当前位置:首页 > 生物研究 > 生化与分子生物学 > 正文

剧毒的蓖麻毒素最新研究进展


2017年9月28日---蓖麻籽为大戟科蓖麻属植物蓖麻的种子,而蓖麻子主要含有脂肪油和蓖麻毒素。蓖麻油有致泻作用,医学上通常作为泻剂。但蓖麻毒素具有强毒性作用的植物蛋白,并主要存在于蓖麻籽中。此毒素可在冰箱中贮存数月而不失活性,但煮沸易失去活性。

蓖麻毒素有很强的细胞毒性,研究人员从去壳蓖麻籽中提取天然蓖麻毒素,以白血病K562细胞、大肠癌SW480 细胞、结肠癌Colon205细胞和正常小鼠成纤维细胞NIH3T3为受试对象,发现蓖麻毒素在低浓度下也能对细胞发挥毒性作用。蓖麻毒素因其极高的细胞毒性引起科学家的兴趣,人们开始考虑将蓖麻毒素应用于抗肿瘤治疗。

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碱。其中蓖麻毒蛋白是蓖麻毒素的主要成份,具有无色无味的特征,能够抑制蛋白质合成,产生红细胞凝集现象,主要由于抑制蛋白质的合成而导致细胞死亡。有研究者认为蓖麻毒素毒性极强,70-100微克就足以使人致命,其毒性是有机磷神经毒剂的300多倍、氰化物的6000倍、眼镜蛇神经毒的2-3倍。有文献报道,儿童误食蓖麻子2-6粒,成人误食20粒可以发生中毒并导致死亡。

就毒性而言,该毒素易损伤肝、肾等实质器官,发生出血、变性、坏死病变,并能凝集和溶解红细胞,抑制麻痹心血管和呼吸中枢,是致死的主要原因之一。由于蓖麻毒素具有毒性高、性质稳定、制备容易、施毒方法简便、诊断和治疗困难等特点,曾作为潜在的生化战剂加以研究,已被列入《禁止化学和生物武器公约》的控制清单之中。

1.Nature:利用比较糖蛋白质组学鉴定出导致蓖麻毒素毒性的新玩家
doi:10.1038/nature24015

图片来自Nature, doi:10.1038/nature24015。

虽然在基因组学、代谢组学、蛋白质和脂类研究方面取得了重大进展,但糖基化在蛋白质组水平中仍未得到广泛的探索。对复杂的糖蛋白质组(glycoproteome)进行分析的技术是有限的。糖蛋白不仅在糖基的数量和位置上存在差别,而且也在每种聚糖(glycan)的组成和结构上存在差别。糖蛋白质组学(glycoproteomics)是“生命科学的重要前沿之一”。

为了克服这个领域存在的技术限制,在一项新的研究中,奥地利科学院分子生物技术研究所(IMBA)主任Josef Penninger博士及其团队开发出质谱法和算法,最终能够对复杂的糖结构进行综合识别,并且将它们绘制到相应糖蛋白的正确位点上。他们新开发的比较糖蛋白质组学(comparative glycoproteomics)平台于2017年9月20月在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Comparative glycoproteomics of stem cells identifies new players in ricin toxicity”。论文第一作者为IMBA研究员Jasmin Taubenschmid博士和IMBA蛋白质组研究员Johannes Stadlmann。他们的方法被称作为SugarQb(Sugar Quantitative Biology),能够获得对生物系统中的蛋白糖基化和聚糖修饰的全局性认识。他们将这种平台应用于两项概念验证研究---对胚胎干细胞糖蛋白质组进行分析和鉴定出蓖麻毒素(ricin)毒性产生所必需的糖蛋白---中。

利用这种新的SugarQb方法,这些研究人员首次绘制出小鼠和人胚胎干细胞糖蛋白质组草图。他们的研究结果几乎将所有已知的糖蛋白的数量增加了一倍。他们也揭示出多种新的糖基化蛋白,这些糖基化蛋白包括进化上保守的糖修饰,以及小鼠和人干细胞多能性因子中的物种特异性糖修饰。他们发现的很多这样的糖基化蛋白位于细胞膜上,而且参与细胞间信号转导、细胞相互作用和胚胎发育。

蓖麻毒素是一种剧毒的植物毒素和生物武器。蓖麻毒素的走私引发了人们对它可能被恐怖分子和恐怖组织使用的担忧。目前还没有针对蓖麻毒素的解毒剂,因此众多团体(如制药公司,军队)都有兴趣开发治疗或阻止蓖麻毒素毒性作用的方法。Penninger团队刚发现存在岩藻糖基化(fucosylation)缺陷的突变细胞对蓖麻毒素产生抵抗性。岩藻糖基化是一种添加岩藻糖的糖基化过程。然而,促进蓖麻毒素毒性产生的岩藻糖基化靶标是未知的。

如今,Taubenschmid和Stadlmann利用SugarQb方法能够获得这些蓖麻毒素抵抗性细胞的糖蛋白质组:在这些突变细胞中发生改变的糖蛋白可能在它们的抵抗性中发挥着作用。确实,Penninger团队发现6种新的协调着蓖麻毒素毒性的糖蛋白。正如存在岩藻糖基化缺陷的细胞那样,这些糖蛋白中的任何一种的缺乏都会让人细胞产生蓖麻毒素抵抗性。他们的发现提示着这些新的糖蛋白的岩藻糖基化是蓖麻毒素敏感性所必需的,而且为药物开发提供很多新的治疗靶标。

2.Cell Stem Cell:利用单倍体干细胞揭示蓖麻毒素致命机制
doi:10.1016/j.stem.2011.10.012


奥地利维也纳分子生物技术研究所研究人员最终鉴定出一种控制致命性植物毒素和生化武器蓖麻毒素(ricin)如何杀死人的关键性蛋白Gpr107。这一研究成果是研究人员利用一种结合干细胞生物学和现代筛选方法的开创性技术而发现的,并且于2011年12月2日发表在科学期刊《细胞-干细胞》(Cell Stem Cell)上。

蓖麻油是一种强力泻药,在医学上已被使用了好几个世纪,但是未加工的蓖麻种子也含有少量蓖麻毒素。迄今为止,人们还没有开发出针对它的解毒剂。但是,如今奥地利维也纳国家科学院分子生物技术研究所Josef Penninger教授领导的研究小组成员Ulrich Elling鉴定出一种称作Gpr107的蛋白分子。靶标细胞上这种蛋白是蓖麻毒素发挥致命性作用所必需的。换言之,缺乏Gpr107的细胞不受它的影响。

3.美研制蓖麻毒素疫苗取得重大进展

据美国《科学》杂志网站10日报道,美陆军传染病医学研究所日前成功研制出一种可以防治蓖麻毒素的疫苗。研究人员认为,新疫苗的开发对有效防御生化武器袭击具有重要意义。 研究人员首次将蓖麻毒素分离成两种主要蛋白,即蓖麻毒素A链和B链,其中后者将毒素“捆绑”在细胞上,而前者则可抑制细胞活动并杀死毒素。利用蛋白工程和分子模型,研究人员最终找到了稳定蓖麻毒素A链并将其制成疫苗的办法。

据报道,这种新疫苗可促进生物免疫系统识别并固定毒素。当10只实验鼠接种疫苗后,超量的蓖麻毒素未能影响其存活,而对照组的10只实验鼠则在吸入等量的蓖麻毒素后全部死亡。研究小组准备进一步测试其他动物接种疫苗的效果。 蓖麻毒素是从蓖麻子中提取的有毒蛋白质,被吞食、吸入或注射后能置人于死地。

据美国疾病控制和预防中心公布的材料,像针头大小剂量的蓖麻毒素足以毒死一名成年人,且没有防治疫苗。美军方一直担心这种毒素被恐怖分子利用,制造成生物武器。

4.开发一种快速灵敏检测蓖麻毒素的方法
doi:10.1021/ac8026433

爱因斯坦学院生物化学系Ruth Merns主任兼教授的Vern Scharmm博士的实验室开发出一种简单、准确、高敏的定量检测蓖麻毒素的方法。

使用这种检测方法的人需要向可能混有毒素的食物或用于擦拭潜在污染表面的面试子中加入少量试剂混合物;如果混合物中含有蓖麻毒素,那么混合物会发光,并且随着蓖麻毒素浓度的增加光强增大。

当蓖麻毒素进入细胞以后,其干扰基本的细胞功能--合成蛋白的能力--使细胞死亡。蓖麻毒素通过干扰核糖体RNA(核糖体的关键成分,为合成细胞蛋白的“机器“)。蓖麻毒素的攻击导致核糖体RNA脱去一分子腺嘌呤。Schramm的方法正是通过测定细胞释放的腺嘌呤含量检出和定量蓖麻毒素的。

这些研究人员利用特殊的酶将蓖麻毒素释放的腺嘌呤转化为ATP,然后基于萤火虫光释放基因建立的检测ATP分子的方法,开发出这种检测蓖麻毒素的方法。

5.PNAS:研究基因互作的新方法
doi:10.1073/pnas.1307002110


在一项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员开发了一个新方法,能够在不同细胞中一次性解析数千种基因的相互作用。相关研究结果发表在PNAS期刊上。

为了验证这种新方法的有效性,这些研究人员用蓖麻毒素处理细胞,然后分析基因互作发生的改变。这种毒素会关闭细胞内的蛋白合成,从而产生致命的影响。不过,人们还不清楚蓖麻毒素靶标的确切基因。

这些研究人员针对哺乳动物细胞开发了一整套方案。该方案以混合shRNA筛查为基础,能够在全基因组水平上鉴定表型相关基因,并对这些基因进行系统性作图,最终得到完整的基因互作图谱。

研究人员对暴露在蓖麻毒素中的细胞进行了全基因组筛选,通过复杂的shRNA文库来检测目标基因。他们利用测序监测细胞中各个shRNA的表达情况,以此确定对细胞敏感性有影响的基因。

随后,研究人员对选定的shRNA进行克隆和编码,构建了有针对性的文库,重新检验相关表型。最后他们根据初步筛查中的基因组合,构建了靶标所有基因互作组合的double-shRNA文库。在这些基因互作模式的基础上,研究人员获得了高密度的哺乳动物基因互作图谱。

6.蓖麻毒素配制而成的药物可以充当杀虫剂

人们利用蓖麻籽和根、茎、叶中的蓖麻毒素成分,配制成植物性杀虫剂,在当前农作物无公害栽培上效果非常好。

【防治地下害虫】把老蓖麻叶摘下阴干,堆积妥存,这中间要注意防潮、防霉、防雨、防晒。使用时碾成粉末,拌入20倍的土杂肥中,撒施地面耕入土中,对防治蛴螬、蝼蛄、地老虎等地下害虫有良好的效果。也可将蓖麻种子去皮、炒熟、捣碎,混入有机肥中一起施在葡萄秧根部,每株施2000-3000克,可杀死根部所有的地下害虫,并能防治白粉病、霜霉病和葡萄锈病。

【防治根蛆和蝇蛆】用蓖麻干叶粉末1份,加水8-10倍,浸泡数小时后,用水壶灌注,可防治白菜、油菜、萝卜的根蛆;将蓖麻干叶粉末或鲜叶切碎捣烂,撒入厕所粪坑中可杀蛆灭蝇,杀蛆率可达50%-70%;若撒在牛圈、羊圈、猪圈、鸡舍、污水池、下水道、阴沟等处,可消灭蝇蛆和孑孓,但对家禽家畜无害。

【防治蚜虫和螨类】将蓖麻根切碎,每公斤加水约1000毫升,煮30分钟过滤,过滤液按1∶5的比例加水稀释后,喷洒在蔬菜、花卉及农作物上,可杀死蚜虫和螨类。

【驱赶害虫】蓖麻茎叶有一股特异的气味,金龟子等害虫吃了蓖麻叶后即会中毒僵死,有的害虫闻到蓖麻异臭就避而远之,证明它有驱虫的作用。

【防病】蓖麻叶不仅能杀虫,而且对一些作物的病菌也有一定的抑制作用。用蓖麻叶干粉1份,加水5份的煮沸液,对小麦秆锈病菌夏孢子发芽的抑制效果可达96.8%;5倍水浸液,对小麦叶锈病菌的抑制效果为73.7%;10倍水浸液对棉花角斑病菌的抑制效果为50%-100%。

阅读次数:  
更多 相关资讯:
    无相关信息

发表评论