組草圖。他們的研究結果幾乎將所有已知的糖蛋白的數量增加了一倍。他們也揭示出多種新的糖基化蛋白，這些糖基化蛋白包括進化上保守的糖修飾，以及小鼠和人干細胞多能性因子中的物種特異性糖修飾。他們發現的很多這樣的糖基化蛋白位于細胞膜上，而且參與細胞間信號轉導、細胞相互作用和胚胎發育。

蓖麻毒素是一種劇毒的植物毒素和生物武器。蓖麻毒素的走私引發了人們對它可能被恐怖分子和恐怖組織使用的擔憂。目前還沒有針對蓖麻毒素的解毒劑，因此眾多團體（如制藥公司，軍隊）都有興趣開發治療或阻止蓖麻毒素毒性作用的方法。Penninger團隊剛發現存在巖藻糖基化（fucosylation）缺陷的突變細胞對蓖麻毒素產生抵抗性。巖藻糖基化是一種添加巖藻糖的糖基化過程。然而，促進蓖麻毒素毒性產生的巖藻糖基化靶標是未知的。

如今，Taubenschmid和Stadlmann利用SugarQb方法能夠獲得這些蓖麻毒素抵抗性細胞的糖蛋白質組：在這些突變細胞中發生改變的糖蛋白可能在它們的抵抗性中發揮著作用。確實，Penninger團隊發現6種新的協調著蓖麻毒素毒性的糖蛋白。正如存在巖藻糖基化缺陷的細胞那樣，這些糖蛋白中的任何一種的缺乏都會讓人細胞產生蓖麻毒素抵抗性。他們的發現提示著這些新的糖蛋白的巖藻糖基化是蓖麻毒素敏感性所必需的，而且為藥物開發提供很多新的治療靶標。

2.Cell Stem Cell：利用單倍體干細胞揭示蓖麻毒素致命機制

奧地利維也納分子生物技術研究所研究人員最終鑒定出一種控制致命性植物毒素和生化武器蓖麻毒素(ricin)如何殺死人的關鍵性蛋白Gpr107。這一研究成果是研究人員利用一種結合干細胞生物學和現代篩選方法的開創性技術而發現的，并且于2011年12月2日發表在科學期刊《細胞-干細胞》(Cell Stem Cell)上。

蓖麻油是一種強力瀉藥，在醫學上已被使用了好幾個世紀，但是未加工的蓖麻種子也含有少量蓖麻毒素。迄今為止，人們還沒有開發出針對它的解毒劑。但是，如今奧地利維也納國家科學院分子生物技術研究所Josef Penninger教授領導的研究小組成員Ulrich Elling鑒定出一種稱作Gpr107的蛋白分子。靶標細胞上這種蛋白是蓖麻毒素發揮致命性作用所必需的。換言之，缺乏Gpr107的細胞不受它的影響。

3.美研制蓖麻毒素疫苗取得重大進展
據美國《科學》雜志網站１０日報道，美陸軍傳染病醫學研究所日前成功研制出一種可以防治蓖麻毒素的疫苗。研究人員認為，新疫苗的開發對有效防御生化武器襲擊具有重要意義。 研究人員**將蓖麻毒素分離成兩種主要蛋白，即蓖麻毒素Ａ鏈和Ｂ鏈，其中后者將毒素“捆綁”在細胞上，而前者則可抑制細胞活動并殺死毒素。利用蛋白工程和分子模型，研究人員最終找到了穩定蓖麻毒素Ａ鏈并將其制成疫苗的辦法。

據報道，這種新疫苗可促進生物免疫系統識別并固定毒素。當１０只實驗鼠接種疫苗后，超量的蓖麻毒素未能影響其存活，而對照組的１０只實驗鼠則在吸入等量的蓖麻毒素后全部死亡。研究小組準備進一步測試其他動物接種疫苗的效果。 蓖麻毒素是從蓖麻子中提取的有毒蛋白質，被吞食、吸入或注射后能置人于死地。

據美國疾病控制和預防中心公布的材料，像針頭大小劑量的蓖麻毒素足以毒死一名成年人，且沒有防治疫苗。美軍方一直擔心這種毒素被恐怖分子利用，制造成生物武器。

4.開發一種快速靈敏檢測蓖麻毒素的方法

愛因斯坦學院生物化學系Ruth Merns主任兼教授的Vern Scharmm博士的實驗室開發出一種簡單、準確、高敏的定量檢測蓖麻毒素的方法。

使用這種檢測方法的人需要向可能混有毒素的食物或用于擦拭潛在污染表面的面試子中加入少量試劑混合物；如果混合物中含有蓖麻毒素，那么混合物會發光，并且隨著蓖麻毒素濃度的增加光強增大。

當蓖麻毒素進入細胞以后，其干擾基本的細胞功能--合成蛋白的能力--使細胞死亡。蓖麻毒素通過干擾核糖體RNA（核糖體的關鍵成分，為合成細胞蛋白的“機器“）。蓖麻毒素的攻擊導致核糖體RNA脫去一分子腺嘌呤。Schramm的方法正是通過測定細胞釋放的腺嘌呤含量檢出和定量蓖麻毒素的。

這些研究人員利用特殊的酶將蓖麻毒素釋放的腺嘌呤轉化為ATP，然后基于螢火蟲光釋放基因建立的檢測ATP分子的方法，開發出這種檢測蓖麻毒素的方法。

5.PNAS：研究基因互作的新方法

在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校的研究人員開發了一個新方法，能夠在不同細胞中一次性解析數千種基因的相互作用。相關研究結果發表在PNAS期刊上。

為了驗證這種新方法的有效性，這些研究人員用蓖麻毒素處理細胞，然后分析基因互作發生的改變。這種毒素會關閉細胞內的蛋白合成，從而產生致命的影響。不過，人們還不清楚蓖麻毒素靶標的確切基因。

這些研究人員針對哺乳動物細胞開發了一整套方案。該方案以混合shRNA篩查為基礎，能夠在全基因組水平上鑒定表型相關基因，并對這些基因進行系統性作圖，最終得到完整的基因互作圖譜。

研究人員對暴露在蓖麻毒素中的細胞進行了全基因組篩選，通過復雜的shRNA文庫來檢測目標基因。他們利用測序監測細胞中各個shRNA的表達情況，以此確定對細胞敏感性有影響的基因。

隨后，研究人員對選定的shRNA進行克隆和編碼，構建了有針對性的文庫，重新檢驗相關表型。最后他們根據初步篩查中的基因組合，構建了靶標所有基因互作組合的double-shRNA文庫。在這些基因互作模式的基礎上，研究人員獲得了高密度的哺乳動物基因互作圖譜。

6.蓖麻毒素配制而成的藥物可以充當殺蟲劑

人們利用蓖麻籽和根、莖、葉中的蓖麻毒素成分，配制成植物性殺蟲劑，在當前農作物無公害栽培上效果非常好。

【防治地下害蟲】把老蓖麻葉摘下陰干，堆積妥存，這中間要注意防潮、防霉、防雨、防曬。使用時碾成粉末，拌入20倍的土雜肥中，撒施地面耕入土中，對防治蠐螬、螻蛄、地老虎等地下害蟲有良好的效果。也可將蓖麻種子去皮、炒熟、搗碎，混入有機肥中一起施在葡萄秧根部，每株施2000-3000克，可殺死根部所有的地下害蟲，并能防治白粉病、霜霉病和葡萄銹病。

【防治根蛆和蠅蛆】用蓖麻干葉粉末1份，加水8-10倍，浸泡數小時后，用水壺灌注，可防治白菜、油菜、蘿卜的根蛆；將蓖麻干葉粉末或鮮葉切碎搗爛，撒入廁所糞坑中可殺蛆滅蠅，殺蛆率可達50%-70%；若撒在牛圈、羊圈、豬圈、雞舍、污水池、下水道、陰溝等處，可消滅蠅蛆和孑孓，但對家禽家畜無害。

【防治蚜蟲和螨類】將蓖麻根切碎，每公斤加水約1000毫升，煮30分鐘過濾，過濾液按1∶5的比例加水稀釋后，噴灑在蔬菜、花卉及農作物上，可殺死蚜蟲和螨類。

【驅趕害蟲】蓖麻莖葉有一股特異的氣味，金龜子等害蟲吃了蓖麻葉后即會中毒僵死，有的害蟲聞到蓖麻異臭就避而遠之，證明它有驅蟲的作用。

【防病】蓖麻葉不僅能殺蟲，而且對一些作物的病菌也有一定的抑制作用。用蓖麻葉干粉1份，加水5份的煮沸液，對小麥稈銹病菌夏孢子發芽的抑制效果可達96.8%；5倍水浸液，對小麥葉銹病菌的抑制效果為73.7%；10倍水浸液對棉花角斑病菌的抑制效果為50%-100%。