不过赴死这个决定,是真的很难下。
河豚毒素(tetrodotoxin,TTX),别名河豚毒素,分子式为C11H17O8N3,是鲀鱼类(俗称河豚鱼)及其它生物体内含有的一种生物碱。
在公元前2500年前的中国和埃及,人们就已知道有些鲀形目鱼类(河豚)有毒,河豚毒素之名,也因河豚而起。而人们通常所指的河豚(并非河豚)(puffer fish),为鲀科鱼类,泛指硬骨鱼纲、鲀形目、鲀科的各属鱼类,鲀科鱼类是最常见的含河豚毒素的水产品。中国的鲀科鱼类共有54种,其中东方鲀属22种。根据伍汉霖等调查,中国共有35种河鲀具有不同程度的河鲀毒性,其中,在南海分布的有24种,在中国东海包括台湾沿海分布的有31种,在中国黄海分布的有14种,在中国渤海分布的有10种。少数种类能洄游进入江河,如晕环东方鲀(Takifugu coronoidus)、暗纹东方鲀(Takifugu fasciatus)、弓斑东方鲀(Takifugu ocellatus)、铅点东方鲀(Fugu alboplumbeu)、兔头鲀(Lagocephalus lagocephalus)、横纹东方鲀(Takifuguoblongus)等。这些鱼类年产量约在3-4万吨,占世界河鲀总产量的70%左右。
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在河鲀体内发现含河鲀毒素的器官或组织有肝脏、卵巢、皮肤、肠、肌肉、精巢、血液、胆囊和肾等,其中肝脏含河鲀毒素的河鲀有34种,卵巢含河鲀毒素的有32种,皮肤含河鲀毒素的有21种,肠含河鲀毒素的有21种,肌肉含河鲀毒素的有13种,精巢含河鲀毒素的有8种,血液含河鲀毒素的有4种,胆囊含河鲀毒素的有4种,肾含河鲀毒素的有1种。有些种类的河鲀,地理分布不同,其体内毒素分布的部位会也有所不同,如台湾海域的纹腹叉鼻鲀(Arothron hispidus),其肌肉就有毒性了,而在南海海域,肌肉中则没有河鲀毒素分布;又如东海南部的横纹东方鲀(Takifugu oblongus),仅卵巢、肝脏和肠中含河鲀毒素,而在台湾沿海的横纹东方鲀,体内河鲀毒素分布较为广泛,在卵巢、肝脏、肠、胆囊、精巢、肌肉和皮肤中均有分布,不同河鲀的河鲀毒素分布器官或组织中的河鲀毒素量也不同。
1982年,美国植物学家韦德-戴维斯发现,海地巫毒教中的回魂大师在药物中使用含有从河鲀提取的毒素粉末,整个过程里中毒者大脑能完全保持清醒,如果能挺过24h,他们就会很快恢复正常,且不会出现并发症。使人们相信他们有使人“死而后生”的能力,即所谓的“还魂术”。其实,这是由于河鲀毒素的特殊结构使其像塞子一样,凝固在神经轴突的钠离子通道的入口处,阻碍钠离子透过细胞膜传导神经的冲动,从而关闭神经系统。由于河鲀毒素不能越过大脑中血液细胞的屏障,因此受害者就会处于大脑清醒的无助状态之中。几小时或几天过后,当河鲀毒素最终开放钠离子通道时大多数受害者已经死亡。
TTX是典型的钠离子通道阻断剂,它能选择性与肌肉、神经细胞的细胞膜表面的钠离子通道受体结合,阻断电压依赖性钠离子通道,从而阻滞动物电位,抑制神经肌肉间兴奋的传导,导致与之相关的生理机能的障碍,主要造成肌肉和神经的麻痹。构效关系表明,TTX的活性基团是1,2,3位的胍氨基和附近的C-4,C-9,C-10位的羟基,胍基在生理pH值下发生质子化,形成正电活性区域与钠离子通道受体蛋白的负电性羰基相互作用,从而阻碍离子进入通道。钠离子受体至少有6个特异性靶分子结合位点,TTX是与钠通道受体部位I结合。TTX受体位于可兴奋细胞膜外侧、钠通道外口附近,TTX与受体部位结合,阻碍钠离子接近通道外口。研究表明,TTX特异性作用于钠通道,对钾、钙通道和神经肌肉的突触及胆碱指酶无直接影响。此外,毒素能通过血脑屏障进入中枢,对中枢产生明显的抑制作用。总的来说,TTX对呼吸和心血管的抑制是对中枢和外周的共同作用结果。
河鲀毒素毒理作用的主要表征是阻遏神经和肌肉的传导。除直接作用于胃肠道引起局部刺激症状外,河鲀毒素被机体吸收进入血液后,能迅速使神经末梢和神经中枢发生麻痹,继而使得各随意肌的运动神经麻痹;毒量增大时会毒及迷走神经,影响呼吸,造成脉搏迟缓;严重时体温和血压下降,最后导致血管运动神经和呼吸神经中枢麻痹而迅速死亡。TTX可选择性地抑制可兴奋膜的电压,阻碍Na+通道的开放,从而阻止神经冲动的发生和传导,使神经肌肉丧失兴奋性。此后,多数研究工作都是围绕着TTX阻断可兴奋组织的Na+通道而展开。河鲀对TTX具有抵抗力和免疫性。如果该区域出现由芳香性氨基酸向非芳香性氨基酸的氨基酸置换,就会显着影响它与TTX结合的灵敏度。在对河鲀毒素没有免疫力的生物体内,钠通道的α-亚基上存在河鲀毒素的受体,河鲀毒素与α-亚基门孔附近的氨基酸残基结合,阻止钠离子进入细胞内,引起河鲀毒素中毒。而河鲀体内细胞的构造与其他生物不同,河鲀体内还存在可以与河鲀毒素结合的其他蛋白质,从而使河鲀对体内的河鲀毒素具有免疫力。比较红鳍东方鲀(Fugu rubripes)、黑青斑东方鲀(Tetraodon nigroviridis)和斑马鱼的基因序列图谱,发现红鳍东方鲀和黑青斑东方鲀骨骼肌的Nav1.4通道发生了变异,正是这种变异使河鲀具有抵抗河鲀毒素的能力。红鳍东方鲀和豹纹东方鲀的变异类似,都是在Nav1.4通道的401位点上发生了取代,取代为一个折叠程度更高的不饱和氨基酸。河鲀的这些氨基酸是不与河鲀毒素结合的,从而也就不能对河鲀的钠通道造成影响。通过克隆调控豹纹东方鲀骨骼肌Nav1.4通道表达的cDNA,发现Nav1.4通道区域Ⅰ401位点处存在一个不饱和氨基酸,即天冬酰胺。通过基因工程把不饱和氨基酸移植到对河鲀毒素敏感的小鼠骨骼肌Nav1.4通道处,移植的不饱和氨基酸的折叠程度越高,小鼠抵抗河鲀毒素的能力越强。当不饱和氨基酸的折叠程度大于取代位点氨基酸折叠程度的2500倍时,IC50(50%Na+通道发生阻断时河鲀毒素的浓度)提高至47μmol/L。
小主,
一些生物对河鲀毒素的耐受性与其独特的钠离子通道结构有关。研究发现,3×10^-6M的河鲀毒素对Arothron hispidus等7种河鲀鱼肌肉的动作电位没有影响,而3×10^-7M的河鲀毒素却阻断了3种不含河鲀毒素的其他鱼的动作电位。河鲀毒素的结合位点位于钠离子通道内高度保守的成孔区域(P-loop),对河鲀毒素敏感的钠离子通道(TTX-sensitiveNa+channel)在该区域有与TTX高度亲和的芳香性氨基酸。如果该区出现由芳香性氨基酸向非芳香性氨基酸的氨基酸置换,就会显着影响其与TTX结合的灵敏度,从而使钠离子通道成为抗河鲀毒素的钠离子通道(TTX-resistantNa+channel)。通过对河鲀鱼(Fugu pardalis)骨骼肌Nav1.4通道的cDNA基因序列图谱的研究发现,通道的结构域I的成孔区域的401位置包含有一个非芳香氨基酸,即天冬酰胺酸,而此位点发生的氨基酸置换可能与河鲀鱼对高浓度的TTX耐受有关。在捕食与防御的长期进化过程中,在北美西部,一些束带蛇对河鲀毒素也具备了一定的耐受力,而且,不同地区的束带蛇对河鲀毒素的耐受力也有明显差异。对这些束带蛇的Nav1.4通道进行分析发现,他们的芳香氨基酸在401位点是保守的,但在结构域IV的成孔区域发生了几处氨基酸置换。在WillowCreek地区的束带蛇的Nav1.4通道的结构域IV包含有3个氨基酸的置换,该地区束带蛇对TTX的耐受力比Benton地区的高两个数量级,因为后者只包含1个氨基酸替代。只在河鲀鱼与束带蛇中发现它们对河鲀毒素的耐受性与其骨骼肌和神经元的钠离子通道发生了氨基酸替代有关。这两种生物之间的一个主要差别就是,几乎所有的河鲀鱼对TTX都有一定的耐受性,而且有相同耐受机制,但是只有一部分束带蛇具有对TTX的耐受力。