经过多年研究我们发现,很多致命的毒液,可能成为治病的良药。大家好,我是罗雷,来自中国科学院昆明动物研究所。今天,我来和大家分享关于有毒动物研究的一些故事。说到有毒动物,大家首先会想到什么呢?比如毒蛇、蜈蚣、蜘蛛、蝎子、蟾蜍是常见的有毒动物,在民间被称为五毒。其实在自然界中还存在着其他的有毒动物:比如较为低等的水蛭、水母、海葵、海胆以及较为高等的鸭嘴兽、懒猴等等。有毒动物广泛地分布在自然界中。
据统计,57.5%的动物谱系中含有毒动物;全球约有150万种动物,含有毒液的约有22万种,有毒动物占全部动物总数的15%。
自然界中存在着如此多的有毒动物,那么这些动物为什么要产生毒液呢?其实对动物而言,它们除了要面对极端的寒冷、炎热等自然条件,还得时刻提防着来自捕食者的侵害。在长期的进化过程中,有的动物进化出了敏捷的速度,有的进化出了强壮的体格,还有的进化出了多变的体色。而毒液作为一种化学工具,对于有毒动物的生存具有非常重要的作用。
以蜈蚣为例。蜈蚣既没有强壮的体格,也没有敏捷的速度。不过,如果把一只30克的小鼠和一条2-3克的蜈蚣放在一起,30秒内,蜈蚣就可以快速地杀死小鼠。原来,蜈蚣的毒液可以作用于猎物的受体,而这种受体广泛分布在猎物的皮肤、心血管以及大脑中。毒液作用在了小鼠的心血管系统和神经系统中,而后发挥了毒性,制服了猎物。
在动物界中存在着很多利用辣椒素受体的现象,比如,蝎子的毒素也会作用于辣椒素受体,引起剧烈的疼痛反应。但不同的是,蝎子的毒液是弱酸性的。在弱酸性的条件下,辣椒素受体处于一种高能的状态。毒素把通道打开,就像是要把车从山脚推上山顶,是不那么容易的;而在高能的状态下,车子已经在半山腰,推到山顶相对容易。所以在高能状态下,毒素可以轻而易举地高效激活辣椒素受体,引起剧烈的疼痛反应。
这个现象也从侧面说明了,被蝎子蛰伤以后,用肥皂水或碱水来清洗,疼痛就会减轻,这是有科学依据的。
有毒动物能够利用毒液进行捕食、防御以及种内竞争,那它是不是就天下无敌、不可战胜了?答案是否定的,大自然始终是公平的。例如,两栖类无尾目就能以有毒的蝎子为食。蝎子在捕食时,会把毒液注射到猎物体内,让猎物运动麻痹。而蝎子的毒液注射到蟾蜍体内后,蟾蜍的运动系统不会发生显著的改变。为什么蟾蜍可以规避这种侵害?
因为蝎子的毒素作用于青蛙或蟾蜍的受体后,其亲和力会变得非常弱,这种低亲和力的现象使得毒素不能够影响蟾蜍的运动系统。
巴西蝮蛇在南美很常见,它造成的死亡人数远高于其他毒蛇。巴西蝮蛇咬人后会引起受害者血压的急剧下降,进而晕厥。也正因如此,我们可以利用巴西蝮蛇的毒液研发降血压药物。科学家们利用巴西蝮蛇提取出了一种多肽,并对它进行了活性改造,得到了药物卡托普利。它是第一个口服有效的降血压药物,也是FDA批准的第一个毒液来源的药物。现在,卡托普利仍然是市场上最为流行、应用最广的降血压药。
我所在的昆明动物所赖仞老师课题组,在有毒动物研究的方面有着悠久的历史,也被称为“西毒”学科组。我们发明了基于有毒动物生存策略的定向挖掘技术,捕获了大量的活性多肽。两栖类如蛙或蟾蜍,它们的皮肤是裸露的,没有鳞片或毛发,还时常受到来自天敌、紫外线和微生物的侵害。但是,它们的皮肤会分泌大量的活性多肽,包括抗紫外线的抗氧化肽、抗菌的抗菌肽、不让伤口留疤的皮肤修复肽等等。
我们在两栖动物的皮肤中提取出了60多个家族、500多条活性多肽,而这些活性多肽有望为我们研发抗氧化、抗菌抗炎、镇痛、皮肤修复等多类药物提供新的思路。
经过一个多世纪的研究,人类对有毒动物的认识越来越丰富,对于中毒的物理基础以及作用机制也有了越来越多的了解,这对于针对性治疗有毒动物的侵害具有非常重要的作用。在长期的研究过程中,我们还发现了众多活性多肽有望成为药物研发的活性分子。但是,毒素研究领域里还有很多未解之谜。比如,为什么有的蛇有毒,有的却没毒呢?而且,人类对于毒的认识也远远不足。
以研究最为深入的蛇毒为例,全球有超过760种毒蛇,它们大约含有6万多种活性多肽,但其中人类已知的仅有约1000种。此外,人类已经识别到的蜘蛛毒素也不足总量的1%。最后,毒伤的救治也是全球面临的重大挑战,这需要我们毒素科研工作者不断努力、继续前进,寻找出更多的解决办法。经过了亿万年的进化,大自然创造了有毒动物,而人类利用它们研制出了新的药物。
可以说,现在有毒动物对人类的益处远大于害处,毒物的出现,已经成为了生命的另一种机会。