生物毒素广泛存在于动物、植物和微生物中,是生物在长期进化过程中形成的捕食、防御和竞争的“化学武器”,主要包括蛋白质、多肽及小分子化合物等。相比一般化学毒物,生物毒素具有高活性、强靶向性和分子多样性,既可能对人类健康构成威胁,也在疾病机理研究与药物开发中展现出独特价值。代表性药物如卡托普利、肉毒毒素、齐考诺肽及GLP-1受体激动剂,奠定了毒素应用的里程碑。目前已有百余种毒素类候选药物进入临床试验,覆盖多类重大疾病。但该领域仍面临资源挖掘效率低、结构与机制解析不足、高毒性及合成改造受限等挑战。未来,随着多组学、人工智能与合成生物学的发展,将实现生物毒素的高效发现、低毒化改造与精准应用,推动从基础研究向临床转化。

肺癌对世界公共卫生安全造成严重威胁,化疗作为其治疗的主要策略面临着毒性大且易产生耐药性等挑战。抗癌肽(anticancer peptides)因广谱抗癌活性、作用迅速而不易产生耐药性等优势,具有开发成新型抗癌药物的前景。但其也面临着活性较弱、毒副作用较强等不足。肿瘤弱酸性微环境(pH 6.5~6.8)为高效低毒的抗癌肽设计提供了良好的思路。前期以狼蛛毒素Lycosin-I为模板设计了酸敏感抗菌肽pHly-1,本研究发现,pHly-1也具有酸敏感抗癌活性。进一步对pHly-1展开丙氨酸扫描分析,获得了一个酸敏感性更优的突变体pHTP-2,其在pH 6.6下对A549细胞作用的IC₅₀为15.68 μmol/L,而在pH 7.4下的IC₅₀则大于100 μmol/L。在pH 6.6下,pHTP-2可作用多种肺癌细胞系,并可以快速裂解方式诱导A549细胞死亡。在pH 7.4下,500 μmol/L的pHTP-2对红细胞(溶血率约为38%)和原代心肌细胞毒性(抑制率为49.7%,p<0.05)较弱。分析其电荷、水合粒径、形貌和二级结构表明,pHTP-2在pH 6.6下序列中的His残基发生质子化,正电荷增加(p<0.01),水合粒径减少(p<0.05),形成α-螺旋结构诱导A549细胞发生膜裂解;在pH 7.4下His残基则发生去质子化,正电荷减少,形成β-折叠结构而自聚集,限制了其对A549细胞膜的作用,表现出弱活性。综上,pHTP-2能响应肿瘤弱酸性微环境发挥选择性细胞毒活性,有效克服抗癌肽低效高毒的不足,是一个优质的抗癌药物先导分子。

本文以感染人体不同部位的细菌ADP-核糖基化外毒素为切入点,通过考察霍乱弧菌 (Vibrio cholerae) 与其他侵染机制类似的细菌表达的AB₅型细菌毒素 (AB₅-type bacterial toxin) 的分子演化,解读V. cholerae、霍乱毒素 (cholera toxin, CT) 与宿主的协同演化历程,揭示其经皮免疫功能的成因。在文中,我们阐述了神经节苷脂介导的内吞和环磷酸腺苷(cAMP)通路亢进等CT的胞内毒性机制,以及与之相关的噬菌体在这些细菌基因组中的行为痕迹,总结了毒素A/B亚基的相对独立演化、经皮免疫与黏膜免疫的演化耦合等模型。同时,我们描绘了以弧菌噬菌体CTXΦ为代表的噬菌体介导基因水平转移、毒素靶向性变异及其分子识别域扩展、毒素功能适应性进化等机制。本文在研究中采用生物信息学工具构建演化树,分析毒素A/B亚基、分泌系统蛋白质的氨基酸序列遗传变异,并通过Tajima检验量化遗传距离、多样性和中性选择压力。关键发现包括:CT的A和B亚基存在“分合演化”模式,B亚基受更强的负选择压力;噬菌体CTXΦ等介导的基因水平转移驱动毒素基因跨物种传播;毒力共调节菌毛 (toxin co-regulated pilus, TCP)与Toll样受体5 (Toll-like receptor 5, TLR-5)的相互作用促进了CT B亚基的经皮免疫原性。结论强调了CT演化中的“毒素-宿主军备竞赛”协同演化和免疫记忆跨代遗传假说,为进一步研究AB₅型细菌毒素的生物学机制和协同演化历程提供理论支撑。

伤口的修复和感染一直是临床医学中面临的巨大挑战。两栖动物生存环境复杂,长期的自然选择下,其皮肤系统进化出抵抗外界损伤和快速修复创伤的能力,成为挖掘促伤口愈合候选分子的重要来源。本研究以凹耳臭蛙(Odorrana tormota)的cDNA文库为研究对象,通过序列比对筛选出1条序列为“VGKAGLETAACKATNSCFNIDW”的新型多肽,由22个氨基酸组成,分子量为2 299.6 D,命名为PN-VW22。进一步通过固相合成法制备多肽,利用细胞计数试剂盒- 8法(cell counting kit-8, CCK-8)和细胞划痕实验测定PN-VW22多肽对人角质形成细胞(human keratinocyte, HaCaT)和小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblast, NIH3T3)的细胞增殖影响。采用最小抑菌浓度测定(minimum inhibitory concentration, MIC)评估多肽的抗菌活性。结果表明,不同浓度的PN-VW22对NIH3T3细胞活力无明显影响(P >0.05),但在0.5 μmol/L的浓度下显著提高HaCaT的细胞活力(P＜0.001)。同时PN-VW22能够诱导HaCaT细胞增殖,促进HaCaT细胞的伤口愈合,在0.5 μmol/L的浓度孵育24 h后伤口愈合率为64.44%。此外,PN-VW22对金黄色葡萄球菌表现出一定的抗菌效果,其MIC值为13.92 μmol/L。本研究成功鉴定了1条具备伤口修复和抗感染的双功能新型多肽PN-VW22,为伤口愈合药物开发提供了一种新的多肽模板。

胰腺癌已成为全球范围内最具挑战性的恶性肿瘤之一,其对药物的高度耐药性是导致化疗失败的主要因素。因此,提高胰腺癌对化疗敏感性成为当前研究的重点,本研究探讨了蟾毒它灵(bufotaline,BT)的抗肿瘤作用,它是一种从中药蟾蜍中提取的蟾蜍甾二烯类化合物,具有显著的抗肿瘤活性。我们重点研究蟾毒它灵在增强胰腺癌细胞对阿霉素(adriamycin,ADR)化疗敏感性方面的潜力,并阐明了其潜在的分子机制。通过 CCK-8 及集落形成实验证明, 蟾毒它灵抑制化疗药阿霉素诱导的胰腺癌细胞 Patu-8988T、Aspc-1 和 Patu-8988S 的存活。并且发现使用蟾毒它灵处理阿霉素胰腺癌耐药细胞可以将 IC₅₀ 降低到正常胰腺癌细胞水平。采用蛋白质免疫印迹技术、免疫荧光、彗星实验和 TUNEL 检测DNA 损伤程度,结果显示, 蟾毒它灵促进阿霉素诱导的胰腺癌细胞 DNA 损伤。此外,利用 RNA-seq 分析胰腺癌细胞 Patu-8988T 在阿霉素单独处理及阿霉素与蟾毒它灵联合处理后的基因表达变化,并通过 qRT-PCR 检测发现, 蟾毒它灵可以下调 DNA 损伤修复蛋白质 NBS1 和 RAD50 的基因表达。同时利用蛋白质免疫印迹检测进一步研究发现,蟾毒它灵抑制 DNA 损伤应答通路相关修复蛋白质的表达,并且通过免疫荧光实验发现,蟾毒它灵也能阻断 ATM/CHK2 信号通路的激活。最后,利用裸鼠皮下移植瘤模型发现,蟾毒它灵与阿霉素联合治疗可抑制胰腺癌生长。综上所述,蟾毒它灵促进了阿霉素诱导的胰腺癌细胞化疗敏感性;阿霉素联合蟾毒它灵治疗通过下调 NBS1 和 RAD50 的基因表达,降低DNA损伤应答通路的修复蛋白质水平,进而阻断 ATM/CHK2 介导的 DNA 损伤应答(DNA damage repair,DDR)信号通路,延缓 DNA 损伤修复。

肉毒杆菌神经毒素(botulinum neurotoxin, BoNT)在头颈部美容手术中的应用已广为人知。然而,近年来其治疗范围已显著扩展至该解剖区域的功能性和病理性疾病。本文综述了BoNT作为多种头颈部疾病的重要治疗手段,涵盖运动障碍性疾病(如喉部、颅颈、中耳内、口颌及颈部肌张力障碍)、周围神经功能异常(多系统萎缩、偏头痛、面神经麻痹后联带运动及痉挛)以及上消化道功能紊乱(如喉切除术后并发症、环咽肌吞咽困难、咽食管憩室、逆行性环咽功能障碍)自主神经功能障碍(流涎症及味觉出汗综合征)等诸多领域。BoNT通过其高度特异性的神经调节作用,为传统药物或手术难以处理的疾病提供了可逆、微创且效价显著的治疗选择。本文系统回顾BoNT在上述疾病中的作用机制、注射策略、临床疗效及安全性,并探讨其应用前景,旨在为耳鼻喉头颈外科医师提供全面的临床实践参考。

Kv1.3是一种电压门控钾通道,在T淋巴细胞、神经系统和血管平滑肌细胞中高表达。它在细胞膜兴奋性和电信号传导中发挥关键作用,是研究T细胞功能的重要靶点,也为研发针对自身免疫性疾病和炎症性疾病的药物提供了新方向。因此,开发特异性抑制Kv1.3通道的药物已成为治疗这些疾病的新策略。本研究利用反相高效液相色谱技术从海南双针蝎(Lychas mucronatus)毒液中分离纯化到一个新的对Kv1.3有强抑制活性的多肽毒素LmKTx13,其含38个氨基酸残基,其中6个半胱氨酸形成3对二硫键。全细胞膜片钳检测显示,LmKTx13抑制Kv1.3的半数抑制浓度为7.92 ± 3.0 nmol/L。在选择性分析中,发现2 μmol/L LmKTx13对Kv1.2和Kv1.7也具有抑制活性,但对其他多种钾通道亚型和电压门控钠通道均未表现出抑制作用。此外,通过LmKTx13对Kv1.3通道动力学的影响研究,以及对Kv1.3和Kv1.5的孔道区序列进行比对分析,构建定点突变体,确定Kv1.3孔道区是LmKTx13抑制通道电流的关键区域,其中T425、G427和H451是LmKTx13作用的关键氨基酸残基。综上,本研究从海南双针蝎毒液中发现一个新的孔道堵塞型Kv1.3多肽抑制剂,具有高亲和力和高选择性,是一个潜在的靶向Kv1.3药物研发先导分子。

CRM197 (cross-reacting material 197)是白喉毒素的天然突变体,它的酶活性丧失但受体结合能力及免疫原性却完全保留,这一特性使其成为安全且高效的疫苗载体,被广泛应用于偶联或结合疫苗的开发。本研究利用基因工程技术分别制备白喉毒素突变体CRM197及它与E型肉毒毒素受体结合区(EHc)的2种融合蛋白质分子,对获得的重组蛋白质分子进行SDS-PAGE和免疫印迹鉴定,继而免疫BALB/c小鼠,评价它们作为融合蛋白质亚单位疫苗的免疫效果。结果表明,制备了无毒性的白喉毒素突变体CRM197和CRM197-EHc与EHc-CRM197两种融合蛋白质分子,这两种融合蛋白质分子作为亚单位疫苗诱导免疫小鼠产生了强的抗CRM197和EHc抗原的体液免疫反应;与CRM197与EHc联合组相比,CRM197-EHc与EHc-CRM197融合蛋白质疫苗组能够诱导更高的抗CRM197抗体效应(P＜0.01),EHc-CRM197融合蛋白质低剂量的疫苗组也能够诱导更高的抗EHc抗体效应(P＜0.05)。因此,EHc在融合蛋白质疫苗中发挥了载体分子效应,增强了CRM197的免疫原性;CRM197在EHc-CRM197融合蛋白质分子疫苗中作为载体分子增强了EHc的免疫原性,作为融合亚单位疫苗诱导产生了最高的抗CRM197和EHc抗原的体液免疫反应,是个高效的二价疫苗分子。

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin, TA)系统作为细菌适应性调控的核心枢纽,在结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, M.tb)和百日咳鲍特菌(Bordetella pertussis, B. pertussis)的致病机制中发挥关键作用。本文综述了结核分枝杆菌与百日咳鲍特菌中毒素-抗毒素系统的功能演化规律及其治疗潜力。文章系统梳理了两类病原体中TA系统的分子机制与致病功能。结核分枝杆菌依赖Ⅱ型TA系统(例如VapBC、MazEF),通过毒素的RNA酶活性切割宿主核酸或DarT/DarG介导的DNA修饰,驱动持留菌形成与抗生素耐受;而百日咳鲍特菌则利用独特的温度感应型PhtA/PhtB系统释放腺苷酸环化酶毒素,靶向宿主cAMP信号通路以实现免疫逃逸。两类病原体均通过TA毒素抑制宿主防御(例如VapC切割tRNA、RelE降解NF-κB组分),其高频突变位点(例如结核菌VapC47-Ser46Leu突变频率>50 000)揭示强烈的正向选择压力,与持留表型及毒力进化密切相关。本文进一步探讨了靶向毒素-抗毒素相互作用的小分子抑制剂、TA缺失减毒株疫苗及基于抗毒素的免疫策略等治疗方向。最后,文章指出未来应着力解析TA-宿主相互作用网络、发展纳米递送技术,以推动结核病和百日咳精准治疗的突破。