当心,别中了蝎子的“分子组合拳”

昆明动物研究所 杨仕隆 2017-11-29
    蛇蝎心肠、蛇头蝎尾……自古以来,人们对蝎子都敬而远之。这看起来小巧玲珑的蝎子是如何做到四两拨千斤的?近日,黄金城xhjc1122昆明动物研究所赖仞教授、杨仕隆博士和加州大学戴维斯分校郑劼教授领导的研究团队开展合作研究,揭示了蝎子蛰伤产生剧烈疼痛这一现象背后的分子机制,而藏在蝎子尾部毒针中的化学武器正是其制衡四方的秘密。

  秘密之一:多肽毒素BmP01   

  研究人员从蝎毒中鉴定到一种由29个氨基酸组成的、名为BmP01的神经毒素多肽。它能够激活辣椒素受体(TRPV1)并造成如同品尝红辣椒一样快速并且剧烈的痛觉反应。

  不过,这仅仅是蝎子对猎物或者捕食者的初步警告,真正让对手闻风丧胆还需要另外一个武器。

  秘密之二:氢离子 

  研究人员发现,蝎毒中的氢离子在BmP01激活TRPV1受体的过程中起到了促进作用。与大多数产毒动物毒液一样,蝎毒是一种pH6.5左右的弱酸性物质(因为含有游离的氢离子,所以蝎毒呈弱酸性)。而在蝎毒的弱酸环境下,BmP01激活TRPV1的效率比在中性环境下要强100到1000倍!这一具体机制可描述为TRPV1第601位的谷氨酸,率先被氢离子结合,然后处于高能状态,这个时候的TRPV1对BmP01的激活就显得非常敏感。也就是说,由于氢离子的存在和作用,让“如同品尝红辣椒一样快速并且剧烈”的痛觉反应急速提升,产生难以忍受的剧烈疼痛。

  因此,在蝎子蛰伤产生剧烈疼痛的过程中,存在着这种以氢离子为材料的极为低廉、却十分高效的“分子组合拳”机制。这种机制提示了毒液弱酸性环境的重要生物学功能以及蝎子捕食/防御的分子策略。

  进一步的研究发现,多肽毒素BmP01能通过氨基酸K23位点与TRPV1受体的E649氨基酸位点相互结合而发挥激动功能,利用这一对相互作用作为靶点,可以用于临床上蝎子蛰伤镇痛药物的设计与研发。

  蝎子是一种古老的产毒节肢动物,在地球上已经存在了4.2-4.5亿年,因此在长时间的进化过程中,其毒液系统演变得十分“聪明”。该研究揭示的这种聪明且低成本的“分子组合拳”正是蝎子长久以来运用捕食/防御分子策略的重要组成部分,也正是这些聪明高效的生存策略存在,让小巧的蝎子在危机四伏的自然界中能立于不败之地。揭示这些分子策略是认识自然界奥秘的重要一步,更为重要的是,类似的研究让人类能够对如何调控TRPV1这一疼痛感受器有更加深入的认识,从而设计出以TRPV1为靶点的新型镇痛药物。

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