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鹅膏菌多肽毒素在生命科学研究中的应用

时间:2006-11-26栏目:医药卫生论文

  鹅膏菌多肽毒素在生命科学研究中的应用
  
  张志光 张晓元 李东屏
  
  摘要 鹅膏菌多肽毒素是野生毒磨菇产生的主要毒素,常引起人和动物的中毒与死亡。由于鹅膏毒肽对真核细胞的RNA聚合酶Ⅱ具有专一性抑制作用以及鬼笔毒肽对肌动蛋白具有束缚作用,它们在生命科学研究中具有重要的应用价值,并对生命科学的发展产生了很大的促进作用。本文拟综述鹅膏毒肽和鬼笔毒肽在生命科学中应用的研究进展。
  
  关键词 鹅膏菌属 鹅膏毒肽 鬼笔毒肽 生命科学
  
  中图分类号 R996.2 Q949.98
  
  Application of amanita toxic peptides in life sciences research
  
  Zhang Zhiguang, Zhang Xiaoyuan, Li Dongping
  
  Biology Institute of Hunan Normal University,Changsha 410081,China
  
  Amanita toxic peptides are the main toxins in wild mushrooms and often result in animal and human intoxication and death.Due to the specific inhibition to eukaryotic cell RNA polymerases Ⅱ by amatoxins and the binding to actin by phallotoxins,amanita toxic peptides play important roles in life science researches.This paper presents a latest review of applications of amanita toxic peptides in life scientific researches.
  
  Key words:amanita, amatoxins, phallotoxins, life science
  
  人误食有毒的鹅膏菌(Amanita)后,产生腹泻、腹痛、呕吐、幻觉、昏迷等多种症状,致死率相当高。在19世纪60年代后,就已对鹅膏菌的毒性成份进行研究,到本世纪80年代已分离纯化鉴定的鹅膏菌毒素包括鹅膏毒肽(amatoxins)、鬼笔毒肽(phallotoxins)、毒伞素(virotoxins)、毒蝇碱(muscarine)、异恶唑(isoxazole)衍生物、鹅膏氨酸(ibotenic acid)以及muscimol、coprine等[1,2].鹅膏毒肽是一类双环八肽,天然的鹅膏毒肽包括α-鹅膏毒肽(α-amanitin,又译为“鹅膏菌碱”)。β-鹅膏毒肽(β-amanitin)、r-鹅膏毒肽、ε-鹅膏毒肽、三羟鹅膏毒肽(amanin)、三羟鹅膏毒肽酰胺(amaninamide)、二羟鹅膏毒肽酰胺(amanullin)、二羟鹅膏毒肽羧酸(amanullinic acid)、和二羟鹅膏毒肽酰胺原(proamanullin)九种。鬼笔毒肽是一类双环七肽、天然的鬼笔毒肽包括二羟鬼笔毒肽(phalloidin)、一羟鬼笔毒肽(phalloin)、三羟鬼笔毒肽(phallisin)、一羟鬼笔毒肽原(prophalloin)、羧基一羟鬼笔毒肽(phallisacin)、羧基二羟鬼笔毒肽(phallacidin)、羟基三羟鬼笔毒肽(phallsacin)七种。毒伞素是一类单环七肽,其天然毒性成分有6种。在鹅膏菌毒素中,引致人和动物死亡的主要为amatoxins,LD50(小白鼠)一般为0.2——0.5mg/kg,从人中毒事件分析,人的LD50则更低[3].amatoxins属于慢作用毒素,一般中毒后5——12天死亡,死亡率高达90%,而phallotoxins为快作用毒素。动物腹腔毒性试验,在2——4h引致死亡,LD50为1.5——4.0mg/kg[4].virotoxins的毒性及机理和phallotoxin相似。
  
  在鹅膏菌多肽毒素的研究过程中,由于发现了α-amanitin对真核生物RNA聚合酶Ⅱ的专一性抑制作用和phalloidin对肌动蛋白的专一性束缚作用,从而推动了分子生物学、细胞生物学、发育生物学、医学生物学等学科的发展。反过来,由于这些学科的实验研究中对amanitin和phalloidin及其衍生物的应用也不断地促进和丰富了对鹅膏菌多肽毒素的研究和应用。鹅膏菌多肽毒素的化学结构、性质、毒理等已由Wieland和Faulstich进行了综述与评论[1,5].本文拟对鹅膏菌多肽毒素(主要为amatoxins和phallotoxins)在生命科学研究中的应用进行综述。
  
  1 真核细胞mRNA合成的专一性抑制剂
  
  自α-amanitin被分离纯化后,其毒性机理经过十多年的研究,直到Fiume等人观察到amanitin中毒的小白鼠肝细胞的核仁碎裂,并且发现细胞核中RNA含量持续减少[6],鹅膏毒肽作用的分子机理才得以逐步揭示出来。体外或体内由amanitin处理的鼠肝细胞核的RNA合成被严重阻断,认为amanitin抑制RNA聚合酶的活性[7].Seifart和Sekeris(1969)发现10 ng/ml的α-amanitin抑制了体外的依赖于DNA的RAN聚合酶活性[8].由于Roeder和Rutter(1969)成功地从海胆胚胎中分离出三种RNA聚合酶,并且从鼠肝中分离出两种RNA聚合酶(Ⅰ和Ⅱ,以后又分离第Ⅲ种)[9],随即,确定了α-amanitin(低至5——10 ng/ml的浓度)是抑制了海胆、鼠肝和小牛胸腺的RNA聚合酶Ⅱ的活性,而对RNA聚合酶Ⅰ不起作用[10,11],并且也发现RNA聚合酶Ⅲ对α-amanitin也敏感,但其被抑制的浓度为RNA聚合酶Ⅱ的103——104倍高浓度[12].Vaisius 和Wieland进一步揭示出[13],amatoxins对RNA聚合酶Ⅱ的抑制是非竞争性抑制型,它们是阻止RNA聚合酶Ⅱ在一磷酸二酯键形成后与新生RNA沿DNA模板的移位,它们和RNA聚合酶Ⅱ、DNA模板与新生的RNA形成稳定的四元复合物,因为在α-鹅膏毒肽存在时,RNA聚合酶仍能合成二核苷酸。
  
  amanitin对线粒体内的RAN聚合酶(浓度高达40[13])、叶绿体内的聚合酶(浓度高达100[13])以及原核生物的RNA聚合酶没有抑制作用[14,15].不同真核生物的RNA聚合酶Ⅱ对α-amanitin的敏感程度有很大的差异,一般是进化越高级的生物则其被抑制的程度越高。哺乳动物的细胞、以及鱼和昆虫的RNA聚合酶Ⅱ对α-amnaitin高度敏感,其抑制常数(Ki)为3×10-9——5×10-8M[16——19],植物的RNA聚合酶Ⅱ的Ki较动物的高些[20,21].而一般的真菌的RNA聚合酶Ⅱ的Ki较植物高10到几百倍[22——24].在鹅膏菌属中,含与不含amantoxins的种间的RNA聚合酶Ⅱ对α-amanitin的Ki是有悬殊差异的[25],Johoson等报道含有amatoxins的A.hygroscopica和A.suballiacea的子实体的RNA聚合酶Ⅱ的Ki分别为2.0×10-3M和3.3×10-3M,而不聚积amatoxins的A.brunnescens和A.alliacea的Ki分别为1.0×10-5M和9.8×10-6M[26],这说明自身含有amatoxins的鹅膏菌对amatoxins有很高的抗性。这些研究表明在应用amntoxins抑制真核生物的mRNA生物合成时,要根据不同的物种的具体情况而定。
  
  2 基因的组织结构和细胞定位
  
  低浓度的amatoxins抑制真核生物RNA聚合酶Ⅱ的活

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