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用蜈蚣毒毒蜈蚣,蜈蚣会被蜈蚣毒毒死吗?

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全球有超过760种毒蛇,
它们含有6万多种活性多肽,
但其中人类已知的仅有约1000种。

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%。

毒从哪里来?

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?

▲ 有毒动物利用毒液进行捕食和防御

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。

▲ 蜈蚣的防御

蜈蚣还可以利用毒液进行防御。我在最初接触蜈蚣时,被蜈蚣咬了一次,疼了我整整两天。蜈蚣它那么小,为什么却能够引起剧烈的疼痛呢?

我们对蜈蚣的毒液进行了追踪,发现它可以作用于上方视频展示的辣椒素受体。什么是辣椒素受体呢?大家吃辣椒时会感觉到热、辣、痛,就是辣椒与辣椒素受体结合的结果。被蜈蚣咬了,就相当于吃了个特别辣的辣椒,会产生一种剧烈的疼痛反应。

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。

▲ 蝎子的防御

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。

▲ 蝎子利用毒素和质子的“分子组合拳”,让捕食者的痛觉反应急升。

蜈蚣之间也会打架,这叫做种内斗争。有意思的是,蜈蚣可以杀死体重大于自己15倍的猎物,但它却杀不死其他蜈蚣。这是为什么呢?原来,蜈蚣的受体发生了特异性的进化。有了这种进化,它的受体和毒液结合后的亲和力就会非常的弱,对自己也就没有影响了。

这样的例子在自然界中还有很多。比如,眼镜蛇的毒液是剧毒,可以快速地杀死猎物。但是,眼镜蛇毒却杀不死眼镜蛇,这也是因为眼镜蛇的受体发生了特异性进化,使得眼镜蛇的毒液不能结合在自己的受体上。

所以,对于有毒动物而言,它们的进化是一把双刃剑:它们在捕食或防御时,会希望自己的毒液越毒越好;但对于它自身,这个毒液的毒性就得维持在适度的范围内,以保障适度的种内竞争。

有了剧毒,是不是就天下无敌了?

已完成:30%//////////

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。

▲ 加州渍螈

在自然界中,存在着不少防毒和施毒的军备竞赛。加州渍螈生活在美国的西海岸,它的腹部是鲜艳的橘色。受到攻击时,它就会露出自己的腹部,警告捕食者:吃了我,你就会毒发身亡。一只加州渍螈产生的毒素,可以杀死17个成年人或2.5万只老鼠。然而,束带蛇却可以以它为食。

▲ 红胁束带蛇

这是由于在长期的进化过程中,束带蛇对加州渍螈的毒素逐渐耐受了。这也就意味着,只有毒性非常强的加州渍螈才能存活下来,也只有抗性非常强的束带蛇才能在饱腹的同时不被毒死。两个敌对的物种不断升级自己的竞争能力,这就是一场典型的军备竞赛。

致命的毒液,救命的解药

已完成:50%//////////

有毒动物身上竟然有这么有意思的故事,大自然就是如此的奇妙而美丽。那么,这些致命的毒液有没有其他用处呢?我们换一个角度就会发现,毒液也可以成为救命的解药。

▲ 巴西矛头蝮蛇

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。

▲ 吉拉毒蜥

吉拉毒蜥的毒液并不致命,但被它咬了会非常的疼。吉拉毒蜥还是动物界的大胃王:它有个特殊的生活习性,就是食量非常的大,进食次数却非常的少。它每年仅需要进食4次,但每一次都要吃超过一半体重的食物。

吉拉毒蜥暴饮暴食,却不会得糖尿病。于是,科学家们从它的唾液里发现了一种血糖调节肽,命名为艾塞那肽,它就是吉拉毒蜥能够暴饮暴食但不得糖尿病的关键。现在,艾塞那肽被用于2型糖尿病的治疗,它还可以治疗肥胖。注射艾塞那肽以后,身体会产生饱腹感,来减少食物的摄入。

神奇的活性多肽

已完成:60%//////////

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,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。

什么是基于有毒动物生存策略的定向挖掘技术呢?我举个简单的例子。蚂蟥在吸血时,为了不让人察觉,它会分泌一种麻醉肽。那么如果想挖掘麻醉类药物,蚂蟥就是很好的目标。我们实验室从有毒动物里挖掘出了超过1300个具有抗菌、抗血栓、抗炎等多种生物学活性的多肽。

▲ 两栖类:60多个多肽家族+500多条活性多肽

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。

▲ 吸血动物:20多个多肽家族+100多条活性多肽

以蚂蟥、牛虻为代表的吸血动物们在吸血时,也会在唾液里分泌大量的活性多肽,阻止血液凝固,从而延长它们的吸血时间。我们在它们的唾液腺里获取了大量的活性多肽:抗血小板多肽、抗凝血因子多肽等等。这些多肽可以为研发治疗脑血栓、心肌梗死等心脑血管疾病的药物提供先导分子。

▲ 左:有毒节肢动物:20多个多肽家族+100多条离子通道调控肽;中、右:蜈蚣NaV1.7通道抑制多肽的镇痛活性是吗啡的1.5-3倍

以蜈蚣、蝎子、蜘蛛为代表的产毒动物,它们的毒液中含有大量的神经毒素,可以高效地作用于神经系统。我们从蜈蚣中分离出了具有强力镇痛效果的多肽,它的镇痛活性比吗啡还强。更令我们惊奇的是,与吗啡不同,这条多肽并不具有成瘾性,未来或许会成为替代吗啡的镇痛治疗药物。

另外,抗生素的耐药性也逐渐成为了不可忽视的问题,甚至是医疗卫生领域的重大挑战。从有毒动物中,我们发现了自然、安全、稳定性好且不易耐药的抗生素替代物,那就是从金环蛇中分离出的BF30多肽。BF30具有广谱的抗菌活性,尤其对革兰氏阴性菌具有非常好的治疗效果。现在,我们已经申请了该药物的国家临床批文,正在进行相关的临床实验。

不过,我们还希望能获得活性更好、能特异性治疗某种疾病的药物。因此,考虑到生产的成本,我们先将这条毒素变得短小了。如果毒素越来越长,生产的代价也会越来越大。接着,我们以BF30为模板,进行了替换和修饰,最终得到了一个多肽分子,并命名为ZY4。

超级细菌每年会让全球100多万人因无药可治而亡,而经过实验,ZY4这个多肽分子就可以治疗耐受多种抗生素的超级细菌。目前,我们正在进行临床前的研究。

有毒研究,道阻且长

已完成:90%//////////

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,而这对于针对性治疗有毒动物的侵害具有非常重要的作用。

▲ 动物毒液的认识还远远不足

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。

来源:格致论道讲坛

原标题:用蜈蚣毒毒蜈蚣,蜈蚣会被蜈蚣毒毒死吗?|罗雷

编辑:virens

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