蓖麻毒蛋白的研究进展※

●任文静 尹明达 霍玉淼 袁朴芳 王 艳 李瑞英 崔 凯 黄凤兰，4※※

（1.内蒙古民族大学生命科学与食品学院 内蒙古 通辽 028000；2.内蒙古赤峰市敖汉旗林业和草原局 内蒙古 赤峰 024300；3.赤峰市森林草原保护发展中心 内蒙古 赤峰 024000；4.蓖麻育种国家民委重点实验室/内蒙古自治区高校蓖麻产业工程技术研究中心/内蒙古自治区蓖麻育种重点实验室/内蒙古自治区蓖麻产业协同创新中心/蓖麻产业技术创新内蒙古自治区工程研究中心 内蒙古 通辽 028000）

蓖麻（Ricinus communisL.），属于大戟科蓖麻属植物[1]。蓖麻耐干旱、耐盐碱、耐弱酸。蓖麻种子含油量在50%左右，榨出的油黏度高，高温不易变质、低温不易凝固，具有其他油脂无法比拟的特性。蓖麻油为重要工业用油，主要深加工产品有1，2-羟基硬脂酸、癸二酸，蓖麻油脂肪酸及精炼蓖麻油、氢化蓖麻油等，是航天、航空和一切精密仪器、增塑剂、高级润滑油的基础原料。蓖麻的根、茎、叶、籽均可入药，而且具有很高的药用价值。蓖麻植株内的四种毒性物质分别为蓖麻毒蛋白、蓖麻碱、血球凝集素以及变应原，其中蓖麻毒蛋白的毒性最大，在生物医药领域的应用研究最为深入[2]。

1 蓖麻毒蛋白的分子结构

蓖麻毒蛋白（Ricin）是一种植物糖蛋白，纯品是白色粉末状或结晶状的固体，无味[3]，在蓖麻种子中含量约为1%～5%。蓖麻毒蛋白是由A、B两条链构成的异二聚体，相对分子量约66.0 kDa；其毒性链即活性链为A链（RTA）分子量为32.0 kDa，是由7条α螺旋链高度螺旋化构成的。有研究表明，A链主要以包涵体形式表达[4]。A链的第10个残基Asn已糖基化，接有（Glc Nac） 2 （Man） 4寡糖链，A链中只含有两个LY残基，而其中一个LY残基位于N端第四位C端附近，这对A链发挥毒性作用至关重要[5]。A链依照其空间结构被分为3个结构域，即结构域Ⅰ（残基1～117），结构域Ⅱ（残基118～210）和结构域Ⅲ（残基211～267），它们共同组成了A链的N-糖苷酶活性口袋[6]。B链分子量为34.0 kDa，包含高达25%的螺旋区[7]；B链是运载体，含有两个寡糖链（GIc Nac）2（Man）8和（Glc Nac）2（Man）7，分别与位于93和133的两个Asn残基相连。B链根据其空间结构分为2个结构域，这两个结构域具有高度同源性，从氨基酸组成来看，结构域Ⅰ是由1～135位氨基酸组成；而结构域Ⅱ是由136～262位氨基酸组成。结构域Ⅰ和结构域Ⅱ，这两部分的氨基酸序列有32%相同，并且每个结构域又可分为α、β、γ亚结构域和λ连接肽，这些亚结构为了稳定B链的二维构象，会通过相互作用形成疏水核，以结构域Ⅰ的α亚结构域和结构域Ⅱ的γ亚结构域具有碳水化合物结合活性[8]。

2 蓖麻蛋白的作用机理

蓖麻毒蛋白的毒性极强，是眼镜蛇毒性的2～3倍[9]。据研究可知，蓖麻种子中粗蛋白的平均含量约为10 mg，而单粒蓖麻种子中毒蛋白含量约为4 mg[10]。蓖麻毒素中毒是一种致命且罕见的疾病。误食蓖麻种子可引起急性胃肠炎，严重的会导致体液和电解质失衡，中毒后10～72 h时会出现血管崩溃和多器官功能衰竭[11]，甚至死亡。蓖麻毒蛋白的作用机理是：蓖麻毒蛋白A链的结构域Ⅲ通过二硫键与B链相连[12]。A链是一种N-糖苷酶，可使60S核糖体失活，限制延伸因子的结合从而破坏蛋白质的合成，导致真核细胞死亡；B链是一种半乳糖结合型蛋白[6，13]，可与细胞表面的糖蛋白或糖脂结合[14]，并协助蓖麻毒蛋白通过内吞作用进入细胞[15]，接着一定数量的蓖麻毒蛋白到达高尔基体，然后被运输到内质网。在内质网中，A链和B链之间的二硫键被切断，A链和B链分离[16]。A链和B链分离后会产生活性。A链和脂膜的相互作用引起了A链结构的伸展，然后伸展的A链作为内质网相关降解途径（如ERAD的途径）的备选者，易位到细胞质，并和核糖体结合[17]。接着A链将28S的rRNA上的A4324脱嘌呤化，使得延伸因子的结合受到抑制，从而导致蛋白质合成也受到抑制[6]，最终会使人和动物产生中毒症状。

3 蓖麻毒蛋白的应用

3.1 鼠药

近些年来，内蒙古自治区的一些草原地区出现鼠疫，不仅影响了草原的生态平衡，更是危及人类健康安全，因此，防治鼠害成了一项重大的任务，而目前我国防治鼠害的主要方法是化学药品，虽然得到了一定的改善，但这种方法对环境污染较大。为了提倡和践行环境零污染的理念，开发研制效率高、污染小的鼠药成了草原鼠疫防治的新任务。有研究表明，以生理盐水为溶剂离心去脂提取的蓖麻粗蛋白（含毒蛋白）制成的鼠药适口性较好，原因是生理盐水为动物血液和淋巴液的等渗溶液，无毒且相容性好[18]。通过对雌雄小鼠饲喂含蓖麻毒蛋白的混合饵料发现，这种饵料可以缩小雄性小鼠的精小管管径，生殖上皮厚度变薄从而导致生育能力下降，甚至影响雌性小鼠的生殖能力。这种饵料可以改变其子宫肌肉层的排列，降低子宫基质层的厚度，使黏膜上皮厚度增大，还可以通过增强小白鼠子宫内收缩来降低着床概率，使小白鼠子宫内没有着床位点而达到抗生育的目的[19]。

3.2 杀虫剂

在低碳环保、绿色健康的大环境下，蓖麻毒蛋白作为无污染的环保农药，引起了人们的重视。蓖麻毒蛋白作为一种核糖体失活蛋白，对几乎所有的真核细胞都具有很强的毒害作用，被认为是一种潜力巨大的新型生物农药[20-21]。有研究者使用甲醇、乙酸乙酯和石油醚3种不同溶剂提取物分别处理蓖麻籽（提取蓖麻毒蛋白），所得提取物对烟草害虫均具有触杀活性，其中，以乙酸乙酯为溶剂的提取物对朱砂叶螨、桃蚜、棉蚜、烟青虫和棉铃虫触杀活性校正死亡率分别为80.88%，97.41%，96.44%，52.41%，62.51%[22]。还有研究者采用小叶碟添加法测定杀灭南方根结线虫的效果，共设置99个表面皿，每个表面皿中放入10只南方根结线虫，根据不同倍数稀释液进行分组，每个表面皿中喷洒5 mL供试液体，观察12 h、1 d、2 d的杀灭率，得出10倍稀释液在1 d后杀灭率接近100%，其他组灭虫效果不显著[23]。

3.3 抗肿瘤

蓖麻毒蛋白具有巨大的潜力，其作为抗癌剂或在基于细胞的研究，甚至在肿瘤治疗中的纳米颗粒制剂方面都进行了探索[18]。蓖麻毒蛋白作为一种具有强毒性的天然毒素蛋白，对所有哺乳动物真核细胞都具有毒性作用，且对某些恶性肿瘤细胞的毒性更强，因此成为医学上用于杀伤肿瘤细胞的首选毒素之一[4]。利用蓖麻毒蛋白A链的高效生物毒性和CD71在肝癌细胞表面过量表达的特性，将抗CD71单克隆抗体与蓖麻毒蛋白A链偶联。通过这种方式，可以将A链特异性地导向肝癌细胞，构建新型免疫毒素，使其靶向攻击肝癌细胞，降低对正常组织细胞的杀伤性[24]。此外，通过与单克隆抗体片段4D5scFv的融合制备重组免疫毒素RTA-4D5，能够提高对目标肿瘤的抑制作用，同时减小对正常细胞的伤害[25]。而B链处理巨噬细胞可显著提高TLR4蛋白水平。有研究者已经验证了RT和TLR4通过免疫沉淀相互作用[26]。通过计算机模拟RT与TLR4的对接，将接触残基集中在B链上。TNF-α主要由活化的巨噬细胞产生，具有抑制肿瘤细胞增殖，引起肿瘤消退的能力，结果表明重组B链可通过TLR4信号通路激活NF-κB，进一步激活小鼠巨噬细胞分泌TNF-α，最终治疗肿瘤[27]。前人将蓖麻种子核糖体失活蛋白加入对数生长期的食管癌细胞中（24～36 h，细胞浓度106个/mL），检测其抗癌活性，结果表明，与对照组相比加入蓖麻种子核糖体失活蛋白的细胞密度低、生长受抑制、细胞膜明显破裂[28]。蓖麻毒素还能诱导原发性PAM收缩、凋亡、空泡化和多细胞器损伤[29]。

4 总结

虽然蓖麻毒蛋白是一种潜在的生物威胁剂[30]，但随着对蓖麻毒蛋白的不断深入研究，其在多个领域都发挥着极其重要的作用。在鼠药研究方面，用蓖麻毒蛋白制备的鼠药来源于自然，无不良气味，不污染环境，且易于降解，食后的残药是优质的有机肥；但误食这种鼠药，同样对人畜有毒，必须安全投放[6]，迄今为止蓖麻中毒没有特效解毒剂。在杀虫剂方面，用蓖麻毒蛋白制得的杀虫剂可有效地杀灭一些蚜虫和南方根结线虫，且制备过程简单；在喷洒的过程中要严格把控间隔时间及药的用量，否则会直接影响灭虫效果；对于蓖麻毒蛋白的杀虫机制和杀虫后蓖麻毒蛋白在虫体中的残留与分解情况还需进一步的研究。在治疗肿瘤方面，蓖麻毒蛋白虽对肝癌细胞具有一定的抑制作用，但由于B链和细胞的结合是非特异性的，所以免疫毒素与细胞表面特异性结合较差，杀伤力也较弱。目前蓖麻毒蛋白在抗肿瘤药物中的应用还存在很多问题，但作为一种新的方法或途径，蓖麻毒蛋白仍然在农业、生物农药等方面有着巨大的发展潜力。