STX石房蛤毒素及其來源

1、石房蛤毒素群與其來源石房蛤毒素群與其來源STXs and their origins報告人 鄭耀洋導(dǎo)師 江天久1.介紹介紹1.1 幾個常見詞語的辨析1.2 PSP的癥狀與毒素作用機(jī)理1.3 STXs的結(jié)構(gòu)與分類2.STXs的來源的來源2.1 STXs與藻類2.2 STXs與細(xì)菌2.3 STXs與雙殼貝類2.4 STXs與其他動物2.5 STXs與TTX2.6 有毒生物中毒素累積的假說1.介紹介紹 PSP PSTs STXSPFPparalytic shellfish poisoning。指癥狀或引起這類癥狀的毒素。paralytic shellfish toxins。指引起這類癥狀的毒素。sa

2、xitoxin，石房蛤毒素。saxitoxins，結(jié)構(gòu)類似于石房蛤毒素的一個毒素群，20種以上。1.1 幾個常見詞語的辨析 STXs saxitoxin puffer fish poisoning，由河豚魚體內(nèi)的STXs引起的中毒，與河豚毒素中毒相區(qū)別。1.2 PSP的癥狀與毒素作用機(jī)理癥狀癥狀先通過口腔粘膜進(jìn)入人體, 嘴唇周圍產(chǎn)生麻木感并逐漸傳至臉、頸部、四肢，肌肉無力，暈眩感，共濟(jì)失調(diào)，嗜睡，呼吸無力。在高劑量時因呼吸麻痹而死亡。作用機(jī)理作用機(jī)理活性部位為7、8、9位的胍基。與可興奮細(xì)胞膜上的電壓門控鈉離子通道的氨基酸殘基高親和。通過選擇性阻斷Na+粒子內(nèi)流而阻礙動作電位的形成。1.3 S

3、TXs的結(jié)構(gòu)與分類圖1 STX的結(jié)構(gòu)式活性部位表1 STXs的分類氨基甲酸酯類氨基甲酸酯類 carbamateN-N-磺酰氨甲酰基磺酰氨甲?；愵?N-sulfocarbamoyl脫氨甲酰基類脫氨甲?；?decarbamoyl脫氧脫氨甲酰基類脫氧脫氨甲?；?deoxydecarbamoyl2.STXs的來源的來源2.1 STXs與藻類圖2 STX的合成（John A, et al. 2010）Shimizu等發(fā)現(xiàn)Saxitoxim是由精氨酸、來源于甲硫氨酸的甲基、醋酸酯合成的：可以產(chǎn)生STXs的藻類：甲藻藍(lán)藻表2 產(chǎn)生STXs的各種藻類與各種藻產(chǎn)生毒素的類型 （Jonathan R. De

4、eds et al. 2008）1）Alexandrium catenella 2）Alexandrium tamarense3） Cochlodinium polykrikoides 4）Gymnodinium catenatum 5） Pyrodinium bahamense 13452圖3 部分產(chǎn)生STXs的甲藻1231）Anabaena circinalis 2）Aphanizomenon gracile 3） Cylindrospermopsis raciborskii圖4 部分產(chǎn)生STXs的藍(lán)藻2.2 STXs與細(xì)菌對于同一種藻種在不同的地理位置產(chǎn)生的毒性不同這個現(xiàn)象，Silva最

5、早提出假說，認(rèn)為甲藻產(chǎn)生的毒素是由于內(nèi)共生細(xì)菌的存在。Kodama等發(fā)現(xiàn)在沒有產(chǎn)生有毒甲藻藻華時，貝類中的STX的毒性也會上升。圖5 在Ofunato Bay扇貝毒力與塔瑪亞歷山大藻細(xì)胞數(shù)量的關(guān)系 （Kodama et al. 1990）Kodama等用生物鑒定法、電泳分析法、TLC、HPLC證明了從一種甲藻(Protogonyaulax tamarensis)培養(yǎng)中分離出來的細(xì)菌(Moraxella sp.)能分泌STX。（ Moraxella sp.后來又被歸于Pseudomonas/Alteromonas） 。包括Silva在內(nèi)的一些研究者都聲稱利用電鏡觀察到了產(chǎn)毒甲藻中的細(xì)菌。圖6 熒

6、光HPLC分析發(fā)現(xiàn)分離得的細(xì)菌毒素與STX行為相似（Kodama et al. 1988）Kodama等用抗產(chǎn)毒菌(Moraxella sp.)的抗體與產(chǎn)毒甲藻（ A.tamarense ）反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)甲藻的殘體破裂時可以觀察到加劇的交叉反應(yīng)。這說明產(chǎn)毒的共生菌可能存在于殘體中。圖7 Western Blot法用抗Moraxella sp.抗體分別對Moraxella sp.和A.tamarense進(jìn)行蛋白分析（Kodama. 2010）A：對Moraxella sp.提取物 B：對A.tamarense提取物左：用PBS提取 右：用含SDS的緩沖液圖8 在原生動物中的細(xì)胞吞噬過程一般而言，造

7、成宿主感染的細(xì)菌會被宿主的防御機(jī)制清除。然而，某些細(xì)菌能逃避宿主的防御機(jī)制并在宿主細(xì)胞中生存下去。 Tracie R等分析了從兩種甲藻（Alexandrium tamarense和A. minutum)中分離出來的兩株細(xì)菌產(chǎn)生的分泌物，證明其中某種原先認(rèn)為是GTX4的物質(zhì)事實(shí)是另一種非毒素物質(zhì)。給內(nèi)共生產(chǎn)毒假說提出了挑戰(zhàn)。但從目前看來，內(nèi)共生產(chǎn)毒假說仍然是比較有競爭力的學(xué)說。Sakamoto等利用分子篩技術(shù)，在鏈狀亞歷山大藻藻華期間發(fā)現(xiàn)在貝類毒性較強(qiáng)時，在包含藻細(xì)胞的顆粒部分沒有發(fā)現(xiàn)大量的毒素。HPLC分析表明，毒性強(qiáng)的部分存在與于比鏈狀亞歷山大藻更小的顆粒。通過質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)這部分含有純度很高

8、的STXs。表明一種更小的生物體也產(chǎn)生STXs，并且在藻華中與鏈狀亞歷山大藻同時發(fā)生。Levasseur等用HPLC測了在加拿大的圣勞倫斯河口的細(xì)菌的STXs的生產(chǎn)潛力，發(fā)現(xiàn)有4株細(xì)菌STX陽性。這4株細(xì)菌是從目前沒有發(fā)生PSP的區(qū)域取得的，其中3個區(qū)域沒有發(fā)生藻華的過往歷史。Levasseur等也檢測了不同大小的顆粒部分中的毒素水平與在不同尺寸顆粒培養(yǎng)基中異養(yǎng)的生物在無光環(huán)境下的毒素生產(chǎn)，雖然某些部分顆粒沒有毒性，但是絕大部分大小的顆粒在無光培養(yǎng)時都有新的STX合成。這說明能生產(chǎn)STX的細(xì)菌也能自由生活并且廣泛存在于自然界中。細(xì)菌細(xì)菌細(xì)菌藻類藻類產(chǎn)生STXs2.3 STXs與雙殼貝類雙殼類是

9、造成PSP中毒的載體，是STXs的主要載體，。在雙殼貝類濾食的過程中，有毒藻細(xì)胞和孢子首先被運(yùn)送到食道和胃里，然后在胃里發(fā)生消化作用，PSP 毒素被釋放出來，進(jìn)入其他消化器官。研究發(fā)現(xiàn)，不同種貝類對 PSP 的累積和排出情況差別很大。Andrinolo等根據(jù)貝類的解毒動力學(xué)，把雙殼貝類分為慢速解毒者和快/中速解毒者Andrinolo等根據(jù)貝類的解毒動力學(xué)，把雙殼類貝類分為慢速解毒者和快/中速解毒者。表3 以貝類排毒速度為依據(jù)的貝類分類 （Andrinolo et al. 1999）14321）Perna Viridis 2）Crassostrea gigas3） Saxidomus gigan

10、teus 4）Patinopecten yessoensis圖9 部分STXs載體貝類證據(jù)表明，甲藻中的STXs通過食物網(wǎng)進(jìn)入貝體內(nèi)并在其消化腺中被吸收和積累。按照這種毒性累積機(jī)制，貝類體內(nèi)累積的毒性應(yīng)該是攝入毒性與消除毒性之差。 貝類STXsSTXsSTXsSTXs帶毒藻但是在很多情況下，貝類體內(nèi)的毒素并不能完全用上述機(jī)制解釋。Ogata等發(fā)現(xiàn)在大船渡灣的塔瑪亞歷山大藻藻華期間蝦夷扇貝 (Patinopecten yessoensis)的毒性并沒有大幅度地上升，反而在高峰期之后才上升。即使直到無法檢測到該藻時扇貝體內(nèi)的毒性還會升高。圖10 在Ofunato Bay的Alexandrium 藻

11、華中藻細(xì)胞數(shù)與扇貝毒性關(guān)系(為藻細(xì)胞數(shù)，-為扇貝毒性)(Ogata et al. 1982)造成這種現(xiàn)象的原因可能包括：藻類密度不均一導(dǎo)致的測定誤差；貝類體內(nèi)STXs由相對低毒轉(zhuǎn)化為更高毒的毒素種類；與海水中的細(xì)菌有關(guān)。 為了進(jìn)一步確認(rèn)這個現(xiàn)象，分析了用塔瑪亞歷山大藻投喂的扇貝。令人驚異的是，扇貝體內(nèi)累積的毒素比扇貝食用的塔瑪亞歷山大藻的毒素水平更高 這些結(jié)果表明產(chǎn)毒細(xì)菌可能隨著塔瑪亞歷山大藻一起被扇貝攝食，并在支囊的上皮細(xì)胞中存活一段時間。這段時間內(nèi)扇貝的毒性波動變化，表明在扇貝中的毒素清除的同時，新的毒素在扇貝中合成。細(xì)菌細(xì)菌貝類貝類STXsSTXsSTXs帶毒藻STXsSTXsSTXs不

12、僅被發(fā)現(xiàn)于甲藻及相關(guān)貝類，還被發(fā)現(xiàn)于其他動物中。Noguchi等人第一次揭示了STX存在于與甲藻完全無關(guān)的花紋愛潔蟹(Atergatis floridus)體內(nèi)。STX又被發(fā)現(xiàn)于圓尾鱟(Carcinoscorpius rotundicauda)、豹紋多紀(jì)鲀(Takifugu pardalis)和幾種海洋螺類體內(nèi)。這些動物都不吃甲藻，體內(nèi)的STXs都不是直接從甲藻中來的。 2.4 STXs與其他動物11） Atergatis floridus 2） Carcinoscorpius rotundicauda 3） Takifugu pardalis 32圖11 其他可能帶有STXs的動物Yasum

13、oto得出結(jié)論認(rèn)為扇蟹體內(nèi)的STX并不是來源于甲藻，而且該區(qū)域所有雙殼類體內(nèi)都沒有發(fā)現(xiàn)STXs的存在。相反，他們在Jania sp. 中發(fā)現(xiàn)了STXs，扇蟹體內(nèi)的STXs的來源有可能是這種藻類。一種可能性是扇蟹長期食用這種藻導(dǎo)致了毒素的積累。 但是Arakawa等發(fā)現(xiàn)扇蟹排出STXs的速度非?？?，表明扇蟹體內(nèi)的STXs是由于長期攝入Jania sp.而積累的說法正確的可能性并不大。Jania rubens 圖12 紅藻的一種2.5 STXs與TTXTTXtetrodotoxin。河豚毒素。癥狀癥狀主要臨床表現(xiàn)為惡心、嘔吐、腹瀉、麻痹或刺痛感，血壓下降，呼吸困難，嚴(yán)重者因呼吸衰竭而死亡作用機(jī)理作

14、用機(jī)理TTX 通過分子內(nèi)胍基與神經(jīng)細(xì)胞膜鈉離子通道上的羧基之間相互吸引，通過與膜上專一受體結(jié)合，阻斷電壓門控鈉離子通道，從而阻滯動作電位阻滯神經(jīng)細(xì)胞的興奮與傳導(dǎo)，導(dǎo)致與之相關(guān)的生理機(jī)能的障礙，主要造成肌肉和神經(jīng)的麻痹。TTX中毒的癥狀和毒素作用機(jī)理：自然界的TTX 總是與其類似物混合在一起。除 TTX 以外，已經(jīng)分離鑒定了 20 余種 TTX的類似物，這些都是引起食物中毒的成分圖13 TTX的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為何河豚魚會帶強(qiáng)力毒素TTX的原因仍然是一個謎。Matsui等人揭示了當(dāng)喂以無毒的河豚魚紅鰭東方鲀(Takifugu rubripes )含有TTX的餌料后，河豚魚變成有毒的了。這表明TTX對于

15、河豚魚而言可以是一種外源性物質(zhì)。由于河豚魚是肉食性魚類，它體內(nèi)的TTX可能是由于食物網(wǎng)的作用而累積的 。雖然在河豚魚的食譜中沒有檢測到大量的毒素，野生的河豚魚仍有可能累積大量的毒素。這些事實(shí)讓我們主張河豚魚并不通過食物網(wǎng)來累積毒素，而是通過另一些未知的機(jī)制累積毒素。白法螺（Charonia sauliae）通過捕食帶有TTX的濾沙海星(Astropecten polyacanthus)而累積毒素。然而，這樣的支持TTX的食物網(wǎng)累積的例子是很稀少的。在河豚食物中毒素成分分布與帶毒河豚本身體內(nèi)的毒素成分很少重疊，這說明河豚魚體內(nèi)的毒素不是簡單地通過食物網(wǎng)累積機(jī)制累積的。11） Charonia s

16、auliae 2） Astropecten polyacanthus2圖13 白法螺與濾沙海星另一方面，Yasumoto等已經(jīng)證明TTX是細(xì)菌的產(chǎn)物，因此河豚魚之類的帶毒動物的毒素來源被認(rèn)為是細(xì)菌。Noguchi等人提出河豚魚體內(nèi)的毒素是由于其腸道細(xì)菌分泌毒素并長期地被河豚魚吸收而累積在河豚魚體內(nèi)的。這個觀點(diǎn)看起來很有道理，因為產(chǎn)TTX菌溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)在帶毒河豚魚腸道菌群中是優(yōu)勢種。然而，Sugita等人指出溶藻弧菌在不帶毒的養(yǎng)殖河豚魚紅鰭東方鲀腸道中也是優(yōu)勢種。而且雖然腸道細(xì)菌確實(shí)會分泌毒素，但考慮到河豚對TTX的強(qiáng)大排出能力，腸道的毒素水平太低，不足以

17、產(chǎn)生累積效應(yīng)。 既然河豚通過食物網(wǎng)積累和通過腸道細(xì)菌積累的可能性都不大，那么還有什么解釋呢？在甲藻毒素研究中使用過的方法在河豚毒素研究中也可以使用：嘗試從帶毒或不帶毒的河豚魚的肝臟中分離出產(chǎn)TTX的細(xì)菌。人們從有毒的河豚魚樣本體內(nèi)分離出了這類細(xì)菌，而無法在無毒的河豚魚樣本體內(nèi)分離出這種細(xì)菌。分離出來的細(xì)菌的多克隆抗體也會與分離得該細(xì)菌的肝臟組織發(fā)生反應(yīng)。電子顯微鏡線微分析結(jié)果也支持了在肝臟細(xì)胞中存在該類細(xì)菌的看法。分離得到的細(xì)菌也顯示了鈉離子通道阻斷的活性而且在HPLC中有與TTX相似的峰。這些發(fā)現(xiàn)表明帶毒河豚魚的肝臟細(xì)胞被能產(chǎn)生TTX或TTX相關(guān)物質(zhì)的細(xì)菌感染了。Kendo發(fā)現(xiàn)星點(diǎn)東方鲀(T

18、akifugu niphobles)的胚胎在孵化過程中其體內(nèi)的TTX含量一直在增加，這表明增加的毒素是胚胎的產(chǎn)物。 由此可推測河豚產(chǎn)生TTX的機(jī)制可能是其本身產(chǎn)生或和細(xì)菌共同產(chǎn)生。大部分帶毒的河豚魚除了帶有TTX外還帶有STXs。 而且在2.3中提到的體內(nèi)存在STXs的動物常常還同時存在河豚毒素。這表明，存在STXs或者TTX兩者其中任何一種毒素的生物體可能同時擁有兩種毒素。STXsTTXKodama等發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)STXs的代表性物種塔瑪亞歷山大藻細(xì)胞中檢測到相當(dāng)可觀的量的TTX。Kodama等還發(fā)現(xiàn)在塔瑪亞歷山大藻藻華期間，在貝類中一定量的TTX與STXs一同積累。貝類中的TTX的量與STXs的

19、量呈平行關(guān)系，這表明貝殼中的TTX的來源也是塔瑪亞歷山大藻。這些事實(shí)支持了這個推論。產(chǎn)生STXs的細(xì)菌廣泛分布與自然生態(tài)系統(tǒng)中。對于產(chǎn)生TTX或TTX相關(guān)物質(zhì)的細(xì)菌而言，這也是正確的。 會產(chǎn)生TTX的海藻希瓦氏菌(Shewanella alga )最近被發(fā)現(xiàn)也會產(chǎn)生STXs。這種物種廣泛存在于自然界中。這個事實(shí)暗示大多數(shù)水生生物都暴露于這些細(xì)菌中。 Sato等檢測了多種水生生物的內(nèi)臟是否存在STXs與TTX，結(jié)果表明，雖然含量很低，所有檢測過的生物體內(nèi)都含有這些毒素。 表4 帶有TTX或STXs毒性的一般水生生物 （Sato et al. 1993）多種一般的生物的內(nèi)臟中毒素的量的差異并不顯著

20、，這表明毒素并不是通過食物網(wǎng)累積的，而是因為腸道中細(xì)菌的存在而產(chǎn)生的。而且上面的實(shí)驗中使用的所有大馬哈魚胃部都是空的，因此其內(nèi)臟中的毒素并不來源于食物網(wǎng)。這些發(fā)現(xiàn)支持了能生產(chǎn)STXs和TTX的細(xì)菌在自然界中廣泛存在的說法。 2.6 有毒生物中毒素累積的假說如上所述，STXs與TTX的產(chǎn)生機(jī)制非常復(fù)雜，至今未能有能更加確定的結(jié)論。Kodama等發(fā)現(xiàn)TTX和STXs是從有毒扇貝消化腺中或河豚肝臟提取物經(jīng)過RNA酶處理后，從無毒高分子量的物質(zhì)中釋放出來的。再基于前面的其他事實(shí)，提出了下面這個假說。TTX和STXs不是細(xì)菌代謝的終產(chǎn)物，而是某種對細(xì)菌的生存很重要的代謝產(chǎn)物的中間產(chǎn)物。毒素相關(guān)的物質(zhì)可能

21、是RNA，而消化它的酶是在生物體中廣泛存在的RNA酶。當(dāng)一些宿主內(nèi)的細(xì)菌被消化時，細(xì)菌體內(nèi)某種毒素有關(guān)的物質(zhì)（很可能是某種RNA）也一同被消化，與此同時毒素作為一種代謝物被釋放出來。 有毒生物體體內(nèi)可能含有特殊的、能消化外源的含STXs和/或TTX部分的RNA酶。有毒甲藻種的一些藻株是無毒的。這些甲藻體內(nèi)可能缺少一種能消化外源RNA的酶。圖14 STXs與TTX產(chǎn)生假說（Kodama 2010）參考文獻(xiàn)l王云峰,等;麻痹性貝毒毒素的應(yīng)用研究進(jìn)展J;海洋科學(xué)集刊;2003,00lJonathan R. Deeds. Non-Traditional Vectors for Paralytic Sh

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