新研究發現蠍子毒液能殺耐葯菌，還能治肺結核？太硬核了吧！

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蠍子毒液有望成為新型抗菌葯？

都說毒蠍心腸，全世界範圍內，每年有150萬人因蠍子叮咬致死，不得不讓人敬而遠之，但蠍子毒液中並非所有的化合物都對人體健康有害，近年來，已從蠍子毒液中分離出具有多種有益性質包括抗菌、抗瘧疾和抗炎活性的化合物。

最近，來自加利福尼亞史丹佛大學和墨西哥國立自治大學的科學家們又有了一個很有希望的發現，墨西哥東部一種蠍子（Diplocentrus melici/D.Melici）毒液中有兩種化合物可抗金黃葡萄球菌和耐葯結核病細菌。該研究的結果已發表在PNAS雜誌上。

蠍毒液發現的2種物質能抗菌

迄今為止描述的大多數毒液成分都是小肽和大蛋白。非蛋白成分的分離是一個新興的研究領域。來自史丹佛大學的Zare教授團隊和來自墨西哥國立自治大學的Possani教授團隊共同合作確定了D.Melici毒液中的先導化合物。

而整個過程其實是非常艱苦的，首先是D.Melici這種蠍子很難收集，因為在冬季和旱季都掩藏在地裡，只能在雨季才能找到它們。

為了「擠出」蠍子的毒液，研究人員在D.Melici的尾巴上施加溫和的電刺激，卻隻獲取到0.5毫升的毒液供使用，這比一隻蚊子一次攝入的血液量少10倍。而且在這個過程，研究小組發現毒液一暴露在空氣中就變成褐色。

經過幾項敏感試驗後，研究人員認為這一變化是由蠍毒合成的兩種1,4-苯醌化合物引起的。這些化合物中的每一種與空氣接觸時都會變成不同的顏色，一種是紅色，另一種是藍色，我們就叫它們紅苯醌和藍苯醌吧！

苯醌類化合物具有抗菌性能，但研究小組確定紅苯醌和藍苯醌以前是未知的，它們兩在結構上相關，但有細微的區別，紅苯醌一個分支上有一個氧原子，藍苯醌一個分支上有一個硫原子」（圖1A和圖1B ）。

圖1 紅苯醌與藍苯醌的分子結構

• 抑製金黃色葡萄球菌

金黃色葡萄球菌是人類化膿感染中最常見的病原菌，可引起局部化膿感染，也可引起肺炎、偽膜性腸炎、心包炎等，甚至敗血症、膿毒症等全身感染。

鑒於苯醌能殺死細菌，研究者用圓盤擴散法測定了紅/藍苯醌對金黃色葡萄球菌的抑製作用，結果顯示對金黃色葡萄球菌生長有明顯的抑製作用（圖2A）。根據抑製作用的直徑，紅苯醌比藍苯醌更具活性。並用肉湯微稀釋法證實了這一差異（圖2B）。

紅苯醌的最低抑菌濃度（MIC）為4μg/ml，藍苯醌的MIC為6μg/ml（圖2B）。用氨苄西林（MIC=0.5μg/ml）作為陽性對照。在其MIC下6小時內可殺滅90%的金黃色葡萄球菌，24小時內殺滅99.9%。

圖2 抑製金黃色葡萄球菌（A）圓盤擴散分析（B）肉湯微量稀釋法測定對金黃色葡萄球菌的MIC (均用氨苄西林（5μg）作為陽性對照)

但對於大腸桿菌（革蘭氏菌）和白色念珠菌（致病真菌），紅/藍苯醌均無活性。

• 抑製耐多葯的結核分枝桿菌

同樣，採用肉湯微稀釋試驗，檢測紅/藍苯醌對結核分枝桿菌H37RV（此類研究中常用的結核致病菌株）和耐多葯(MDR)菌株的抑製效果。

有趣的是，只有藍色苯醌對結核分枝桿菌（H37RV和MDR）有明顯的抑製作用，對兩種菌株的MIC均為4μg/ml，這與異煙肼、利福平、乙胺丁醇、左氧氟沙星、莫西沙星和捲曲黴素對結核分枝桿菌敏感菌株的MIC相似。

而紅苯醌僅在濃度高於160μg/ml時具有抑製作用，意味著它不適合抗結核分枝桿菌的開發。

此外，藍色苯醌可使結核分枝桿菌超微結構發生改變（圖3 D-F），這與結核分枝桿菌暴露於異煙肼（圖3G-H）時發生的情況相似，異煙肼對結核桿菌有抑製和殺滅作用，其生物膜穿透性好，為首選抗結核葯，可干擾細胞壁的合成。經兩者處理後，結核分枝桿菌明顯被損失性拉長，細胞質電沉積團塊，細胞壁被破壞。

圖3 不同處理對結核分枝桿菌形態和結構的影響

對於抗菌來說這是一個讓人歡心鼓舞的發現，但接下來的問題是，如果轉入體內，它在殺死細菌的同時，是否也「殺死」了寄主細胞（比如，高等生物的我們？）。

研究者給出的答案是否定的！

• 藍苯醌未對小鼠肺部造成損傷

採用BALB/C小鼠實驗性感染模型，檢測藍色苯醌對進行性肺結核的殺菌活性。每隔一天通過氣管內途徑給葯8ug藍苯醌，持續2個月；在此期間，受感染的小鼠未出現明顯的進性肺結核的常見癥狀癥狀（體重沒有減輕，也沒有出現毛狀突起）。與陰性對照組（僅用鹽水處理的受感染小鼠）相比，還顯著降低肺部細菌負荷（大於90%）（圖4A）。這一結果與組織學變化密切相關；與對照組小鼠相比，藍色苯醌治療組小鼠的肺部組織損傷（肺炎）減少了兩倍（圖4B）。

圖4 (A) 對肺部細菌負荷的影響; (B) 肺部組織損傷情況

重要的是，同樣劑量的藍苯醌給健康小鼠的氣管內輸入1個月，然後處死它們並檢查它們的肺部。他們的肺組織學幾乎完全正常，在小靜脈周圍只有輕微的炎症浸潤，也未發現任何纖維化現象（圖5）。說明藍苯醌並不會破壞體內肺部的完整性。

圖5 不同處理組小鼠肺部細胞

• 對人類腫瘤細胞作用不一致

從抗菌實驗和小鼠實驗來看，紅/藍苯醌可能作為新抗生素的先導化合物，因此研究者又評估了它們對人類細胞株的作用。

在濃度為1、5和25μm的紅和藍苯醌下，A549細胞（肺腺癌細胞系）相對不受影響，表明這些苯醌可直接應用於肺治療結核病。但是，紅/藍色苯醌類對Jurkat（T細胞白血病細胞系）、Te 671（橫紋肌肉瘤細胞系）和SH-SY5Y（骨髓神經細胞瘤-toma細胞系）的死亡具有同等的誘導作用。

此外，研究者還檢查了兩種常見於人類血液中的細胞，紅細胞和外周血單個核細胞（PBMCs）。即使在紅/藍苯醌高於100μg/ml的劑量下，2小時後也沒有觀察到紅細胞溶血。然而，在紅/藍苯醌25μM的濃度下，12小時後分別殺死60%和50%的PBMCs。苯醌都以劑量依賴性的方式將谷胱甘肽氧化成相應的衍生物，表明產生的高活性氧可在引發細胞死亡中起到作用，但這也可能是抗結核活性的機制之一。

更多的挑戰和謎團

這兩種新發現的化合物，紅色苯醌在殺死金黃葡萄球菌方面非常有效，藍色苯醌在殺死導致結核病的細菌方面非常有效，而且似乎是安全的，這使得它們可能成為新治療藥物的理想選擇。但是真正要付諸於臨床，它還有一段很長的路要走。

蠍子毒液是世界上最珍貴的材料之一，每加侖需要3900萬美元，這幾乎沒有人用的起，所以確定哪些是關鍵成分並能夠合成它們至關重要。

此外，從小鼠和人類細胞實驗來看，紅、藍苯醌可能不是毒液的有毒成分，蠍子為什麼會製造這些化合物。

無論D.Melici蠍子毒液中紅/藍苯醌最終能否成為抗耐葯菌的超級英雄，它們的發現燃起抗耐葯菌新希望。

參考資料：

[1] https://www.medicalnewstoday.com/articles/325463.php.

[2] Edson Norberto Carcamo-Noriega, ShyamSathyamoorthi, Shibdas Banerjee,et al.1,4-Benzoquinone antimicrobialagents against Staphylococcus aureus and Mycobacteriumtuberculosis derived from scorpion venom[J].PNAS first published June 10, 2019 https://doi.org/10.1073/pnas.1812334116.

本文首發：醫學界臨床藥學頻道

本文作者：NO.3

責任編輯：張歡

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