猎物者和捕食者之间的进化竞赛,已经在地球上创造了一些最致命的剧毒分子。现在,科学家们正利用这些毒液创造新一代特效药。
在日常生活中,药物也成为不可或缺的物品之一了。也许,大多数人都认为药品是直接来自于化学家之手,由他们配好药方,按比例来合成。然而其实许多药物最原始的源头,可能比你想象的具有更多“外来物”。例如,抗HIV的药物来自于一种深海海绵,而心脏病的药物是来自洋地黄(一种植物,开紫色或白色钟状花朵)。
我们若想得到更多的“外来物”,不得不提到自然界一类特殊的生物——有毒动物,而它们也正在被科学家们密切关注着。
毒素入药
有毒动物的毒液是由数十个至数百种不同毒素组成的混合液,毒素通常是蛋白质和肽(与蛋白质相似的,却更小的氨基酸链称为肽),与激素、抗生素等有机分子物质一起,参与生物体的代谢过程。
毒液帮助动物杀死猎物,与捕食者对抗和自卫。为了使其成为别人的毒液,而不是杀死自己的毒药,毒素混合物必须被“注射”到另一种动物的身体里。大约15万种动物物种已经进化出能够制造毒液并将其注射入猎物的“机器”。
有些是我们所熟悉的:用毒牙的蛇、有毒针的蜜蜂。还有其他鲜为人知的:雄性鸭嘴兽的后肢脚掌下面有倒钩尖刺,可分泌有毒物质,人类被刺到会感到剧痛;鼩鼱(形似鼠,吻长)一些特别种类会分泌有毒的唾液;在海底游动的美丽却致命的锥形蜗牛鱼,其长吻能将毒液注射到小鱼体内……
这些进化的毒液是很好的药源。蛇毒毒素是地球上最强效和最精准的分子之一,这使得蛇毒成为人们探索动物毒液药物的理想模板。
几亿年来,毒液中的毒素已经进化出一些高度特异性成分,能对目标猎物身体重要功能区域一击而中。例如,一些毒素攻击神经系统,干扰神经与肌肉的沟通,导致猎物麻痹;另一些则防止血液凝固,导致猎物大量出血。今天,毒液这些危险特性也可以在医疗上得到应用:影响神经系统的物质可以成为良好止痛药的一员,而抗血凝是治疗心脏病的一个重要部分。
不过,你可千万不要在家尝试养几条毒蛇或几只毒蜘蛛。动物毒液是一种复杂的毒素混合物,若要治疗疾病,研究人员需要从中分离出单个特定毒素,才能作为安全的治疗剂。
如何收集动物毒素
其实利用毒液作为药物,并不是现代才有的新想法,古代文明中也会将毒液加到药品之中。而现代医学中已经有大约20多种从动物毒液中获取的药物分子,来治疗从糖尿病到心脏病等一系列疾病。
如今,科学家们已经开始使用科学技术系统地搜寻可能的候选毒液药物。佐尔坦·塔卡克斯博士就是其中一员,他是著名的匈牙利裔英国科学探险家,为了得到新的毒液样本,他要收集来自世界各地的毒液,而这些毒液往往位于非常偏远的地区。
塔卡克斯的研究团队发明了“定制毒素技术”,将从不同的有毒动物中获取的天然毒素,提炼成单分子。借由这种技术,塔卡克斯创立了巨大的毒素变种库——世界毒素银行。科学家们可以在世界毒素银行里,筛选出已知的药物靶标,以找到最有保证治疗疾病的毒素来制作药物。
动物毒液中,大约还有2000万种毒素至今仍未得到充分的研究,看起来我们有机会从大自然的强大毒液库中获得更多的药物。那么,它们都是从哪些动物身上来的呢?又能治疗什么病呢?
目标:艾滋病病毒、乳腺癌、皮肤癌和类风湿性关节炎
在自然界所有会咬伤、蜇伤或刺伤人的毒物之中,我们最熟悉的应该是蜜蜂。蜂毒含有多种化合物,可以用来对抗HIV,或者帮助治疗类风湿性关节炎。超过一半的蜜蜂毒液是由一种叫做蜂毒肽的物质组成,尽管蜂毒肽很小,但这种毒素是人被蜇之后产生刺痛灼热感的原因。
在美国华盛顿大学医学院研究人员进行的实验中,携带蜂毒肽的黄金纳米粒子可以刺穿HIV的保护膜,而不影响人体细胞。该研究还处于起步阶段,这些纳米颗粒有一天会成为预防艾滋病病毒传播的重要卫士。
癌症治疗面临的最大挑战之一,是如何确保药物靶向癌细胞,而不是靶向健康的细胞。英国利兹大学和巴西圣保罗州立大学的学者正在研究巴西黄蜂的蜂毒,使蜂毒靶向癌细胞外层的脂肪分子结构,刺穿细胞,从而泄漏癌细胞内的重要分子。这些相同的脂肪分子只存在于健康细胞的内部,这意味着黄蜂毒素作用下的非癌细胞(健康细胞)是安全的。
实验证明,在小鼠患乳腺癌和皮肤癌时,蜂毒肽的穿刺性能通过纳米粒子的传送,能够收缩肿瘤,此外它还可以阻止动物体内的类风湿关节炎,以及细胞的炎症反应机制。
目前,这些毒素只在实验室里被测试过,所以你们可不能热烈欢迎黄蜂到家里去。
如果要列举一种有毒的动物,大多数人第一个想到的是很可能是蛇类。它们也是科学家寻找新的毒素药物最有研究价值的动物。
许多“蛇源性”药物都靶向心血管系统。比如,被某类毒蛇咬伤的香蕉种植园工人,会因毒素引起的血压剧烈下降而晕倒,这可用于降压药的研制。降压药卡托普利就是利用巴西具窍蝮蛇毒液中的一种肽而研制成功的。它是第一种毒液为基础的药物,现在仍是市场上一种最广泛、最流行的药物。
美国东南部的侏儒响尾蛇具有强效毒液,阻止血液凝固,引起猎物的大出血。它的一种毒素药物叫做依替巴肽,应用于有突发心脏病风险的患者时,能阻止血小板粘附在一起,防止可能引起心脏病发作和中风的血液凝块。还有一种类似的毒素是从锯鳞蝰蛇毒液中提取而来,有着和依替巴肽相同的作用,是药物盐酸替罗非班的基础物质。
法国的细胞与分子药理学研究所将黑曼巴蛇的毒素作为一种潜在的新止痛药,发现它对小鼠的止痛作用与吗啡(从鸦片中提出,其衍生物常作为临床的麻醉剂)一样强大。
目标:慢性疼痛、阿尔茨海默氏症、帕金森、精神分裂症和肺癌
芋螺是最古老的海洋生物之一,这些食肉的掠夺性海蜗牛主要生活在温暖的太平洋和印度洋里,科学家已经证明了它们的毒素是有用的止痛药。
它们的“咬”靠的是“修正齿”—— 一种形似鱼叉般的牙齿,可刺入猎物体内,将毒液注入猎物身体里,会使猎物在瞬间瘫痪,然后被芋螺吞食和消化。
虽然芋螺的毒素对鱼是坏消息,然而对于人类来说,这些毒素却具有良好的止痛效果。市场上已经有用芋螺毒液肽合成的药物了,这种药物可直接注射到脊髓液里来治疗重度慢性疼痛。
由于不同种芋螺所含活性肽各不相同,即使同种芋螺因海域不同,其毒素成分也可存在差别,因此科学家正在研究不同种类的芋螺毒素,比如有一种毒素能影响人类大脑中的烟碱受体或治疗烟草成瘾,还能在治疗阿尔茨海默氏症、帕金森病、精神分裂症和肺癌中发挥作用。
目标:癌症、肌营养不良、慢性疼痛
未来,蝎毒可能会成为一种医学上有用的毒素,用于标记手术中的脑肿瘤细胞,因为外科医生一般很难区分肿瘤的末端和健康细胞相连之处。如果外科医生犯了错误,癌细胞就会被留下在患者的身体里,或者健康细胞会随着癌细胞被切出。举个例子,氯毒素——从以色列金蝎子中提取的,能作用于肿瘤细胞,相当于肿瘤的荧光标记,使外科医生清楚地看到癌细胞与健康细胞的边界。目前,氯毒素已结束在动物身上的测试,正在进行人体测试。
蜘蛛毒液似乎也是药物研发丰富的资源库,其中的毒素有可能用于治疗各种肌肉营养不良和慢性疼痛。在节肢动物中,蜈蚣的毒液可能是一种比吗啡肽更有效的止痛药,而且可能没什么副作用。能产生毒素的中国红头蜈蚣的体型非常大,可长达20厘米。
目标:多发性硬化症、类风湿性关节炎、牛皮癣、红斑狼疮
原产于加勒比海地区的太阳海葵,其触手上的刺细胞能分泌毒液使猎物晕倒,然后它就能将漂亮的小鱼类和其他海洋生物放进嘴里。海葵毒液肽也引起了科学家们的兴趣,科学家将其合成了一种实验性药物,准备进行II期临床试验,用于治疗自身免疫性疾病。与许多现有的药物相比,它不是抑制整个免疫系统,而是可选择性地阻断特定类型免疫细胞中的离子通道,控制自身免疫性疾病,如多发性硬化症、特定型类风湿性关节炎、银屑病、狼疮。
目标:糖尿病
你听过希拉大毒蜥吗?这是美国最大蜥蜴,拥有有毒的唾液。它们还有一种不寻常的能力——每年只吃三顿大餐,因为它们要管理自己的身体,以保持体内血糖的稳定。早在20世纪90年代,研究人员就发现了蜥蜴毒液中的一种成分,类似于人类在血糖水平升高时,刺激胰岛素释放的激素。基于该成分制成的注射药物,能帮助糖尿病患者维持健康的血糖水平,甚至还有减肥的作用。
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