細胞界的碎紙機，幾滴毒液如何害人又救人？

在現代西方文明中，蛇代表著美麗、欺騙，並引發人類的迷戀和恐懼。而在古代文明，蛇備受尊重，因為它的毒液具有著治癒能力。這種神奇動物的毒液對人類而言是一個有著非凡生物活性的化合物庫，具有巨大的藥用潛力，蛇杖也因此被用作為醫學的標誌。蛇究竟還有哪些神奇之處等待我們探索？歡迎走進今天的小陶課堂！

蛇毒的多樣性

蛇的毒液通常由 20 到 100 種成分的混合物組成，其中大部分 （>90%） 是肽和蛋白質，主要生物活性包括神經毒性、血液毒性和細胞毒性，具體取決於蛇的種類。毒液成分因物種而異，其他因素，例如環境條件、年齡、性別等也會影響毒液成分。

蛇毒的多樣性是一把雙刃劍。治療蛇咬傷的唯一有效方法是使用特定的抗蛇毒血清，但毒液成分的可變性限制了抗蛇毒血清的供應和生產；據估計，每年有 270 萬起蛇類毒殺事件，造成約 10 萬人死亡，超過 40 萬受害者留下嚴重和永久的後遺症。但蛇毒成分的多樣性也為藥物化學家構建了一個 “豐富的遊樂場”，提供了一系列高度特異性和生物活性的化合物，為開發新的治療藥物提供了許多途徑。

過去 15 年（2007-2021）科學家們對於蛇類的研究基本側重於眼鏡蛇科（Elapidae）與蝰蛇科（Viperidae）。

Elapidae、Viperidae 蛇毒的組成

1）Elapidae

Elapidae 毒液主要包含七個家族的肽和蛋白質；其中，磷脂酶 A2（PLA2s）和三指毒素（3FTxs）通常是主要成分，在毒液的作用中起主導作用。其他毒素——即蛇毒金屬蛋白酶 （SVMPs）、蛇毒絲氨酸蛋白酶 （SVSPs） 和 L-氨基酸氧化酶 （LAAOs） 佔蛇毒毒液的 6%；Kunitz 型肽佔毒液的 5%。

2）Viperidae

Viperidae 毒液主要包括來自九個蛋白質家族的毒素。其中，PLA2s 、SVMPs 和 SVSPs 毒素占主導地位，佔整個毒液蛋白質組的 70%。其他以較小比例 （4–7%） 存在的毒素是 LAAOs、C 型凝集素和 C 型凝集素樣蛋白以及利鈉肽。

上面我們介紹了兩種主要蛇類的蛇毒，這些蛇毒又有哪些化學性質呢？我們接著往下看。

主要酶毒素的化學性質

自 1938 年首次對蛇毒的結構進行鑑定和表徵以來，人們一直致力於闡明蛇毒的結構、反應性和靶點，以瞭解它們的功能，並確定它們的識別和治療潛力。下面我們一起來了解下三個主要的酶毒素家族：PLA2s、SVMPs 和 SVSPs。

1）蛇毒磷脂酶 A2（snake venom PLA2s，svPLA2s）

PLA2s 在蛇毒中以活性酶和非活性 PLA2 樣蛋白的形式存在，主要催化水解細胞膜磷脂的 sn-2 酯鍵。根據等電點（pI）， PLA2s 也可以分為酸性和鹼性亞型，鹼性亞型具有更高的膜親和力，因此毒性更高。

svPLA2s 具有廣泛毒性效應，包括肌毒性、心毒性、神經毒性、腎、肝毒性和全身出血等損傷，還可誘導炎症介質、血管舒張和血管收縮介質的釋放，如前列腺素、組胺、血小板活化因子、兒茶酚胺、多巴胺、一氧化氮和內皮素。

PLA2與目標結合的三種主要型別；其中氧為紅色，磷為橙色，氮為藍色，碳為灰色，氫為白色，酶用淡紅色表示，Ca2+離子用淡綠色表示。

2）蛇毒金屬蛋白酶（snake venom metalloproteinases，SVMPs）

SVMPs 根據結構域數量可以分為 P-I、P-II 和 P-III 3 種。據統計，SVMPs 佔大部分毒蛇的蛇毒總蛋白的 30%，也是蛇咬傷後出血的主要因素。

研究表明，SVMPs 可透過直接作用於毛細血管而引起出血，分解基底膜組分的關鍵肽鍵，這種降解導致毛細血管壁的機械穩定性減弱，毛細血管壁膨脹、破壞，發生血液滲漏以及微血管損傷。SVMPs 在蛇毒誘導的組織損傷的發生中起關鍵作用，是開發新型抗蛇毒藥物的重要靶點。

SVMP及其底物的結構；催化結構域（MET）為黃色，分解素（DIS）結構域為綠色，富含半胱氨酸的結構域（CR）為粉紅色，CLT/SNACLEC結構域為藍色。膠原IV纖維用淺綠色表示，原膠原蛋白單位用深綠色強調，用卡通和管狀圖表示。IV型膠原蛋白的水解削弱了毛細血管壁的機械穩定性，在正常的血流動力作用下，毛細血管壁發生破壞，導致大出血。

3）蛇毒絲氨酸蛋白酶（Snake Venome Serine Proteinases, SVSPs）

SVSPs 是蛇毒中一類重要的具有明顯的抗凝、溶栓、促血小板聚集等功能的蛋白水解酶，對凝血-溶栓系統的作用廣泛，在臨床上有很大的應用價值。雖然其一級結構具有很大的同源性，但是不同的 SVSPs 卻作用於不同的底物，而且一種 SVSP 往往同時能對多種蛋白底物或者小分子底物具有水解能力，因此成為研究蛋白質結構和功能的極好模型。

SVSP 及其底物的結構；a。活性位點和凝血因子V水解產物；b。巴曲酶與纖維蛋白原結合；c。Collinein-1由同源的凝血酶樣酶AhV_TL- I （PDB ID： 4E7N）構建而成，並與致癌的hEAG1通道結合

源自蛇毒的藥物

目前已從蛇毒發現了三種主要的治療應用：藥物、基於毒素的診斷方法和用於瞭解人體生理學的生物標誌物。那麼已被批准用於治療的藥物又有哪些呢？

經 FDA、EMA 批准的藥物

1）Captopril

1965 年席爾瓦的博士生聖迭戈費雷拉發現南美蝮蛇（Bothrops jararaca）的毒液本身具有增強緩激肽的作用，他猜測蛇毒中可能含有一種能抑制緩激肽降解酶的物質，並於同年將其成功提取出來，命名為緩激肽增強因子 （bradykinin potentiating factor， BPF）。

而後 Squibb 公司透過對 BPF 的研究開發了一種治療高血壓的藥物——Captopril。

Captopril 是第一種基於蛇毒生物活性成分的藥物，也是第一種針對 ACE 的藥物

，於 1981 年在美國獲得 FDA 批准，並於 1984 年在歐洲國家獲得批准。

卡託普利和依那普利的設計

如今已有許多基於 BPF 結合基序的 ACE 抑制劑藥物被開發和批准。例如 lisinopril， quinapril， ramipril， trandolapril 和 moexipril，展現了基於毒液藥物開發的巨大潛力。

2）Tirofiban

Tirofiban 是一種抗血小板藥物，分別於 1998 年和 1999 年

獲得

FDA 和

EMA 批准，用於治療急性冠狀動脈綜合徵。它的結構來源於毒素 Echistatin，一種來自鋸齒蝰蛇 （Echis carinatus） 毒液的 49 個殘基解聚素。

替羅非班是纖維蛋白原與 GP IIb / IIIa 受體結合的可逆拮抗劑，GP IIb / IIIa 受體是參與血小板聚集的主要血小板表面受體。

Echistatin透過Arg-Gly-Asp （RGD）基序特異性地與αIIBβ3整合素結合，從而阻止血小板聚集

3）Eptifibatide

Eptifibatide 是另一種抗血小板藥物，也

分別

於 1998 年

和

1999 年

獲得

FDA 和

EMA 批准

，它是從侏儒響尾蛇 （Sistrurus miliarius barbourin） 毒液中發現的去整合素 （barbourin） 開發的。Barbourin 透過 Lys-Gly-Asp （KGD） 基序結合 αIIBβ3 整合素，為 αIIBβ3 整合素提供了優於其他整合素的出色特異性。

大多數解整合素透過RGD基序識別αIIBβ3整合素，但babourin使用lys1 - gly - asp （KGD）基序

除FDA、EMA外被批准的藥物

1）Batroxobin

Batroxobin 是一種凝血酶樣絲氨酸蛋白酶，從巴西刺頭蝮蛇（Bothrops moojeni）的毒液中純化而來，可誘導去纖蛋白原生成。已在中國和日本上市，用於治療急性腦梗死，血管閉塞性疾病引起的缺血，以及外周和微迴圈功能障礙。

2）Haemocoagulase

Haemocoagulase （Reptilase） 是一種從普通矛頭蝮蛇 （Bothrops atrox） 的毒液中提純的酶。Haemocoagulase 在日本、印度和韓國被批准用於治療內出血和外出血。

3）α- Cobrotoxin

α- Cobrotoxin 是從眼鏡蛇 （Naja atra） 的毒液中純化而來，是一種 3FTx α- 神經毒素，可與神經肌肉接頭處的菸鹼乙醯膽鹼受體結合。α- Cobrotoxin 在中國被批准用作中度至重度疼痛的鎮痛劑。然而，它的高生物活性可能會導致副作用，例如呼吸停止。

除了已批准的藥物外還有許多臨床前和臨床試驗中的藥物，例如 Anfibatide、Crotamine、Cenderitide、Mambalgins 和

bothropstoxin- I （KKYRYHLKPFCKK）

，這些都是從毒蛇的毒液中提純而來。

a。Anfibatide；b。Crotamine；c。Cenderitide；d。Mambalgins

其中最令人感興趣的當屬來自 bothropstoxin- I （KKYRYHLKPFCKK） 的小肽，一種從巴西蝮蛇 （Bothrops jararacussu） 的毒液中純化的 PLA2 樣蛋白，該多肽以病毒木瓜蛋白酶樣蛋白酶（PLpro）為靶點，而 PLpro 正是 SARS- CoV-2 靶點之一。雖然這些研究仍處於初級階段，但使用蛇毒治療 SARS- CoV-2 感染前途可期。

蛇毒的藥理活性及其應用

蛇毒是含有生物活性成分的天然物質，不僅影響機體的病理生理過程，還可用於多種疾病的新藥開發。下面我們介紹

一下幾

種主流研究方向。

1）抗腫瘤

角蝰蛇（Cerastes cerastes，CC） 毒液中提取的 L-氨基酸氧化酶（CC-LAAO）的細胞毒作用具有選擇性，其對 B16F10、PC12、MCF-7 和 MDA-MB-231 等癌細胞繫有顯著細胞毒作用，但對紅細胞和外周血單核細胞等正常細胞無毒性，AbdelkafiKoubaa 等證實了 CC-LAAO 可選擇性結合癌細胞膜，並推測癌細胞膜表面特定區域能與 CC-LAAO 相互作用。

2）抗神經退行性疾病

部分蛇毒提取物能夠穿過血腦屏障，作為前藥治療中樞神經系統疾病。小劑量蛇毒已被證明在 AD 的防治中起重要作用。

Ghazaryan 等應用側腦室室內（intracerebro ventricular，icv） 注射β-澱粉樣蛋白 25-35 誘導的 AD 大鼠模型，透過肌肉注射方式注射地中海鈍鼻蝰（Mac rovipera lebetina，ML） 蛇毒（5% 半數致死劑量，每次間隔1天，連續注射7次） 至 AD 大鼠。

結果顯示，全身小劑量 ML 毒液可誘導 AD 大鼠海馬神經元的結構特徵發生積極改變，海馬區 CA1 和 CA3 神經元密度增加，代謝正常化，Ca2+依賴性磷酸化增強，提示小劑量毒液在大鼠 AD 模型中表現出明顯的神經保護作用。

3）抗心血管疾病

整合素 αIIbβ3 作為血小板聚集的關鍵因子，對血栓形成有重要影響，αIIbβ3 拮抗劑的研究意義重大。

Kuo 等從竹葉青屬（Flavoviridis） 蛇毒液中提取的化合物 TFV-1 是 αIIbβ3 的新拮抗劑，能有效防止動脈血栓形成而不引起出血。該團隊從該蛇毒中提取的另一種化合物 TMV-7 可以拮抗整合素 αIIbβ3 與其配體的結合，可阻止血栓形成而不會引起血小板減少。

蛇毒及其成分具有廣泛的生理功能與藥理活性，隨著蛇毒的不斷探索與發掘，其新功能將逐漸被闡釋，更多的新型候選藥物將被發現，在未來醫藥領域將可能得到更廣泛的關注與應用。

雖然任何藥物開發計劃都可能面臨著各種不確定性和獨特的挑戰，但陶術願與您繆力同心，和衷共濟。