你的毒药是什么?

致命的毒液可能是治疗许多疾病的关键。
11月21日
通过Lucka Bibic

对我们大多数人来说,药物来自药房:瓶装药物和包装药片的家园。然而,药物的起源可能比你当地的化学家更具有异国情调。例如,第一种抗艾滋病药物是从海绵中提取的,而一种治疗心脏病的药物是从毛地黄植物中提取的,但有些药物来自更危险的地方。

致命的有毒生物,通过咬或刺向猎物注入有毒物质,可能是治疗许多棘手疾病的关键。经过数亿年的进化,毒液中的毒素已经被磨练成针对猎物身体功能的特定组成部分。致命毒液含有有毒蛋白质和多肽的鸡尾酒汤,多肽是一种类似蛋白质的短链氨基酸,可以用作治疗药物。

由于所有的毒液都是多任务的,这些分子可能有不同的目标和效果。其中一些进入神经系统,破坏神经与肌肉的沟通,导致瘫痪。然而,正是这些相同的毒性特性可以制造出伟大的药物。其中一些已经在治疗脑肿瘤、心力衰竭、糖尿病、勃起功能障碍和自身免疫性疾病的试验中,专门针对从心脏到大脑的任何器官。

与死亡共舞

毒液是自然界最有效的杀手。在捕食者和猎物之间的进化斗争中,武器和防御手段不断被调整。然而,基于毒液的疗法并不是什么新鲜事。它们出现在公元二世纪的梵文文本中,之后,萨满将草原毒蛇的毒液涂抹在罗马人的伤口上。眼镜蛇毒液在中国和印度的传统医学中使用了几个世纪,甚至在19世纪作为顺势疗法止痛药引入西方之前。然而,治疗剂量刚好在致命剂量的限度之内,而且,走在这样一条微妙的界线上,医生加速病人死亡的次数和减轻病人痛苦的次数差不多。

蛇的毒液

将致命毒液转化为药物的科学始于20世纪,当时休·阿利斯代尔·里德(Hugh Alistair Reid)提出,蛇的毒液可能用于治疗深静脉血栓,因为它的一种蛋白质可以防止血栓形成。在同样的抗凝血药物Arvin进入欧洲的医院后,它被其他的蛇毒抗凝血剂所取代。

由于不能把有害的毒液放在药片里然后交给病人,研究人员必须梳理出毒液中有价值的部分,并在分子水平上改变它们——调整大小和修补它们,以便在人类肠道的严酷影响下存活下来。例如,研究人员现在已经开发出一类新的心脏病药物,通过识别在蝮蛇毒液中发现的一种成分,这种成分在降低血压方面起着关键作用。

在这个时代,心脏病患者要感谢一种致命的非洲树蛇——被称为东方绿曼巴,它的毒液会损害受害者的血液循环。毒液的美妙之处在于它的关键肽成分可以降低血压,保护肾脏免受过量的盐和水的侵害。除了治疗心脏病,蛇毒还显示出作为强力止痛药的巨大潜力。另一种被称为黑曼巴的蛇,它张开的嘴像一口棺材(它的毒液可以迅速把你放进棺材里),它含有的毒素可以缓解慢性疼痛,而慢性疼痛是临床医生难以有效治疗的。

缓解剧痛

Mambalgins是一组在蛇体内发现的蛋白质,是在寻找吗啡等鸦片类药物的替代品时发现的。阿片类药物通常会引起恶心、便秘和药物依赖等副作用,人们通常需要越来越大的剂量才能感受到同样的效果。2014年,药物过量是意外死亡的主要原因,因此,缓解疼痛的另一种选择对社会来说将是非常有价值的。

从进化的角度来看,疼痛是非常有用的,因为它是大自然告诉大脑身体受伤的一种方式。疼痛信号与所谓的“逃跑或战斗反应”密切相关。这是我们的身体处于高度戒备状态的地方。我们的肌肉收缩,接受更多的氧气,我们的心跳加快,我们的呼吸加快,我们准备站起来,战斗或逃离危险。

锥形蜗牛

虽然疼痛可能是有用的,但对许多人来说,它会严重削弱,甚至毁掉他们的生活。当你受伤时,疼痛信号会传递到大脑,然而还有其他信号会从大脑传递下来形成一个封锁,限制疼痛信号。这些阻塞可以打开或关闭,分别允许疼痛信号通过或导致疼痛被阻塞。

被称为伤害感受器的神经细胞以蛋白质的形式合成各种各样的这种阻塞物,这些蛋白质会在细胞膜上形成毛孔。这些毛孔会对不同类型的刺激作出反应,允许钠离子、钾离子和其他离子形式的电流进出细胞。这会引发神经冲动,这些神经冲动会传播到脊髓,然后再传输到大脑。

世界上近15%的人口患有慢性疼痛,作用于这些蛋白质的毒液简直就是医学巨星。到目前为止,有一种基于毒液的止痛药已经上市:Prialt (ziconotide),它模仿了锥螺的毒液。Prialt的肽作用于神经系统,抑制神经元向大脑传递疼痛信号的能力。

去除蜘蛛毒液中的刺

除了蛇和锥体蜗牛的毒液外,科学家们还在动物界的每个角落和缝隙里进行检查,另一种被证明有希望的生物是蜘蛛。

响尾蛇导弹蛇

一名科学家小心翼翼地拿起一只蜘蛛,对它进行电击,而另一名研究人员则迅速将毒液从毒牙中抽出,注入注射器。通常,需要数百甚至数千只毛茸茸的爬行动物才能获得有用的毒液;科学家们需要为一只小蜘蛛挤奶数百次才能获得一毫克的维生素d。

蜘蛛的名声不好,但对疼痛研究人员来说,它们是美梦成真。这些八条腿的生物露出了两个毒腺,含有用来杀死它们的食物——昆虫的化学物质。通过细尖的毒牙,蜘蛛毒液会关闭受害者的中枢神经系统,并瞄准几个生物受体,使其瘫痪或死亡,这样蜘蛛就可以把猎物变成糊状,吞下器官汤。

巴西流浪蜘蛛

由于昆虫的信号接受蛋白或受体与哺乳动物的并无两极之隔,因此蜘蛛毒液中发现的大部分分子也可以针对人类的受体,例如离子通道,这是一种允许离子穿过细胞膜并在细胞内交流的蛋白质。这些分子触角打开和关闭,将细胞的内脏暴露在外部世界和从周围环境中接收化学信号的受体面前。然而,毒液攻击了网络并关闭了这种通信。

构成蜘蛛毒液大部分的肽阻断了钠离子通道,所有神经细胞都利用钠离子通道产生神经冲动,并调节这些通道上的离子电流。关键的是,来自蜘蛛毒液的肽的治疗潜力主要是由于它们对离子通道和其他受体的选择性和亲和力,这可能对治疗慢性疼痛和肌肉疾病有影响。

尾巴上的刺:下一步是什么?

所有这些有前途的分子很可能只是冰山一角。例如,据预测,在蜘蛛毒液中发现的大约1000万种活性化合物中,只有不到0.01%的化合物成名。多肽的未来目录是引人注目的,随着毁灭性疾病和条件的不断存在的威胁,这些有毒的玩家可能还没有实现作为重要药物的潜力。至于未来,我们期待看到越来越多受大自然强大毒液启发的药物出现在你身边的药房货架上。

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