蓖麻毒蛋白

蓖麻毒蛋白英语:Ricin)是从蓖麻籽中所萃取出来的一种毒性蛋白质,几乎对所有的真核细胞都具有杀伤作用。蓖麻毒蛋白的纯品是一种白色粉末或结晶体,无味,可溶于稀酸或盐类,不溶于苯、甲苯、乙醇、乙醚、三氯甲烷等有机溶剂,干热时具有良好的稳定性。蓖麻毒蛋白存在多种类型,如结晶型、B-型、D型、E型、T3型、G型等,不同类型的蓖麻毒蛋白毒性不尽相同,其中以D型的毒性最大[1]

蓖麻毒蛋白
(Ricin)
蓖麻毒素结构。A链为蓝色、B链为橙色。
标识
生物 Ricinus communis
符号 RCOM_2159910
Entrez 8287993
RefSeq (mRNA) XM_002534603.1
RefSeq (蛋白质) XP_002534649.1
UniProt P02879
其他数据
EC number 3.2.2.22
染色体 whole genome: 0 - 0.01 Mb
核糖体失活蛋白(蓖麻毒素A链)
鉴定
标志RIP
PfamPF00161旧版
InterPro英语InterProIPR001574
PROSITE英语PROSITEPDOC00248
SCOP英语Structural Classification of Proteins1paf / SUPFAM
蓖麻毒素型β-三叶凝集素结构域(蓖麻毒素B链)
鉴定
标志?
PfamPF00652旧版
Pfam宗系CL0066旧版
PROSITE英语PROSITEIPR000772
SCOP英语Structural Classification of Proteins1abr / SUPFAM
CAZy英语CAZyCBM13
蓖麻

此种毒素对人类的平均致死量为0.2毫克,但也有一些文献记载的剂量较高[2]。蓖麻毒蛋白具有糖苷酶活性,作用于真核细胞的核糖体RNA,使其降解,从而阻止蛋白质合成,导致细胞的死亡,进而对生物体造成伤害。研究显示,8颗蓖麻种子的毒素可对一名成人产生毒性[3]。不过在已知纪录中,因摄取植物种子而死亡的案例并不多见[4]。自然界中还存在某些类似蓖麻毒的毒素,例如鸡母珠中的鸡母珠毒素(Abrin)。

中毒症状与治疗方式

蓖麻毒蛋白在吞咽注射以及吸入等情形下具有毒性。中毒症状则依接触量与接触方式而有所不同。吸入蓖麻毒者可能在8小时后才会产生中毒症状,首先出现呼吸窘迫、发烧咳嗽恶心与胸闷,之后大量出汗并造成肺水肿,最后可能在低血压及呼吸衰竭中身亡[2]。吞咽者则可能在6小时内出现症状,其中包括带血呕吐腹泻,并使中毒者脱水,几天后可能因为器官衰竭而死亡[2]。由于中毒后需要一段时间才会显现出症状,而且许多症状类似其他疾病,因此当中毒者得知自己中毒时常为时已晚[5]。若是中毒者在3到5天之后仍未死亡,则通常会康复[2]

 
篦麻毒的表面结构图,蓝色是A链,黄色是B链。
 
蓖麻毒的卡通图,红色部分是糖分子支链。

目前并无任何蓖麻毒专用的解毒剂,不过已经有疫苗发展出来[6][5]。此外也可使用对症疗法支持疗法进行救治。根据中毒方式,有不同的治疗方法,例如帮助呼吸、透过注射方式将液体注入静脉,以及针对中毒产生的癫痫与低血压进行治疗,或是利用活性碳洗胃。如果是眼睛接触,则以清水冲洗[2]

毒素构造与作用机制

蓖麻毒蛋白是一种异源二聚体糖蛋白[7]。包含两条具有不同氨基酸序列的蛋白质链,分别重约30kDA,两蛋白质链之间以双硫键相连。除此之外,还有两种不同长度的糖分子支链接合于其上[8]。两条蛋白质链如下:

  • B链(B chain;EC 3.2.2.22)是一个凝集素,其第262个残基和A链之间以双硫键结合[7]。此链可与细胞表面上的D-半乳糖残基甘露糖残基结合[10],介导A链通过细胞膜,进入细胞以发生作用。有许多植物,如大麦,含有A链却没有B链,因此人们不会因为摄取大量大麦而中毒。

分离纯化

蓖麻毒蛋白的分离纯化工艺主要可以分为两步完成,一是蓖麻毒蛋白的粗提取,二是蓖麻毒蛋白的提纯。根据蓖麻毒蛋白可溶于稀酸或者盐溶液的性质,一般采用稀酸或者盐溶液来提取蓖麻毒蛋白。Nicosion等采用PBS缓冲体系进行抽提并用硫酸铵进行盐析,此方法被广泛采用。蓖麻毒蛋白的纯化工艺主要利用蓖麻毒蛋白对D-半乳糖的特异性结合性质,采用Sepharose英语Sepharose4B(6B)琼脂糖凝胶进行亲和层析,并使用D-半乳糖溶液进行洗脱制得蓖麻毒蛋白的纯品。

蓖麻籽中含有35~57%的蓖麻油,会对蓖麻毒蛋白的分离纯化过程带来很大的影响,因此生产中需要进行除油。一般方法是将蓖麻籽进行压榨,然后用乙醚等有机溶剂进行萃取除油。

用途

生物与化学武器

美国曾在第一次世界大战期间研究蓖麻粗毒的潜在军事用途,当时的构想包括以爆炸法分散蓖麻粗毒,或是将其包覆于弹药外壳。研究后来并没有充分进行;而在子弹或炮弹外壳包覆毒素的途径,则违反了1899年的海牙公约。到了二次大战时期,美国、英国加拿大开始研究蓖麻毒素与集束炸弹配伍后的战斗效果,并证明35%的蓖麻粗毒-四氯化碳悬浮液系最佳载荷。不过经过测试之后,他们发现其经济效益比使用光气更差。

蓖麻毒蛋白可经呼吸道吸入导致人员中毒,但作用缓慢;在沙林、VX等已能大量生产的条件下,蓖麻毒素作为毒剂应用的可能性不大,然而对工业水平不高而原料丰富的国家而言仍可考虑用作战剂。

 
刺杀乔治·马可夫的雨伞尖端之构造。

苏联特务机关KGB冷战时期曾将蓖麻毒用来作为生物武器。1978年9月7日,保加利亚异议人士乔治·马可夫英国伦敦被保加利亚秘密警察以伪装成雨伞的特种枪械击中,在高压气体的驱动下,封有0.45mg蓖麻毒蛋白的铱金小球得以侵入目标体内[5],从而使马可夫中毒,并于3天后身亡。他的死因是在验尸之后才为人所知,可能的凶手是保加利亚的秘密警察,而毒素可能来自KGB的支援。在稍早,一名苏联异议人士亚历山大·索尔仁尼琴,也曾在与KGB探员接触之后出现类似于蓖麻毒中毒的症状[11]

在1972年的生物武器公约及1997年的禁止化学武器公约中,蓖麻毒皆被收录于附表1化学品(schedule 1)列管名单当中。

潜在医疗用途

蓖麻毒或其他相似毒素称为免疫毒素(immunotoxins),由于这类蛋白质一方面可以和细胞膜上特定分子结合,一方面又能进入细胞中抑制蛋白质合成,因此具有用来辨识、侵入并杀死特定细胞(如癌细胞)的可能性。由于可以辨识特定细胞,使这一类的蛋白质不会有传统化学治疗缺乏专一性的缺陷[12]。除了癌症之外,也有用来治疗病毒寄生虫感染的可能性[13]。而且这类毒素在生产上较为便宜[14]

蓖麻毒本身与单克隆抗体(可用来作为蛋白质对特定类型细胞的辨识依据)的结合相当有效,且对多种类型的淋巴瘤白血病具有医疗上的活性[15]。不过其使用剂量会因为一种称为血管渗漏症候群(vascular leak syndrome)的副作用而有所限制[15]

流行文化

  • 美剧《绝命毒师》(Breaking Bad)中多次出现,由主角制得,计划用于暗杀。
  • 2014年电影《采访》(The Interview)中,主角原本计划使用蓖麻毒素来暗杀金正恩

参考来源

  1. ^ 李楠,黎继烈,朱晓媛.蓖麻毒蛋白的研究进展.中国油脂.2013,38(6):24-27
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Facts About Ricin 互联网档案馆存档,存档日期2009-05-05.
  3. ^ Wedin GP, Neal JS, Everson GW, Krenzelok EP. Castor bean poisoning. The American journal of emergency medicine. 1986, 4 (3): 259–61. PMID 3964368. 
  4. ^ Aplin PJ, Eliseo T. Ingestion of castor oil plant seeds. Med. J. Aust. 1997, 167 (5): 260–1. PMID 9315014. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Ricin vaccine 'shown to be safe'. [2007-10-12]. (原始内容存档于2021-01-18). 
  6. ^ Vaccine for ricin toxin developed at Detrick lab Archive.is存档,存档日期2012-05-24
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Morris KN, Wool IG. Determination by systematic deletion of the amino acids essential for catalysis by ricin A chain. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992, 89: 4869–4873. 
  8. ^ PDB 2aai. [2007-10-11]. (原始内容存档于2017-12-31). 
  9. ^ Alexander A. Szewczak, Peter B. Moore, Yuen-Ling Chan and Ira G. Wool. The conformation of the sarcin/ricin loop from 28S ribosomal RNA for catalysis by ricin A chain. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993, 90: 9581–9585. 
  10. ^ 致命蛋白质的昨是今非[永久失效链接]
  11. ^ D.M. Thomas, Alexander Solzhenitsyn: A Century in His Life, 368-378
  12. ^ 导向毒素[永久失效链接]
  13. ^ Ricin-like toxin variants for treatment of cancer, viral or parasitic infections. United States Patent 7247715. [2007-10-12]. (原始内容存档于2020-04-11). 
  14. ^ I Pastan and D FitzGerald. Recombinant toxins for cancer treatment. Science. 1991, 254 (5035): 1174–1177. doi:10.1126/science.1683495. 
  15. ^ 15.0 15.1 Kreitman, Robert J. and Pastan, Ira. Immunotoxins in the treatment of hematologic malignancies. Curr Drug Targets. 2006, 7 (10): 1301–11. doi:10.2174/138945006778559139. 

外部链接