河鲀毒素藥學(xué)應(yīng)用的研究進(jìn)展

黃海楓 孫桂清 夏鑫 郗艷娟 閆麗

摘 要：河鲀毒素是從河鲀卵巢、肝臟分離出來的非蛋白質(zhì)神經(jīng)毒素，廣泛分布于海洋類及陸生動(dòng)物中。河鲀毒素具有神經(jīng)通道阻斷作用，作為生理學(xué)和神經(jīng)藥理學(xué)的有用工具，河鲀毒素受到了極大的實(shí)驗(yàn)關(guān)注。本文綜述了河鲀毒素的基本性質(zhì)、藥用機(jī)理以及河鲀毒素在藥用方面的研究。

關(guān)鍵詞：河鲀毒素;作用機(jī)理;藥學(xué)應(yīng)用

人類對(duì)河鲀毒素（Tetrodotoxin，TTX）展開研究已歷百年，自1909年日本學(xué)者田原良純從河鲀魚中提取得到粗品河鲀毒素[1]以后，TTX的多種臨床應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，有關(guān)藥用開發(fā)方面的研究也層出不窮。20世紀(jì)30年代到40年代，很多旨在醫(yī)藥開發(fā)上的研究報(bào)道相應(yīng)發(fā)表。在臨床應(yīng)用上涉及到內(nèi)科、外科、皮膚科和眼科等多種醫(yī)用領(lǐng)域。到20世紀(jì)50年代，TTX的臨床應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大，除了可用于治療關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕病、瘙癢、陽萎、遺尿、破傷風(fēng)、百日咳、氣喘、頭痛等之外，也可以用作鎮(zhèn)痛藥來代替嗎啡、杜冷丁、阿托品和南美簡(jiǎn)箭毒等，并且在神經(jīng)痛的治療方面有著良好的效果，因此河鲀毒素在鎮(zhèn)痛領(lǐng)域的研究逐漸成為熱點(diǎn)。本文就河鲀毒素的基本性質(zhì)、藥用機(jī)理及鎮(zhèn)痛作用進(jìn)行綜述。

1 河鲀毒素的基本性質(zhì)

河鲀毒素是一種非蛋白質(zhì)、氨基過氫喹啉類毒素，白色晶體，無臭無味，分子式為C11H17N3O8，分子量為319.27，擁有一個(gè)碳環(huán)、1個(gè)胍基、6個(gè)羥基，C-5和C-10位有一個(gè)半醛糖內(nèi)酯連接著的分開的環(huán)[2]，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。TTX易溶于酸性水或醇溶液，幾乎不溶于其他溶劑。在堿水溶液中易分解，于90～100 ℃ 5%的KOH溶液中可分解為黃色結(jié)晶2-氨基-6-羥甲基-8-羥基-喹唑啉[3]。最初，人們認(rèn)為TTX只存在于鲀科魚類的卵巢、肝臟和皮膚中，然而，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)TTX廣泛存在于其他海洋和陸地動(dòng)物中，如貝類、軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、爬行動(dòng)物和兩棲動(dòng)物等[4-6]。

2 河鲀毒素的作用機(jī)理

TTX的生物效應(yīng)是通過與電壓門控Na+通道（VGSC）的相互作用形成的。VGSC是跨膜糖蛋白，通道蛋白在脂質(zhì)雙層膜上構(gòu)成具有高度選擇性的親水孔道，親水孔道將細(xì)胞內(nèi)外相連接[7]。從結(jié)構(gòu)上看，VGSC由一個(gè)功能自足的α亞基和一個(gè)或多個(gè)參與電壓傳感的β亞基組成。α亞基進(jìn)一步被分為幾個(gè)區(qū)域，圍繞著通道的中心孔[8]。當(dāng)被刺激時(shí)，通道選擇性地打開，讓Na+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)環(huán)境?？缒る娢坏木植孔兓瘜?dǎo)致鄰近的VGSC打開，信號(hào)就會(huì)沿著神經(jīng)元傳播。

20世紀(jì)60年代初，人們發(fā)現(xiàn)TTX通過選擇性地與Na+通道結(jié)合來影響電流[9]。TTX分子上的胍基會(huì)與Na+通道的羧基結(jié)合，其他分子則堵住了通道口，阻止Na+通過細(xì)胞膜，從而阻礙了神經(jīng)元的交流[10]。這對(duì)機(jī)體有巨大的影響，許多重要功能（如呼吸）會(huì)被抑制，因此當(dāng)TTX的劑量達(dá)到1.33 μg/kg，人就會(huì)因呼吸受阻而死亡[11]。

在20世紀(jì)70年代，文獻(xiàn)中開始出現(xiàn)VGSC對(duì)TTX敏感性報(bào)道。目前已知，通道NaV1.1、NaV1.2、NaV1.3、NaV1.7以及同構(gòu)體NaV1.4和NaV1.6對(duì)納摩爾范圍的TTX敏感。另一方面，NaV1.5、NaV1.8和NaV1.9亞型僅在微摩爾范圍內(nèi)對(duì)TTX敏感，這是由于通道孔內(nèi)的單個(gè)位置突變?cè)斐傻腫12-13]。

TTX對(duì)VGSC的結(jié)合力隨著膜的重復(fù)去極化而增加，這種現(xiàn)象被稱為“使用依賴性阻滯”[14-15]?；蛟S是因?yàn)閂GSC在關(guān)閉和打開狀態(tài)下對(duì)TTX有不同的結(jié)合能力，也可能在關(guān)閉狀態(tài)下有一個(gè)Na+結(jié)合，在去極化時(shí)它會(huì)騰出TTX的結(jié)合位點(diǎn)。具體原因是哪個(gè)，目前文獻(xiàn)中還沒有定論。

3 河鲀毒素的藥用價(jià)值

3.1 河鲀毒素的鎮(zhèn)痛作用

上世紀(jì)八十年代初，河北省海洋與水產(chǎn)科學(xué)研究院開展了河鲀肝油藥用研究工作?？蒲腥藛T將研制出的除毒河鲀魚肝油用于多所醫(yī)院220例肺癌、胃癌、肝癌、直腸癌和鼻咽癌等晚期癌癥患者進(jìn)行疼痛緩解臨床實(shí)驗(yàn)：全部患者口服肝油制劑，每次2 mL，用藥7～39 d不等，平均13.5 d，總用藥量50～300 mL，平均138 mL。結(jié)果顯示經(jīng)治療后完全緩解50例，明顯緩解112例，中度緩解35例，輕度緩解12例，無緩解11例;總有效率為90%，顯效率達(dá)74%。其鎮(zhèn)痛作用特點(diǎn)是藥物吸收緩慢而藥效持久，并且對(duì)嗎啡或杜冷丁已經(jīng)產(chǎn)生耐藥性的患者仍然具有良好的鎮(zhèn)痛作用。同時(shí)，藥效學(xué)研究表明，該肝油對(duì)實(shí)驗(yàn)患者的腫瘤有抑瘤作用，對(duì)患者的CD2、CD4、T淋巴細(xì)胞數(shù)和比率以及CD4/CD8比值都有非常顯著的改善效果[16]，且具有睡眠改善、食欲增加、增強(qiáng)體力、增加體重、提高肌體免疫功能等功效。

研究表明，TTX從化學(xué)結(jié)構(gòu)上來講羥基比較多，很難通過血腦屏障。TTX在小鼠體內(nèi)到達(dá)大腦的含量?jī)H有0.09%，這成為影響其鎮(zhèn)痛效果的一個(gè)重要原因[17]。美國、加拿大等國家的科研人員也曾進(jìn)行了TTX多個(gè)臨床試驗(yàn)。但是，迄今為止世界上還沒有任何一個(gè)國家將河鲀毒素研制成藥物，其有效成份不明和安全穩(wěn)定性問題一直是難以解決的主要阻礙。據(jù)此推測(cè)，單體TTX鎮(zhèn)痛療效不穩(wěn)定的原因就是無法確定有效的安全劑量。劑量過大時(shí)，一部分TTX分子通過血腦屏障產(chǎn)生了一定鎮(zhèn)痛作用，卻無法保障安全性;而劑量過小，TTX分子將被血腦屏障完全阻擋，從而無法產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用。

此后，河北省海洋與水產(chǎn)科學(xué)研究院科研人員根據(jù)河鲀肝油具有的生理活性[18]，利用油脂類物質(zhì)易穿入血腦屏障[19]的特點(diǎn)，深入展開了對(duì)河鲀肝油中有效成份的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明除毒肝油中有鎮(zhèn)痛作用的有效成分就是肝油中殘留的微量TTX?！昂喻兏斡涂梢灾苯油ㄟ^血腦屏障進(jìn)入體內(nèi)，起到鎮(zhèn)痛作用”這一突破性發(fā)現(xiàn)對(duì)河鲀肝油藥用效果的進(jìn)一步研究、臨床實(shí)驗(yàn)及市場(chǎng)開發(fā)將產(chǎn)生巨大促進(jìn)作用。

3.2 戒除藥物依賴性

TTX在治療鴉片類藥物成癮方面的應(yīng)用是基于對(duì)實(shí)驗(yàn)鼠的臨床前研究。2001年，研究發(fā)現(xiàn)TTX在特定的劑量范圍內(nèi)，可顯著抑制實(shí)驗(yàn)鼠對(duì)嗎啡的依賴性。研究人員通過在有嗎啡依賴性的小鼠用納洛酮催促前，先注射TTX，發(fā)現(xiàn)當(dāng)以TTX常用劑量（對(duì)動(dòng)物作用不明顯）作為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，提高劑量，動(dòng)物出現(xiàn)中毒癥狀;降低劑量則沒有療效。而TTX在一個(gè)特定劑量范圍內(nèi)，能明顯抑制有嗎啡依賴性的小鼠在納洛酮催促后的跳臺(tái)反應(yīng)，并促進(jìn)小鼠體重的恢復(fù)，藥效作用陡然提高[20]，療效更是優(yōu)于戒毒藥可樂定。

3.3 河鲀毒素的麻醉作用

1968年Ogura[21]首次對(duì)TTX的麻醉特性進(jìn)行了研究。對(duì)小龍蝦腹腔神經(jīng)進(jìn)行局部麻醉，研究顯示，與普魯卡因和迪布卡因等對(duì)照藥物相比，TTX的活性更高。

TTX作為局部麻醉劑（LA）需要考慮兩個(gè)重要因素。首先，它與NaV1.5的相互作用不強(qiáng)，因此不會(huì)出現(xiàn)心血管方面的副作用[22-23]或肌體毒性[24]。其次，TTX的結(jié)合部位位于膜外，標(biāo)準(zhǔn)麻醉劑的結(jié)合部位位于膜內(nèi)。因此，TTX與其他LA的結(jié)合是可能的，甚至是有利的，兩者之間可能會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。例如，TTX（1 μg/mL）和利多卡因（0.1%）的組合對(duì)大鼠的坐骨神經(jīng)產(chǎn)生局部麻醉的效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用TTX和利多卡因。此外，將TTX（或TTX和其他局部麻醉劑）與血管收縮劑（如腎上腺素）一起使用，可降低TTX的毒性[25]，這種方法為延長(zhǎng)局部麻醉效果提供了更好的途徑。

4 總結(jié)與展望

TTX是一種具有明顯科學(xué)和藥用價(jià)值的神經(jīng)毒素，是一種高效的Na+通道阻斷劑，是神經(jīng)生物學(xué)和生理學(xué)研究中不可替代的工具。TTX的生物活性，使其具有戒毒、鎮(zhèn)痛、麻醉的作用，當(dāng)用于戒毒和鎮(zhèn)痛時(shí)，TTX只需要低劑量，其藥效卻是長(zhǎng)效和無癮的。但是TTX有效劑量不明這一存在的安全隱患，成為TTX產(chǎn)品研制新藥的瓶頸和困擾該領(lǐng)域科學(xué)家的百年難題。未來如何利用河鲀肝油成藥，使其通過血腦屏障進(jìn)入體內(nèi)，起到鎮(zhèn)痛作用將是一個(gè)重要研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] CHAU R，KALAITZIS J A， NEILAN B A.On the origins and biosynthesis of tetrodotoxin[J].Aquat Toxicol，2011，104（1-2）： 61-72.

[2] 黃清發(fā).河鲀毒素提取技術(shù)及檢測(cè)方法的研究進(jìn)展[J].水產(chǎn)科技情報(bào)，2010（4）：4.

[3] 張豁中，溫玉麟.動(dòng)物活性化學(xué)成分[M].1版.天津：天津技術(shù)出版社，1995：832.

[4] NOGUCH T， ARAKAWA O.Tetrodotoxin – Distribution and accumulation in aquatic organisms，and cases of human intoxication[J].Marine Drugs，2008，6（2）：220-242.

[5] BANE V， LEHANE M， DIKSHIT M，et al. Tetrodotoxin： chemistry，toxicity，source，distribution and detection[J].Toxins，2014，6（2）：693-755.

[6] TURNER A， POWELL A， SCHOFIELD A，et al. Detection of the pufferfish toxin tetrodotoxin in European bivalves，England，2013 to 2014[J].Euro surveillance ： bulletin Européen sur les maladies transmissibles = European communicable disease bulletin，2015，20（2）：e53-e54.

[7] 徐英.河鲀毒素對(duì)鈉通道的影響及其可能的鎮(zhèn)痛機(jī)制[J].中國藥理學(xué)通報(bào)，2003，19（3）：249-252.

[8] CATTERALL W A，GOLDIN A L，WAXMAN S G.International Union of Pharmacology.XLVII.Nomenclature and structure-function relationships of voltage-gated sodium channels[J].Pharmacological Reviews， 2005，57（4）：397-409.

[9] NARAHASHI T，DEGUCHI T， URAKAWA N，et al.Stabilization and rectification of muscle fiber membrane by tetrodotoxin [J].American Journal of Physiology，1960，198（5）：934-938.

[10] 劉安西.分子神經(jīng)生物學(xué)[M].天津：南開大學(xué)出版社，1992：45-75.

[11] KASTEEL E，WESTERINK R. Comparison of the acute inhibitory effects of Tetrodotoxin （TTX） in rat and human neuronal networks for risk assessment purposes[J].Toxicology Letters，2017，270（2）：12-16.

[12] LEE C H，RUBEN P C. Interaction between voltage-gated sodium channels and the neurotoxin，tetrodotoxin[J].Channels，2008，2（6）：407-412.

[13] GEFFENEY S L，RUBEN C. The structural basis and functional consequences of interactions between tetrodotoxin and voltage-gated sodium channels[J].Marine Drugs，2006，4（3）：143-156.

[14] HUANG C J， SCHILD L， MOCZYDLOWSKI E G. Use-dependent block of the voltage-gated Na+ channel by tetrodotoxin and saxitoxin： Effect of pore mutations that change ionic selectivity[J].Journal of General Physiology，2012，140（4）：435-454.

[15] CERVENKA R， ZARRABI T， LUKACS P， et al.The outer vestibule of the Na+ channel–toxin receptor and modulator of permeation as well as gating[J].Marine Drugs，2010，8（4）：1373-1393.

[16] 張珊文，馬惠民，劉長(zhǎng)青.龍東魚膠丸對(duì)放療后腫瘤患者免疫功能的影響[J].中國中西醫(yī)結(jié)合雜志，1995（10）：627-627.

[17] 劉敏，趙創(chuàng)新，齊秀麗，等.河豚毒素在小鼠體內(nèi)分布及代謝動(dòng)力學(xué)[J].中國藥理學(xué)通報(bào)，2006，22（4）：507-508.

[18] 潘心富，黃致強(qiáng).河鲀藥用研究概況[J].中國藥學(xué)雜志，1984，19（4）：40-43.

[19] 蔣學(xué)華.藥學(xué)概論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013：86-89.

[20] 陳素青，任雷鳴，黃致強(qiáng).河鲀毒素對(duì)大鼠和小鼠納洛酮催促嗎啡戒斷癥狀的影響[J].中國藥理學(xué)與毒理學(xué)雜志，2001，15（6）：434-440.

[21] OGURA Y，MORI Y.Mechanism of local anesthetic action of crystalline tetrodotoxin and its derivatives[J].European Journal of Pharmacology，1968，3（1）：58-67.

[22] BUTTERWORTH J F.Models and mechanisms of local anesthetic cardiac toxicity：a review[J].Regional Anesthesia & Pain Medicine，2010，35（2）：167-176.

[23] STOETZER C，DOLL T，STBER T， et al.Tetrodotoxin-sensitive α-subunits of voltage-gated sodium channels are relevant for inhibition of cardiac sodium currents by local anesthetics[J]. Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology，2016，389（6）：625-636.

[24] PADERA R F，TSE J Y，BELLAS E， et al. Tetrodotoxin for prolonged local anesthesia with minimal myotoxicity[J].Muscle & Nerve，2006，34（6）：747-753.

[25] BERDE C B，ATHIRAMAN U，YAHALOM B， et al. Tetrodotoxin-bupivacaine-epinephrine combinations for prolonged local anesthesia[J].Marine Drugs，2011，9（12）：2717-2728.

（收稿日期：2021-11-16）

基金項(xiàng)目：中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項(xiàng)目（206Z3201G）。

作者簡(jiǎn)介：黃海楓（1972.7-），女，本科，高級(jí)工程師，研究方向：海洋生物加工與綜合利用。E-mail：181874468@qq.com。

通信作者：夏 鑫（1994.5-），女，碩士，研究方向：海洋生物加工與綜合利用。E-mail：15031200103@163.com。