上海科技大學參與發表頂級化學期刊

　　我們知道，蝎子、蛇、蝸牛、青蛙和其他動物，可產生數千萬甚至億萬種截然不同的毒液。這些毒液可攻擊身體內的特定靶標。相關閱讀：研究發現一種蝸牛毒液止痛效果比嗎啡強5倍；黃蜂毒液殺死癌細胞的策略；科學家鐘情毒液治病 特異蛋白質醫療用途廣。

　　對于蝎子叮咬的受害者來說，這意味著厄運。然而，對于科學家而言，毒液中的有效分子卻具有被開發成藥物的潛力。但是，使用傳統方法很難分離和分析毒液，所以只有少數的毒液被開發成了藥物。

　　現在，斯克里普斯研究所(TSRI)的科學家帶領的研究小組，發明了一種方法，可快速識別攻擊體內特定靶標的毒液——并優化這些毒液用于治療用途。這項研究結果以封面故事的形式發表在國際權威化學期刊《Angewandte Chemie》。上海科技大學免疫化學研究所的博士后杜明娟及研究生孫璟瑩和實驗員辛秀等人，也是本文共同作者。

　　在這項研究中，研究人員使用這種方法來識別阻斷T細胞上一種蛋白質的毒液，來驗證這種新方法，這種蛋白質與多發性硬化癥、類風濕性關節炎和其他炎癥性疾病有關。然后，研究人員用他們的方法來找到一種可阻斷這種蛋白質的最佳的、長效的毒液變體，并發現一種新分子可顯著降低小鼠的炎癥。

　　本研究負責人、TSRI免疫化學教授、上海科技大學免疫化學研究所創始所長和特聘教授Richard A. Lerner指出：“直到現在，我們還沒有辦法認真利用這些毒液巨大的治療潛力。”

　　選擇一種毒液

　　使用毒液作為治療方法，似乎是矛盾的，因為這些分子通常演化為傷害和殺死其他生物。但是，低劑量分子交付到正確的部位，有時會產生高度有益的影響。例如，止痛藥ziconotide (Prialt)就是利用芋螺用于固定其可疑獵物的毒液開發的。從藥物開發的角度來說，這些毒液也是有吸引力的，因為它們往往會以非常高的強度和選擇性，擊中它們在細胞上的靶標。

　　現在，制藥公司已經將許多毒液開發成治療方法，但是用傳統的方法來確定一種毒液的生物學靶標，往往是很緩慢、困難的和昂貴的。這涉及到從動物中提取相對大量的毒液，其次是分子純化和費力的實驗室檢測，以確定它們對細胞有何影響。

　　新方法的優勢在于速度，只需要提取信息——很少直接涉及有毒的生物。開始時，TSRI帶領的研究團隊——包括論文的第一作者、Lerner實驗室的資深科學家Hongkai Zhang，查閱了動物毒素數據庫，并收集了589種毒液，這些毒液的蛋白質序列有感興趣的特征。然后，他們合成了毒液的基因，并把它們插入特殊的病毒，將基因傳遞入細胞。

　　這項原理證明研究最初旨在找到某種毒液，阻斷一個稱為Kv1.3的鉀離子通道蛋白。該離子通道可使帶電的分子流入或流出細胞，并參與多種重要的生物學功能——這使得它們成為毒液的共同靶標。Kv1.3是制藥行業特別關注的焦點，因為它似乎促進了T細胞（可驅動炎性疾病如多發性硬化癥）的增殖和遷移。阻斷Kv1.3的藥物已經處于開發階段。

　　為了篩選能阻斷Kv1.3的毒液文庫，包括上海科技大學免疫化學研究所在內的研究團隊，使用一種細胞為基礎的選擇系統——由Lerner、Zhang及其同事在2012年開發。他們制備了一種特殊的、含Kv1.3的測試細胞培養物，毒液和Kv1.3離子通道之間的強相互作用，將打開一個紅色熒光基因。研究人員將攜帶毒液基因的病毒分配給細胞，并用一種快速、自動化的系統，來選擇表現出強烈熒光的細胞。然后，使用標準的分子生物學技術，來識別和量化這些細胞含有的毒素基因。研究者對這個選擇過程重復了三次，以探討哪些毒液基因在細胞中最為豐富。

　　通過這種方式，該研究團隊很快發現了27種可能的Kv1.3阻斷毒液。其中僅有兩種是已知的離子通道阻滯劑。另一種已經在文獻中被報道為疑似離子通道阻滯劑，最后一種不典型的蝎毒稱為CllTx1，在隨后的傳統方法測試中——使用從蝎子提取的真實毒液，被證明是一種強有力的Kv1.3阻滯劑。

　　最佳的藥物特性

　　該研究團隊意識到，他們的選擇系統不僅對于篩選自然毒液庫非常有用，而且對于篩選一種給定毒液的人工變體或“類似物”以發現具有最佳藥物特性的毒液，也非常的有用。為了證明這一點，他們根據ShK——一種可阻斷Kv1.3的海葵毒素，制備了大約一百萬個長效蛋白類似物，并對這些類似物進行了三輪選擇，以找到最好的一個。由此產生的候選者——S1-2，不僅對阻斷Kv1.3表現出強烈的效果，而且還能在標準嚙齒動物模型中減輕炎癥。

　　Zhang說：“這種類似物，似乎能非常有效地對抗Kv1.3，并對密切相關的離子通道沒有脫靶效應。”

　　現在，Zhang、Lerner和他們的同事們打算使用他們的方法，篩選更大的毒液數據集，以找到更多的候選藥物。Lerner說：“我們特別感興趣的是，找到阻斷疼痛相關鈉離子通道的毒液。”