河豚毒素（Tetrodotoxin，TTX）研究歷史

 

    在我國歷代本草如《神農(nóng)本草經(jīng)》和《本草綱目》中都有關(guān)于河豚毒素的記載。河豚毒素又稱原豚(Spheroidine)和東方豚毒素(Fugu poison)是一種神經(jīng)毒素，它的名字來源于動(dòng)物東豚屬(Fugu)河豚(Spheroides rubripes)的 科名 - 2 - Tetraodontidae。由于河豚味鮮美, 營養(yǎng)豐富, 日本、中國，歐洲等國人民素有食用習(xí)慣, 由于河豚毒素毒性很強(qiáng), 因食用河豚中毒事件屢有發(fā)生。 zui初是在1909年田原對河豚魚卵的神經(jīng)毒性進(jìn)行了描述命名其毒性成分河豚毒素(Tetrodotoxin)，1938年日本學(xué)者橫尾晃從河豚中提取出較純的毒性成分，但直到1950年才分離到單體結(jié)晶，隨后日本津田恭介小組于1952年，平田義正小組于1955 年，美國的Woodward小組于1957年和后來的後藤小組等相繼分離得到了河豚毒素單體結(jié)晶。雖然河豚毒素的分子并不大，由于其結(jié)構(gòu)新穎，在有機(jī)溶劑和水中都不溶 解，僅溶于醋酸等酸性溶劑，并且在堿性和強(qiáng)酸性溶劑中不穩(wěn)定，加之核磁共振技 術(shù)在六十年代剛剛開始應(yīng)用，給河豚毒素的結(jié)構(gòu)鑒定帶來了相當(dāng)?shù)睦щy。為了確定河豚毒素的結(jié)構(gòu)，日本的津田，平田和美國的Woodward三個(gè)小組均分別制備了河豚 毒素的衍生物并進(jìn)行X-衍射實(shí)驗(yàn)。終于在15年后的1964年在京都召開的天然產(chǎn) 物化學(xué)會(huì)議上三個(gè)研究小組同時(shí)報(bào)告了河豚毒素的正確結(jié)構(gòu)，是一種分子量不大但 結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的籠形原酸酯類生物堿 ，分子中幾乎所有的碳原子均有不對稱取代,同年Mosher從產(chǎn)于加利福尼亞的蠑螈中也分離出了河豚毒素。在1964年以前日本學(xué)者和美國學(xué)者對河豚毒素的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的 研究，報(bào)道了多個(gè)河豚毒素的可能結(jié)構(gòu)和部分結(jié)構(gòu)。

 

    河豚毒素的分布

 

    在1964年以前，人們普遍地認(rèn)為河豚毒素僅分布于東方豚中，直到1964年 Mosher從產(chǎn)于加利福尼亞的加州蠑螈(Taricha torosa, Taricha rivularis, and Taricha granulosa)中也分離出了河豚毒素才改變了人們這一片面的認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在的研究發(fā)現(xiàn)，河豚毒素分布于陸生和海洋中的許多動(dòng)物中, 包括毫不相干的脊椎動(dòng)物，無脊椎動(dòng)物的體內(nèi)和表體，甚至海底沉積的生物中，如熱帶刺鰣魚(Yongeichthys criniger)， 蟾蜍，哥斯達(dá)黎加的箭毒蛙(Aopus species)皮，藍(lán)斑章魚(Octopus maculosa)，多棘槭海星(Astropecten polyacanthus)， 馬蹄形蟹(Carcinoscorpius rotundicauda)，花紋愛潔蟹(Atergatis floridus)，腹足綱軟體動(dòng)物如硰羅法海螺(Charonia sauliae), 日本東風(fēng)螺(Babylonia japonica), 環(huán)節(jié)動(dòng)物(Annelida)以及其他的軟體動(dòng)物(Mollusks)和線蟲(Lineus fuscoviridis, Tubulanus punctatus)中。鑒于河豚毒素分布于如此廣泛的動(dòng)物 中，1984年Mosher和Fuhrman提出一個(gè)令人鼓舞的假設(shè)：河豚毒素的真正來源不是這些動(dòng)物本身，而是和這些動(dòng)物共生的或感染的微生物或通過食物鏈獲得的微生物如細(xì)菌，微藻等，盡管當(dāng)時(shí)還沒有從微生物中發(fā)現(xiàn)了河豚毒素存在的報(bào)道。直到1986年日本學(xué)者野口和安元從微生物發(fā)現(xiàn)了河豚毒素 。隨后從眾多的微生物如弧菌屬(Vibrio sp), 假單胞菌屬(Pseudomons sp), 發(fā)光菌屬(Photobaterium sp), 氣單胞菌屬(Aeromonas sp), 鄰單胞菌屬(Plesiomoanas sp), 芽胞桿菌屬(Bacollus sp), 不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter sp), 鏈霉菌屬(Streptomyces sp)等中均發(fā)現(xiàn)了河豚毒素及其類 似物的存在，從而支持了Mosher的假設(shè)。

 

    河豚毒素的生物活性

   

    河豚毒素是發(fā)現(xiàn)zui早的小分子海洋毒素，分子量僅為319 (C11H17N3O8), 但毒性極大，LD50 為8.7µg/kg，是氰化鈉的1000倍。很多海洋食品中毒事件都與TTX有關(guān)，河豚中毒是魚類中毒中zui為嚴(yán)重的一類, 因食河豚中毒的患者病死率高達(dá)60%。TTX中毒的主要臨床表現(xiàn)為知覺麻痹、運(yùn)動(dòng)障礙、頭暈頭痛、惡心嘔吐、血壓下降、呼吸困難、嚴(yán)重者可因呼吸衰竭而死亡 。河豚毒素還是一個(gè)麻醉劑，其局部麻醉作用是普魯卡因（Procaine）的4000倍，可用作某些癌癥后期的緩解藥。然而更有意義的是TTX的作用機(jī)理與陸地發(fā)現(xiàn)的毒素不同，在極低的濃度就能選擇性地抑制鈉離子通過神經(jīng)細(xì)胞膜，但卻允許鉀離子的通過，河豚毒素是一種電壓敏感的鈉通道 (Voltage-gated sodium channels (VGSC))外口特異性阻滯劑，對神經(jīng)，肌肉，心肌傳導(dǎo)纖維等可興奮細(xì)胞膜生的鈉通道，并具有高度專一性，其作用機(jī)制是通過與膜上 的專一受體結(jié)合，再通過關(guān)啟機(jī)制是通道關(guān)閉，從而阻滯神經(jīng)細(xì)胞的興奮與傳導(dǎo)。 河豚毒素分子中1,2,3-胍氨基及其附近的C4, C9, C-10碳上的羥基為活性基團(tuán)。胍氨基在生理?xiàng)l件下通過質(zhì)子化可形成正電活性區(qū)域，與專一受體蛋白的負(fù)性羥基結(jié)合， 其周圍羥基以氫鍵形式與受體結(jié)合，受體位于膜外層離子孔附近。河豚毒素是神經(jīng)生物學(xué)和藥理學(xué)研究極為有用的工具藥。河豚毒素還是一種較強(qiáng)的鎮(zhèn)痛藥，除對術(shù)后疼痛無效外，對其他疼痛均有效，作用緩慢且持久，目前還沒有見成癮性的報(bào)道。

 

    河豚毒素的類似物

 

    除了河豚毒素（Tetrodotoxin，TTX）以外，到目前為止從河豚魚(Puffer fishes, Takifugu pardalis, Takifugu niphobles, Takifugu rubripes, etc.)，蟾蜍，金色青蛙 (Aopus zeteki, Aopus chiriquiensis)，蠑螈, 水蜥(Notophthalmus viridescens), 扁狀 蠕蟲，貝殼類(shellfish)，海藻，微藻，細(xì)菌等水生動(dòng)物和微生物中分離鑒定了二十余個(gè)河豚毒素的類似物。這些化合物都是引起食物中毒的成分，八十年代在日 本，加拿大，荷蘭，中國臺(tái)灣, 香港，新加坡，馬來西亞，澳大利亞，美國，孟加拉， 菲濟(jì)等地區(qū)發(fā)生過多起因吃海鮮中毒事件均與含有此類化合物有關(guān)。

 

    河豚毒素的全合成

 

    河豚毒素(TTX) *復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和顯著的生物活性吸引個(gè)大批有機(jī)化學(xué)家對其全合成的興趣。1972年當(dāng)時(shí)日本名古屋大學(xué)的岸義人(現(xiàn)哈佛大學(xué)教授)首先報(bào)道 了河豚毒素消旋體的全合成，隨后的30年間雖然對其全合成的研究也有報(bào)道，但沒有完成全合成的報(bào)道，河豚毒素一直被有機(jī)合成化學(xué)家認(rèn)為是一個(gè)極富有挑戰(zhàn)性 和吸引力的同時(shí)也是非常令人可畏的全合成目標(biāo)。近年來隨著不對稱合成有機(jī)化學(xué) 的迅速發(fā)展，2003年同是名古屋大學(xué)的磯部教授完成了對河豚毒素的不對稱全合成，隨后又有幾個(gè)小組采用不同的合成路線完成了對河豚毒素的不對稱全合成。zui近的不對稱全合成均是采用了逆合成的思路。合成 的難點(diǎn)是構(gòu)筑季碳的不對稱中心。相信隨著新的不對稱合成反應(yīng)試劑和新的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，對河豚毒素極其類似物的不對稱全合成今后還會(huì)有新的更為簡潔的合成 路線和方法。

 

    盡管河豚毒素及其類似物作為防御性化學(xué)武器分布于如此廣泛的海生動(dòng)物和兩棲動(dòng)物中，但關(guān)于它們的生合成途徑還知之甚少。很多細(xì)菌可以合成河豚毒素或其 類似物，但為什么要合成這些毒素，為什么河豚毒素又比較集中地分布于河豚魚的 卵巢部位，目前還沒有得出肯定的結(jié)論。雖然近年來關(guān)于河豚毒素及其類似物的不對稱合成已經(jīng)完成，由于受產(chǎn)率低的限制，目前關(guān)于河豚毒素的供應(yīng)還主要依靠于從河豚中直接提取，致使河豚毒素類化合物非常昂貴，這也在一定程度上限制了河豚毒素類化合物作為一個(gè)非常有用的工具藥的廣泛應(yīng)用。關(guān)于河豚毒素及其類似物的化學(xué)結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)成熟，但關(guān)于河豚毒素的結(jié)構(gòu)修飾和構(gòu)效關(guān)系方面的研究還沒見報(bào)道。目前由于河豚毒素類化合物的毒性太強(qiáng)，限制了其臨床應(yīng)用，將來經(jīng)過結(jié)構(gòu)修飾或改造降低其毒性有可能擴(kuò)大其臨床應(yīng)用。關(guān)于其藥理作用和臨床應(yīng)用已有專門綜述，但新的作用機(jī)制還在不斷的被發(fā)現(xiàn)。