蝎子毒液 蝎子毒液能杀耐药菌 还能治肺结核？

原标题：蝎子毒液能杀耐药菌 还能治肺结核？

都说毒蝎心肠，全世界范围内，每年有150万人因蝎子叮咬致死，不得不让人敬而远之，但蝎子毒液中并非所有的化合物都对人体健康有害，近年来，已从蝎子毒液中分离出具有多种有益性质包括抗菌、抗疟疾和抗炎活性的化合物。

最近，来自加利福尼亚斯坦福大学和墨西哥国立自治大学的科学家们又有了一个很有希望的发现，墨西哥东部一种蝎子（Diplocentrus melici/D.Melici）毒液中有两种化合物可抗金黄葡萄球菌和耐药结核病细菌。该研究的结果已发表在PNAS杂志上。

蝎毒液发现的2种物质能抗菌

迄今为止描述的大多数毒液成分都是小肽和大蛋白。非蛋白成分的分离是一个新兴的研究领域。来自斯坦福大学的Zare教授团队和来自墨西哥国立自治大学的Possani教授团队共同合作确定了D.Melici毒液中的先导化合物。

而整个过程其实是非常艰苦的，首先是D.Melici这种蝎子很难收集，因为在冬季和旱季都掩藏在地里，只能在雨季才能找到它们。

为了“挤出”蝎子的毒液，研究人员在D.Melici的尾巴上施加温和的电刺激，却只获取到0.5毫升的毒液供使用，这比一只蚊子一次摄入的血液量少10倍。而且在这个过程，研究小组发现毒液一暴露在空气中就变成褐色。

经过几项敏感试验后，研究人员认为这一变化是由蝎毒合成的两种1,4-苯醌化合物引起的。这些化合物中的每一种与空气接触时都会变成不同的颜色，一种是红色，另一种是蓝色，我们就叫它们红苯醌和蓝苯醌吧！

苯醌类化合物具有抗菌性能，但研究小组确定红苯醌和蓝苯醌以前是未知的，它们两在结构上相关，但有细微的区别，红苯醌一个分支上有一个氧原子，蓝苯醌一个分支上有一个硫原子”（图1A和图1B ）。

图1 红苯醌与蓝苯醌的分子结构

红/蓝苯醌超级抗菌药？抑制金黄色葡萄球菌

金黄色葡萄球菌是人类化脓感染中最常见的病原菌，可引起局部化脓感染，也可引起肺炎、伪膜性肠炎、心包炎等，甚至败血症、脓毒症等全身感染。

鉴于苯醌能杀死细菌，研究者用圆盘扩散法测定了红/蓝苯醌对金黄色葡萄球菌的抑制作用，结果显示对金黄色葡萄球菌生长有明显的抑制作用（图2A）。根据抑制作用的直径，红苯醌比蓝苯醌更具活性。并用肉汤微稀释法证实了这一差异（图2B）。

红苯醌的最低抑菌浓度（MIC）为4μg/ml，蓝苯醌的MIC为6μg/ml（图2B）。用氨苄西林（MIC=0.5μg/ml）作为阳性对照。在其MIC下6小时内可杀灭90%的金黄色葡萄球菌，24小时内杀灭99.9%。

图2 抑制金黄色葡萄球菌（A）圆盘扩散分析（B）肉汤微量稀释法测定对金黄色葡萄球菌的MIC (均用氨苄西林（5μg）作为阳性对照)

但对于大肠杆菌（革兰氏菌）和白色念珠菌（致病真菌），红/蓝苯醌均无活性。

抑制耐多药的结核分枝杆菌

同样，采用肉汤微稀释试验，检测红/蓝苯醌对结核分枝杆菌H37RV（此类研究中常用的结核致病菌株）和耐多药(MDR)菌株的抑制效果。

有趣的是，只有蓝色苯醌对结核分枝杆菌（H37RV和MDR）有明显的抑制作用，对两种菌株的MIC均为4μg/ml，这与异烟肼、利福平、乙胺丁醇、左氧氟沙星、莫西沙星和卷曲霉素对结核分枝杆菌敏感菌株的MIC相似。

而红苯醌仅在浓度高于160μg/ml时具有抑制作用，意味着它不适合抗结核分枝杆菌的开发。

此外，蓝色苯醌可使结核分枝杆菌超微结构发生改变（图3 D-F），这与结核分枝杆菌暴露于异烟肼（图3G-H）时发生的情况相似，异烟肼对结核杆菌有抑制和杀灭作用，其生物膜穿透性好，为首选抗结核药，可干扰细胞壁的合成。经两者处理后，结核分枝杆菌明显被损失性拉长，细胞质电沉积团块，细胞壁被破坏。

图3 不同处理对结核分枝杆菌形态和结构的影响

对于抗菌来说这是一个让人欢心鼓舞的发现，但接下来的问题是，如果转入体内，它在杀死细菌的同时，是否也“杀死”了寄主细胞（比如，高等生物的我们？）。

研究者给出的答案是否定的！

蓝苯醌未对小鼠肺部造成损伤

采用BALB/C小鼠实验性感染模型，检测蓝色苯醌对进行性肺结核的杀菌活性。每隔一天通过气管内途径给药8ug蓝苯醌，持续2个月；在此期间，受感染的小鼠未出现明显的进性肺结核的常见症状症状（体重没有减轻，也没有出现毛状突起）。与阴性对照组（仅用盐水处理的受感染小鼠）相比，还显著降低肺部细菌负荷（大于90%）（图4A）。这一结果与组织学变化密切相关；与对照组小鼠相比，蓝色苯醌治疗组小鼠的肺部组织损伤（肺炎）减少了两倍（图4B）。

图4 (A) 对肺部细菌负荷的影响; (B) 肺部组织损伤情况

重要的是，同样剂量的蓝苯醌给健康小鼠的气管内输入1个月，然后处死它们并检查它们的肺部。他们的肺组织学几乎完全正常，在小静脉周围只有轻微的炎症浸润，也未发现任何纤维化现象（图5）。说明蓝苯醌并不会破坏体内肺部的完整性。

图5 不同处理组小鼠肺部细胞

对人类肿瘤细胞作用不一致

从抗菌实验和小鼠实验来看，红/蓝苯醌可能作为新抗生素的先导化合物，因此研究者又评估了它们对人类细胞株的作用。

在浓度为1、5和25μm的红和蓝苯醌下，A549细胞（肺腺癌细胞系）相对不受影响，表明这些苯醌可直接应用于肺治疗结核病。但是，红/蓝色苯醌类对Jurkat（T细胞白血病细胞系）、Te 671（横纹肌肉瘤细胞系）和SH-SY5Y（骨髓神经细胞瘤-toma细胞系）的死亡具有同等的诱导作用。

此外，研究者还检查了两种常见于人类血液中的细胞，红细胞和外周血单个核细胞（PBMCs）。即使在红/蓝苯醌高于100μg/ml的剂量下，2小时后也没有观察到红细胞溶血。然而，在红/蓝苯醌25μM的浓度下，12小时后分别杀死60%和50%的PBMCs。苯醌都以剂量依赖性的方式将谷胱甘肽氧化成相应的衍生物，表明产生的高活性氧可在引发细胞死亡中起到作用，但这也可能是抗结核活性的机制之一。

更多的挑战和谜团

这两种新发现的化合物，红色苯醌在杀死金黄葡萄球菌方面非常有效，蓝色苯醌在杀死导致结核病的细菌方面非常有效，而且似乎是安全的，这使得它们可能成为新治疗药物的理想选择。但是真正要付诸于临床，它还有一段很长的路要走。

蝎子毒液是世界上最珍贵的材料之一，每加仑需要3900万美元，这几乎没有人用的起，所以确定哪些是关键成分并能够合成它们至关重要。

此外，从小鼠和人类细胞实验来看，红、蓝苯醌可能不是毒液的有毒成分，蝎子为什么会制造这些化合物。

无论D.Melici蝎子毒液中红/蓝苯醌最终能否成为抗耐药菌的超级英雄，它们的发现燃起抗耐药菌新希望。

参考资料：

[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.

原标题：新研究发现蝎子毒液能杀耐药菌，还能治肺结核？太硬核了吧！