蓖麻毒蛋白

高毒性的植物蛋白

蓖麻毒蛋白

蓖麻毒蛋白（Ricin）又名蓖麻碱，是一种极具毒性的蛋白质毒素，是一种可溶于乙醇、乙醚、氯仿及苯中，易溶于酸性稀释液或盐溶液的白色粉末，[5]由蓖麻（Ricinus communis）种子中提取得到，它的毒性非常强，被认为是所有天然毒素中毒性最强的一种。[6]蓖麻毒蛋白的毒性对人类和许多动物都有危害，主要通过皮肤接触、食物或饮水摄入或吸入呼吸道而进入体内，早期症状是咳嗽或发烧。[0][1]其主要毒性作用是抑制蛋白质合成，导致细胞死亡。[7][8]蓖麻毒蛋白在战争中可用作生化武器，[9]同时也可以利用蓖麻毒蛋白的结构特性，将其与抗体或其他药物分子结合，形成具有高度选择性的药物载体，用来癌症治疗等领域。[10]

蓖bì麻毒蛋白（Ricin）又名蓖麻碱，是一种极具毒性的蛋白质毒素，是一种可溶于乙醇、乙醚、氯仿及苯中，易溶于酸性稀释液或盐溶液的白色粉末，[6]由蓖麻（Ricinus communis）种子中提取得到，它的毒性非常强，被认为是所有天然毒素中毒性最强的一种。[7]蓖麻毒蛋白的毒性对人类和许多动物都有危害，主要通过皮肤接触、食物或饮水摄入或吸入呼吸道而进入体内，早期症状是咳嗽或发烧。[1][2]其主要毒性作用是抑制蛋白质合成，导致细胞死亡。[8][9]

蓖麻毒蛋白在战争中可用作生化武器，[10]同时也可以利用蓖麻毒蛋白的结构特性，将其与抗体或其他药物分子结合，形成具有高度选择性的药物载体，用来癌症治疗等领域。[11]

发现历史

1888年，多尔帕特大学的彼得·赫尔曼·斯蒂尔马克(Peter Hermann Stillmark)报告说，有毒植物蓖麻（蓖麻子）的种子提取物含有一种可以凝集红细胞的因子。他将这种凝集素命名为“蓖麻毒素”。[3][12]

Paul Erhlich在1890年代初期在免疫原性的早期研究中使用蓖麻毒素和相思豆来证明动物能够产生针对一种特定蛋白质的中和抗体。[4]

理化性质

蓖麻毒蛋白是由氨基酸组成的生物大分子，是一种可溶于乙醇、乙醚、氯仿及苯中，易溶于酸性稀释液或盐溶液的白色粉末。[6]熔点为201.5℃，[1]在水中溶解度为9.97 g/L。[5]同时，蓖麻毒蛋白具有强烈的毒性，可对生物体产生严重的生物效应和毒理作用。[13]

分布情况

蓖麻是一种广泛分布于世界各地的植物，因其种子含有丰富的蓖麻油而被广泛栽培。蓖麻毒蛋白则是存在于蓖麻种子中的一种蛋白质毒素。蓖麻植物可能原产于非洲，现已分布到世界各地，包括亚洲、欧洲、南美洲和北美洲等地。蓖麻种子是蓖麻毒蛋白的主要来源，而蓖麻毒蛋白在蓖麻种子的外壳和内核中均有存在。[14]

蓖麻
蓖麻

物质结构

蓖麻毒蛋白是一种二聚体蛋白质毒素，其分子有很多种类，如结晶型、B1型、T3 型、G型、D型、E型，各种类型的蛋白毒性不尽相同，以D型毒性最大。[15][6]其分子结构由两个亚单位组成，每个亚单位分别包含A链和B链两个部分。就结构而言，蓖麻毒蛋白与相思豆的一种同毒素abrin-a非常相似。[3]

相思豆（红色）和蓖麻毒素（蓝色）相似结构的比较
相思豆（红色）和蓖麻毒素（蓝色）相似结构的比较

A链部分由约267个氨基酸残基组成，呈现出球状结构和一个柄状结构。A链部分通过柄状结构与B链部分相连，并在靶细胞内部发挥毒性作用。[16]B链部分由约262个氨基酸残基组成，呈现出球状结构，能够与蓖麻毒蛋白的靶细胞表面糖基结构相互作用。[17]

蓖麻毒蛋白的细胞死毒性主要来自其A链部分，该部分亡。B链部分则能够选择性地与细胞表面的糖基结构相互作用，从而将A链部分送入细胞内部发挥毒性作用。[18]

虽然其他植物含有在蓖麻毒素中发现的蛋白质链，但必须存在两条蛋白质链才能产生毒性作用。例如，仅含有蛋白质链A的植物，如大麦，是无毒的，因为没有与蛋白质链B的连接，蛋白质链A无法进入细胞并对核糖体造成损害。[19]

生物合成

蓖麻毒素是在蓖麻油植物种子的胚乳中合成的，它在种子成熟过程中合成，并在发芽后生长的头几天被水解降解[20]。

蓖麻毒蛋白生物合成图示
蓖麻毒蛋白生物合成图示

蓖麻蛋白通过内质网运输到产生前体积聚囊泡中，可以通过高尔基体转运。其他蓖麻子储存蛋白可能遵循类似的途径，或者可能在内质网内聚集，并通过内质网直接运输到液泡中，与高尔基体无关。蛋白质用于溶解液泡的形成，通过受体介导的方式从高尔基体经由网格蛋白包裹囊泡进行运输[20]。

分离纯化

蓖麻种子常用来榨油，但是由于蓖麻毒素不溶于油，因此在提取的蓖麻油中含量很少[21]。榨油后用过的种子，可含有高达5%的蓖麻毒素，因此不可用来喂食牲畜[22]。提取工艺包括两部分，蛋白粗提和后期分离纯化。首先，根据蛋白的盐析性质，将蓖麻轩磨碎勾装，使用缓冲液浸提，然后加硫酸铵沉淀出蛋白。在粗提过程中，有众多影响提取率的因素，如缓冲液加入量，提取时间、沉淀方法等[23][24]。

毒性机理

蓖麻毒蛋白是一种高毒性的蛋白质毒素，具有强烈的细胞毒性。[25]蓖麻毒蛋白由两个链A和B组成，它们通过二硫键连接在一起。B链的存在使得蓖麻毒素能够进入细胞质，从而便于穿过胃肠壁。而A链通过不可逆地失活位于60S亚基中的28S核糖体RNA环，抑制了蛋白质的合成过程。这种抑制阻碍了链的延伸，最终导致细胞死亡。此外，豆中还含有蓖麻凝集素凝集素，它可引起红细胞凝集和溶血反应，但只有在静脉注射时才会发生[26]。

中毒症状

蓖麻毒素中毒的主要症状取决于接触途径和剂量。初始接触会产生恶心、呕吐、腹泻和腹痛等现象。大约1-5 天后，临床症状可能包括血性腹泻、胃肠道出血、呕血和胃肠炎。严重情况会导致急性器官衰竭，甚至死亡[25][27]。如果吸入蓖麻毒素，周围的人可能会迅速发烧、咳嗽和肺部积液。若吞下大量蓖麻毒素，可能会出现呕吐和腹泻[25]。当发生皮肤或吸入蓖麻毒素时，可能会引起过敏[25][2]。

治疗方案

由于没有针对蓖麻毒素的解毒剂，因此要尽量避免接触蓖麻毒素。如果无法避免接触，应该尽快将蓖麻毒素排出体外。将患者放到通风的地方，静脉输液或者洗胃从而排出毒素和减缓症状。[25]

个人防护

急救人员在进入含有未知污染物的区域或进入污染物浓度较高的区域时，应使用经NIOSH（美国国家职业安全卫生研究所）认证的化学、生物、放射、核自给式呼吸器和A级防护服。在监测结果确认污染物和污染物浓度之前，应使用A级保护。[2]

A级：当需要最高级别的皮肤、呼吸和眼睛保护时选择。这是对处于未知化学危害或高于IDLH或高于AEGL-2水平危险中的工人的最大保护。佩戴面罩或呼吸器，穿戴一种全封装化学防护服，耐化学腐蚀手套（外层），耐化学腐蚀手套（内层），具有钢制鞋头和鞋柄的耐化学腐蚀的靴子。[2]

安全标识

在美国，蓖麻毒素出现在卫生与公共服务部的精选药剂名单上，科学家必须在HHS注册才能在他们的研究中使用蓖麻毒素[28]。但控制在1000mg以下的调查人员不受监管[29]。

贮存与运输

高温会导致蓖麻蛋白蛋白质失活，并且由于蓖麻毒蛋白具有很高的毒性和危害性，许多国家对其进行了监管和控制，如美国等地的法规都规定了蓖麻毒蛋白的使用和运输限制，以确保公众和环境的安全。[2][13]

战争中的生物武器

由于蓖麻毒素的潜在致命作用，制备蓖麻毒素相对容易，以及蓖麻油植物的现成可用性，蓖麻毒素长期以来一直被认为是一种武器。在两次世界大战期间，美国，英国和其他国家试验了炮弹和炸弹，可以驱散细磨的蓖麻毒素粉末云。[30]

第一次世界大战期间，美国调查了蓖麻毒素的军事潜力，并考虑将其用作有毒粉尘或用作子弹和弹片的涂层。[10][31]第一次世界大战在美国将蓖麻毒素武器化之前就结束了。二战期间，美国和加拿大着手研究集束炸弹中的蓖麻毒素，发现太过昂贵。[32]

冷战期间，主要大国的研究仍在继续，但根据1972年《生物武器公约》的条款销毁了库存。然而，蓖麻毒素仍然被认为是恐怖和暗杀的可能武器。[1]例如，最著名的使用蓖麻毒素作为暗杀武器的事件发生在1978年，保加利亚流亡者格奥尔基·马尔科夫的腿部被一把伞尖刺伤，伞尖将一个含有蓖麻毒素的微小空心球体注入了他的体内。三天之内，马尔可夫就死了。克格勃的叛逃者证实，他是被苏联设计并交给保加利亚政府雇用的特工的装置毒死的。[1]

医疗领域

蓖麻毒素对人体细胞癌的头颈部肿瘤有一定疗效，[33]它能通过抑制各种癌细胞的蛋白质和DNA的合成，并且它具有很强的抗原性，可经各种途径进入机体，并可产生抗体和过敏反应。由于蓖麻毒蛋白能产生细胞毒作用，所以它能抑制巨噬细胞等参与免疫功能。[34][35]

农业领域

利用蓖麻根杀灭蚜虫、螨虫；用蓖麻鲜叶杀灭蛆及孑孓；将蓖麻种子去皮、炒熟、捣碎、混入有机肥中，一起施在葡萄秧根部(每株施200~300g)，可杀死根部所有地下害虫，并能防治葡萄白粉病，霜霉病和葡萄锈病。用不同溶剂提取的蓖麻毒素粗提物对小菜蛾幼虫、桃蚜、天幕毛虫幼虫3种害虫有不同程度的杀虫作用。[36][37][34]

潜在医疗用途

蓖麻毒素已在医学实验中用于杀死癌细胞。[25]

参考资料 37

  1. ricin — britannica
  2. Ricin: Biotoxin — The National Institute for Occupational Safety and Health
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. Showing metabocard for Ricinine (HMDB0042006) — hmdb
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  13. Permissible Toxin Amounts — CDC
  14. castor-oil plant — britannica
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  24. 参考 24
  25. Facts About Ricin — Emergency Preparedness and Response
  26. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123864543004620
  27. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080468846008459
  28. Select Agents and Toxins List — cdc
  29. Permissible Toxin Amounts — cdc
  30. https://www.rand.org/pubs/monograph_reports/MR1018z5.html
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  34. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwMzIxEg1oeHNqMjAwNTA1MDE3GggxZDI2cW94bA%3D%3D
  35. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwMzIxEhJubWdtemR4eGIyMDEwMDQwMTYaCDFkMjZxb3hs
  36. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwMzIxEhF6Z3l5c3dqczIwMDgwNDAxMBoIeDh2dTVmMnI%3D
  37. https://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/ChJUaGVzaXNOZXdTMjAyMzAxMTISB1k3NTA2NTYaCGVwZWxoa29v
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