劇毒的蓖麻毒素最新研究進(jìn)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(yī)學(xué)上通常作為瀉劑。但蓖麻毒素具有強(qiáng)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(shù)月而不失活性，但煮沸易失去活性。

蓖麻毒素有很強(qiáng)的細(xì)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(xì)胞、大腸癌SW480 細(xì)胞、結(jié)腸癌Colon205細(xì)胞和正常小鼠成纖維細(xì)胞NIH3T3為受試對(duì)象，發(fā)現(xiàn)蓖麻毒素在低濃度下也能對(duì)細(xì)胞發(fā)揮毒性作用。蓖麻毒素因其極高的細(xì)胞毒性引起科學(xué)家的興趣，人們開(kāi)始考慮將蓖麻毒素應(yīng)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(wú)色無(wú)味的特征，能夠抑制蛋白質(zhì)合成，產(chǎn)生紅細(xì)胞凝集現(xiàn)象，主要由于抑制蛋白質(zhì)的合成而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。有研究者認(rèn)為蓖麻毒素毒性極強(qiáng)，70-100微克就足以使人致命，其毒性是有機(jī)磷神經(jīng)毒劑的300多倍、氰化物的6000倍、眼鏡蛇神經(jīng)毒的2-3倍。有文獻(xiàn)報(bào)道，兒童誤食蓖麻子2-6粒,成人誤食20粒可以發(fā)生中毒并導(dǎo)致死亡。

就毒性而言，該毒素易損傷肝、腎等實(shí)質(zhì)器官，發(fā)生出血、變性、壞死病變，并能凝集和溶解紅細(xì)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(zhì)穩(wěn)定、制備容易、施毒方法簡(jiǎn)便、診斷和治療困難等特點(diǎn)，曾作為潛在的生化戰(zhàn)劑加以研究，已被列入《禁止化學(xué)和生物武器公約》的控制清單之中。

1.Nature：利用比較糖蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定出導(dǎo)致蓖麻毒素毒性的新玩家

雖然在基因組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)和脂類研究方面取得了重大進(jìn)展，但糖基化在蛋白質(zhì)組水平中仍未得到廣泛的探索。對(duì)復(fù)雜的糖蛋白質(zhì)組（glycoproteome）進(jìn)行分析的技術(shù)是有限的。糖蛋白不僅在糖基的數(shù)量和位置上存在差別，而且也在每種聚糖（glycan）的組成和結(jié)構(gòu)上存在差別。糖蛋白質(zhì)組學(xué)（glycoproteomics）是“生命科學(xué)的重要前沿之一”。

為了克服這個(gè)領(lǐng)域存在的技術(shù)限制，在一項(xiàng)新的研究中，奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所（IMBA）主任Josef Penninger博士及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出質(zhì)譜法和算法，最終能夠?qū)?fù)雜的糖結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合識(shí)別，并且將它們繪制到相應(yīng)糖蛋白的正確位點(diǎn)上。他們新開(kāi)發(fā)的比較糖蛋白質(zhì)組學(xué)（comparative glycoproteomics）平臺(tái)于2017年9月20月在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)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(zhì)組研究員Johannes Stadlmann。他們的方法被稱作為SugarQb（Sugar Quantitative Biology），能夠獲得對(duì)生物系統(tǒng)中的蛋白糖基化和聚糖修飾的全局性認(rèn)識(shí)。他們將這種平臺(tái)應(yīng)用于兩項(xiàng)概念驗(yàn)證研究---對(duì)胚胎干細(xì)胞糖蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析和鑒定出蓖麻毒素（ricin）毒性產(chǎn)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(xì)胞糖蛋白質(zhì)組草圖。他們的研究結(jié)果幾乎將所有已知的糖蛋白的數(shù)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(jìn)化上保守的糖修飾，以及小鼠和人干細(xì)胞多能性因子中的物種特異性糖修飾。他們發(fā)現(xiàn)的很多這樣的糖基化蛋白位于細(xì)胞膜上，而且參與細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞相互作用和胚胎發(fā)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(fā)了人們對(duì)它可能被恐怖分子和恐怖組織使用的擔(dān)憂。目前還沒(méi)有針對(duì)蓖麻毒素的解毒劑，因此眾多團(tuán)體（如制藥公司，軍隊(duì)）都有興趣開(kāi)發(fā)治療或阻止蓖麻毒素毒性作用的方法。Penninger團(tuán)隊(duì)剛發(fā)現(xiàn)存在巖藻糖基化（fucosylation）缺陷的突變細(xì)胞對(duì)蓖麻毒素產(chǎn)生抵抗性。巖藻糖基化是一種添加巖藻糖的糖基化過(guò)程。然而，促進(jìn)蓖麻毒素毒性產(chǎn)生的巖藻糖基化靶標(biāo)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(xì)胞的糖蛋白質(zhì)組：在這些突變細(xì)胞中發(fā)生改變的糖蛋白可能在它們的抵抗性中發(fā)揮著作用。確實(shí)，Penninger團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)6種新的協(xié)調(diào)著蓖麻毒素毒性的糖蛋白。正如存在巖藻糖基化缺陷的細(xì)胞那樣，這些糖蛋白中的任何一種的缺乏都會(huì)讓人細(xì)胞產(chǎn)生蓖麻毒素抵抗性。他們的發(fā)現(xiàn)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(kāi)發(fā)提供很多新的治療靶標(biāo)。

2.Cell Stem Cell：利用單倍體干細(xì)胞揭示蓖麻毒素致命機(jī)制

奧地利維也納分子生物技術(shù)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(guān)鍵性蛋白Gpr107。這一研究成果是研究人員利用一種結(jié)合干細(xì)胞生物學(xué)和現(xiàn)代篩選方法的開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)而發(fā)現(xiàn)的，并且于2011年12月2日發(fā)表在科學(xué)期刊《細(xì)胞-干細(xì)胞》(Cell Stem Cell)上。

蓖麻油是一種強(qiáng)力瀉藥，在醫(yī)學(xué)上已被使用了好幾個(gè)世紀(jì)，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(méi)有開(kāi)發(fā)出針對(duì)它的解毒劑。但是，如今奧地利維也納國(guó)家科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所Josef Penninger教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成員Ulrich Elling鑒定出一種稱作Gpr107的蛋白分子。靶標(biāo)細(xì)胞上這種蛋白是蓖麻毒素發(fā)揮致命性作用所必需的。換言之，缺乏Gpr107的細(xì)胞不受它的影響。

3.美研制蓖麻毒素疫苗取得重大進(jìn)展
據(jù)美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)站１０日?qǐng)?bào)道，美陸軍傳染病醫(yī)學(xué)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(rèn)為，新疫苗的開(kāi)發(fā)對(duì)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(xì)胞上，而前者則可抑制細(xì)胞活動(dòng)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(wěn)定蓖麻毒素Ａ鏈并將其制成疫苗的辦法。

據(jù)報(bào)道，這種新疫苗可促進(jìn)生物免疫系統(tǒng)識(shí)別并固定毒素。當(dāng)１０只實(shí)驗(yàn)鼠接種疫苗后，超量的蓖麻毒素未能影響其存活，而對(duì)照組的１０只實(shí)驗(yàn)鼠則在吸入等量的蓖麻毒素后全部死亡。研究小組準(zhǔn)備進(jìn)一步測(cè)試其他動(dòng)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(zhì)，被吞食、吸入或注射后能置人于死地。

據(jù)美國(guó)疾病控制和預(yù)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(méi)有防治疫苗。美軍方一直擔(dān)心這種毒素被恐怖分子利用，制造成生物武器。

4.開(kāi)發(fā)一種快速靈敏檢測(cè)蓖麻毒素的方法

愛(ài)因斯坦學(xué)院生物化學(xué)系Ruth Merns主任兼教授的Vern Scharmm博士的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、高敏的定量檢測(cè)蓖麻毒素的方法。

使用這種檢測(cè)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(huì)發(fā)光，并且隨著蓖麻毒素濃度的增加光強(qiáng)增大。

當(dāng)蓖麻毒素進(jìn)入細(xì)胞以后，其干擾基本的細(xì)胞功能--合成蛋白的能力--使細(xì)胞死亡。蓖麻毒素通過(guò)干擾核糖體RNA（核糖體的關(guān)鍵成分，為合成細(xì)胞蛋白的“機(jī)器“）。蓖麻毒素的攻擊導(dǎo)致核糖體RNA脫去一分子腺嘌呤。Schramm的方法正是通過(guò)測(cè)定細(xì)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(zhuǎn)化為ATP，然后基于螢火蟲(chóng)光釋放基因建立的檢測(cè)ATP分子的方法，開(kāi)發(fā)出這種檢測(cè)蓖麻毒素的方法。

5.PNAS：研究基因互作的新方法

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校的研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)新方法，能夠在不同細(xì)胞中一次性解析數(shù)千種基因的相互作用。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在PNAS期刊上。

為了驗(yàn)證這種新方法的有效性，這些研究人員用蓖麻毒素處理細(xì)胞，然后分析基因互作發(fā)生的改變。這種毒素會(huì)關(guān)閉細(xì)胞內(nèi)的蛋白合成，從而產(chǎn)生致命的影響。不過(guò)，人們還不清楚蓖麻毒素靶標(biāo)的確切基因。

這些研究人員針對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞開(kāi)發(fā)了一整套方案。該方案以混合shRNA篩查為基礎(chǔ)，能夠在全基因組水平上鑒定表型相關(guān)基因，并對(duì)這些基因進(jìn)行系統(tǒng)性作圖，最終得到完整的基因互作圖譜。

研究人員對(duì)暴露在蓖麻毒素中的細(xì)胞進(jìn)行了全基因組篩選，通過(guò)復(fù)雜的shRNA文庫(kù)來(lái)檢測(cè)目標(biāo)基因。他們利用測(cè)序監(jiān)測(cè)細(xì)胞中各個(gè)shRNA的表達(dá)情況，以此確定對(duì)細(xì)胞敏感性有影響的基因。

隨后，研究人員對(duì)選定的shRNA進(jìn)行克隆和編碼，構(gòu)建了有針對(duì)性的文庫(kù)，重新檢驗(yàn)相關(guān)表型。最后他們根據(jù)初步篩查中的基因組合，構(gòu)建了靶標(biāo)所有基因互作組合的double-shRNA文庫(kù)。在這些基因互作模式的基礎(chǔ)上，研究人員獲得了高密度的哺乳動(dòng)物基因互作圖譜。

6.蓖麻毒素配制而成的藥物可以充當(dāng)殺蟲(chóng)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(chóng)劑，在當(dāng)前農(nóng)作物無(wú)公害栽培上效果非常好。

【防治地下害蟲(chóng)】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(shí)碾成粉末，拌入20倍的土雜肥中，撒施地面耕入土中，對(duì)防治蠐螬、螻蛄、地老虎等地下害蟲(chóng)有良好的效果。也可將蓖麻種子去皮、炒熟、搗碎，混入有機(jī)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(chóng)，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(shù)小時(shí)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(dá)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(duì)家禽家畜無(wú)害。

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

【驅(qū)趕害蟲(chóng)】蓖麻莖葉有一股特異的氣味，金龜子等害蟲(chóng)吃了蓖麻葉后即會(huì)中毒僵死，有的害蟲(chóng)聞到蓖麻異臭就避而遠(yuǎn)之，證明它有驅(qū)蟲(chóng)的作用。

【防病】蓖麻葉不僅能殺蟲(chóng)，而且對(duì)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(duì)小麥稈銹病菌夏孢子發(fā)芽的抑制效果可達(dá)96.8%；5倍水浸液，對(duì)小麥葉銹病菌的抑制效果為73.7%；10倍水浸液對(duì)棉花角斑病菌的抑制效果為50%-100%。