岩沙海葵毒素
岩沙海葵毒素（英语：Palytoxin，简称PTX[3]或PLTX[4]），又称沙群海葵毒素或简称海葵毒素，是一种强烈的血管收缩剂，[1]被认为是已知毒性最强的非蛋白质物质之一，在对小鼠的毒性方面仅次于刺尾鱼毒素。[5]
| 岩沙海葵毒素 | |
|---|---|
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| IUPAC名 (2S,3R,5R,6E,8R,9S)-10-[(12R,13R,15S,41R,43R,45S,46R,6R,7R,8Z,102R,103S,104R,105R,106R,12R,13R,14R,15S,19Z,22R,23S,24R,26E,28Z,30S,322S,323R,324R,325S,326R,34R,35R,372R,373S,374R,376S,38R,39R,42S,43E,45S,46S,482S,483R,484R,485R,486R,50S,581S,583S,585R,586R,60S,66R,67S,68S,69R,70S,712R,713S,714R,715R,716R)-15-(Aminomethyl)-13,6,7,103,104,105,13,14,15,22,23,24,30,323,324,325,34,35,373,374,38,39,42,46,482,483,484,485,50,66,67,68,69,70,713,714,715-heptatriacontahydroxy-12,45,583,585,60-pentamethyl-18-methylidene-44,47,587,588-tetraoxa-10,32,37,48(2,6),71(2)-pentakis(oxana)-1(2)-oxolana-4(6,3),58(1,6)-bis(bicyclo[3.2.1]octana)henheptacontaphane-8,19,26,28,43-pentaen-716-yl]-N-{(1E)-3-[(3-hydroxypropyl)amino]-3-oxoprop-1-en-1-yl}-2,5,8,9-tetrahydroxy-3,7-dimethyldec-6-enamide | |
| 识别 | |
| 缩写 | PTX |
| CAS号 | 77734-91-9 
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| PubChem | 11105289 |
| ChemSpider | 9280425 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | CWODDUGJZSCNGB-HQNRRURTBU |
| 性质 | |
| 化学式 | C129H223N3O54 |
| 摩尔质量 | 2680.14 g·mol−1 |
| 外观 | 白色无定形吸湿性固体[1] |
| 熔点 | 300 °C时分解[1] |
| 溶解性 | 极易溶于水、二甲基亚砜、吡啶；微溶于醇。难溶于氯仿和乙醚[1] |
| 危险性 | |
GHS危险性符号
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| 主要危害 | 剧毒，中毒症状包括：胸痛、哮喘样呼吸困难、心动过速、血压不稳、溶血。[2] |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
岩沙海葵毒素是一种具有长碳链的多羟基和部分不饱和化合物，含有8个双键。它有水溶性和脂溶性部分，40个羟基和64个手性中心。由于手性和可能的顺反异构，它有超过1021种可能的立体异构。它具有热稳定性，用沸水处理不会去除其毒性。它在水溶液中长时间保持稳定，但在酸性或碱性溶液中迅速分解并失去毒性。
岩沙海葵毒素至少存在于热带和亚热带地区，由沙群海葵属海葵和蛎甲藻属双鞭毛虫产生，或可能由这些生物体中的细菌产生。由于生物放大作用，它可以在更多的物种中找到，如鱼和蟹。它也存在于生活在海绵、贻贝、海星和刺胞动物等产生岩沙海葵毒素的生物附近的生物中。[3]
人类很少能接触到岩沙海葵毒素。但吃过鱼和螃蟹等海洋动物的人、不正确处理沙群海葵属海葵的水族箱爱好者和接触过某些水华的人都曾可能接触过。[2]
岩沙海葵毒素通过将钠钾泵蛋白锁定在允许钠离子和钾离子被动运输的位置来靶向钠钾泵蛋白，从而破坏对生命至关重要的离子梯度。[6]由于岩沙海葵毒素可以影响体内的每一种细胞，因此各种接触途径的症状可能非常不同。[2]
1981年，两个相互独立的研究小组解决了岩沙海葵毒素的平面化学结构。[3]在1982年解决了立体化学问题。[7][8][9]1989年，岸义人及其同事合成了岩沙海葵毒素的羧酸[10]，并于1994年合成了真正的岩沙海葵毒素。[11]
历史 编辑
发现 编辑
1971年，Moore和Scheuer发表的一项研究中首先从毒沙群海葵（Palythoa toxica）中分离、命名和描述了岩沙海葵毒素。他们测得其摩尔质量约为3300g/mol。他们还确定它是可能导致沙群海葵毒性的物质，但当时不确定海葵中是否还含有其他有毒化合物。[12]
结构与全合成 编辑
1978年，通过等离子体解吸法测得岩沙海葵毒素的摩尔质量为2861 g/mol，并且有8个双键。[13]因为岩沙海葵毒素是一个很大的分子，所以需要一些时间才能阐明完整的结构（包括立体化学）。上村大辅等人首先解出其平面化学结构，并于1981年1月发表了他们的结果。[14][15][16]不久之后，Moore和Bartolini解出相同的结构，并于1981年5月发表了他们的结果。[17]上述小组彼此独立地解出全结构：[3]1982年6月，Moore等人首先解出岩沙海葵毒素的立体结构，[7]上村等人则是在12月发表的研究中分四部分解出立体结构。[8][9]
岩沙海葵毒素羧酸是1989年由哈佛大学教授岸义人团队合成的。合成分为8个部分，然后将这些部分连接在一起形成羧酸。[10]1994年，岸义人等人成功地从这种羧酸中制造出真正的岩沙海葵毒素。[11]1989年，Crawford将岩沙海葵毒素羧酸合成的成就描述为“有机合成的珠穆朗玛峰，任何人都曾想过要制造的最大单分子”。[18]
机制 编辑
岩沙海葵毒素的毒性是由于其与钠钾泵的外部结合，[3]它与乌本苷的天然结合位点相互作用，具有非常高的亲和力。钠钾泵是一种跨膜蛋白，其可在每个脊椎动物细胞的表面上发现。钠钾泵是所有细胞的生存能力所必需的，这解释了岩沙海葵毒素影响所有细胞的原因。[19]通过在钠钾泵内形成通道，如钠、钾等一价正离子可以自由扩散，从而破坏细胞的离子梯度。[20][21]当岩沙海葵毒素与钠钾泵结合时，它会在开启和正常构象之间不断转化，有90%概率为开启构象。如果岩沙海葵毒素脱离，钠钾泵将回到闭合构象。在开启构象中，每秒有数百万个离子通过钠钾泵扩散，而每秒只有大约一百个离子通过正常运行的转运蛋白传输。[6]离子梯度的丧失导致红细胞死亡和溶血，还会导致心脏和其他肌肉细胞的剧烈收缩。[3]
上述机制的第一个证据是在1981年获得，所提出的机制于1982年发表。[22]由于岩沙海葵毒素的作用机制与其他机制截然不同，因此最初并未被广泛接受。这主要是因为没有预料到提供主动运输的钠钾泵可以通过结合化合物而成为离子通道。[19]因此，Frelin和van Renterghem在1995年审查了一些备选假设。[23]被视为钠钾泵机制证据的突破性研究是在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）细胞中进行的。这些细胞没有钠钾泵，因此岩沙海葵毒素不会影响它们。但是一旦它们被赋予编码完整的绵羊钠钾泵的DNA，它们就会被岩沙海葵毒素杀死。[24]
症状 编辑
岩沙海葵毒素中毒的症状及其出现的速度部分取决于暴露的程度和接触途径，例如是吸入还是通过皮肤接触。[2]
在一些非致命病例中，人们的症状在吸入或皮肤接触后6－8小时内出现，并持续1－2天。[5]在不同的动物中，症状在静脉注射后30－60分钟和眼睛接触4小时后出现。[2]
严重岩沙海葵毒素中毒的最常见并发症是横纹肌溶解症。这涉及骨骼肌分解和细胞内容物渗漏到血液中。人类的其他症状是苦味/金属味、腹部绞痛、恶心、呕吐、腹泻、轻度至急性嗜睡、刺痛、心跳过缓、肾衰竭、感觉障碍、肌肉痉挛、肌痛震颤、紫绀和呼吸窘迫。在致命情况下，岩沙海葵毒素通常会产生心肌损伤导致心脏骤停而死亡。[3][25]
接触岩沙海葵毒素类似物卵毒素-A（Ovatoxin-A）的气溶胶主要导致呼吸系统疾病。这些气溶胶引起的其他症状包括与严重呼吸障碍相关的发烧，例如支气管收缩、轻度呼吸困难和喘息，而在某些情况下能观察到结膜炎。[25][3]
食用鲱形目鱼后中毒也被提出是由岩沙海葵毒素引起的，神经系统和胃肠紊乱与鲱鱼中毒有关。[25]哈夫病可能与岩沙海葵毒素有关，其特征是横纹肌溶解症和胃肠道问题。[5]除雪卡毒素外，在某些情况下岩沙海葵毒素也可能与雪卡毒鱼类中毒有关，从而在这种中毒中引起许多症状。[2]
治疗 编辑
岩沙海葵毒素没有解毒剂，只能缓解症状。[26]动物研究表明，血管扩张剂，如罂粟碱和硝酸异山梨酯等可用作解毒剂。但只有在暴露后立即将解毒剂注射到心脏中才会显示效果。[27]
参考资料 编辑
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Budavari, Susan, ed. (2001), The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (13th ed.), Merck, ISBN 0911910131
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Deeds JR, Schwartz MD. Human risk associated with palytoxin exposure. Toxicon. August 2010, 56 (2): 150–62 [2022-12-14]. PMID 19505494. doi:10.1016/j.toxicon.2009.05.035. （原始内容存档于2022-12-14）.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Ramos V, Vasconcelos V. Palytoxin and analogs: biological and ecological effects. Marine Drugs. June 2010, 8 (7): 2021–37. PMC 2920541
. PMID 20714422. doi:10.3390/md8072021 .
- ^ Pelin M, Brovedani V, Sosa S, Tubaro A. Palytoxin-Containing Aquarium Soft Corals as an Emerging Sanitary Problem. Marine Drugs. February 2016, 14 (2): 33. PMC 4771986 . PMID 26861356. doi:10.3390/md14020033 .
- ^ 5.0 5.1 5.2 Sud P, Su MK, Greller HA, Majlesi N, Gupta A. Case series: inhaled coral vapor--toxicity in a tank. Journal of Medical Toxicology. September 2013, 9 (3): 282–6. PMC 3770997 . PMID 23702624. doi:10.1007/s13181-013-0307-x.
- ^ 6.0 6.1 Gadsby DC, Takeuchi A, Artigas P, Reyes N. Review. Peering into an ATPase ion pump with single-channel recordings. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. January 2009, 364 (1514): 229–38. PMC 2674102 . PMID 18986966. doi:10.1098/rstb.2008.0243.
- ^ 7.0 7.1 Moore RE, Bartolini G, et al. Absolute Stereochemistry of Palytoxin. Journal of the American Chemical Society. June 1982, 104 (13): 3776–3779. doi:10.1021/ja00377a064.
- ^ 8.0 8.1 Klein LL, McWhorter WW, Ko SS, Pfaff KP, KishiB Y, Uemura D, Hirata Y. Stereochemistry of palytoxin. Part 1. C85-C115 segment. Journal of the American Chemical Society. December 1982, 104 (25): 7362–7364. doi:10.1021/ja00389a098.
- ^ 9.0 9.1 Cha JK, Christ WJ, Finan JM, Fujioka H, Kishi Y, Klein LL, et al. Stereochemistry of palytoxin. Part 4. Complete structure. Journal of the American Chemical Society. December 1982, 104 (25): 7369–7371. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja00389a101.
- ^ 10.0 10.1 Armstrong RW, Beau JM, Cheon SH, Christ WJ, Fujioka H, Ham WH, et al. Total Synthesis of Palytoxin Carboxylic Acid and Palytoxin Amide. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111 (19): 7530. doi:10.1021/ja00201a038.
- ^ 11.0 11.1 Suh EM, Kishi Y. Synthesis of Palytoxin from Palytoxin Carboxylic Acid. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116 (24): 11205. doi:10.1021/ja00103a065.
- ^ Moore RE, Scheuer PJ. Palytoxin: a new marine toxin from a coelenterate. Science. April 1971, 172 (3982): 495–8. Bibcode:1971Sci...172..495M. PMID 4396320. S2CID 10098874. doi:10.1126/science.172.3982.495.
- ^ Macfarlane RD, Uemura D, Ueda K, Hirata Y. Californium-252 plasma desorption mass spectrometry of palytoxin. Journal of the American Chemical Society. January 1980, 102 (2): 875–876. doi:10.1021/ja00522a088.
- ^ CSJ Award 2005-Prof. Daisuke Uemura. www.csj.jp. Chemical Society of Japan, et al. [2018-04-26]. （原始内容存档于2018-03-28）.
Its structural determination presented many difficulties. Dr. Uemura elucidated its planar structure in 1981 by repeatedly carrying out site-specific oxidative degradation and determined the structure of the degraded products using a sample that was originally isolated from Palythoa tuberculosa of Okinawa[n] origin.
- ^ Uemura D, Ueda K, Hirata Y, Naoki H, Iwashita T. Further studies on palytoxin. I.. Tetrahedron Letters. January 1981, 22 (20): 1909–1912. doi:10.1016/s0040-4039(01)90475-7.
- ^ Uemura D, Ueda K, Hirata Y, Naoki H, Iwashita T. Further studies on palytoxin. II.. Tetrahedron Letters. January 1981, 22 (20): 2781–2784. doi:10.1016/S0040-4039(01)90551-9.
- ^ Moore RE, Bartolini G. Structure of palytoxin. Journal of the American Chemical Society. May 1981, 103 (9): 2491–2494. doi:10.1021/ja00399a093.
- ^ Crawford MH. Harvard synthesizes palytoxin molecule. Science. October 1989, 246 (4926): 34. PMID 17837760. doi:10.1126/science.246.4926.34-c.
- ^ 19.0 19.1 Wu CH. Palytoxin: membrane mechanisms of action. Toxicon. December 2009, 54 (8): 1183–9. PMID 19269304. doi:10.1016/j.toxicon.2009.02.030.
- ^ Habermann E. Palytoxin acts through Na+,K+-ATPase. Toxicon. 1989, 27 (11): 1171–87. PMID 2575806. doi:10.1016/0041-0101(89)90026-3.
- ^ Redondo J, Fiedler B, Scheiner-Bobis G. Palytoxin-induced Na+ influx into yeast cells expressing the mammalian sodium pump is due to the formation of a channel within the enzyme. Molecular Pharmacology. January 1996, 49 (1): 49–57 [2022-12-14]. PMID 8569711. （原始内容存档于2022-12-14）.
- ^ Habermann E, Chhatwal GS. Ouabain inhibits the increase due to palytoxin of cation permeability of erythrocytes. Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology. 1982-05-01, 319 (2): 101–107. PMID 6125898. S2CID 12069168. doi:10.1007/BF00503920.
- ^ Frelin C, Van Renterghem C. Palytoxin. Recent electrophysiological and pharmacological evidence for several mechanisms of action. General Pharmacology. January 1995, 26 (1): 33–7. PMID 7713364. doi:10.1016/0306-3623(94)00133-8.
- ^ Scheiner-Bobis G, Meyer zu Heringdorf D, Christ M, Habermann E. Palytoxin induces K+ efflux from yeast cells expressing the mammalian sodium pump. Molecular Pharmacology. June 1994, 45 (6): 1132–6 [2022-12-14]. PMID 7912814. （原始内容存档于2022-12-14）.
- ^ 25.0 25.1 25.2 Louzao MC, Ares IR, Cagide E. Marine toxins and the cytoskeleton: a new view of palytoxin toxicity. The FEBS Journal. December 2008, 275 (24): 6067–74. PMID 19016862. doi:10.1111/j.1742-4658.2008.06712.x .
- ^ Thakur LK, Jha KK. Palytoxin-induced acute respiratory failure. Respiratory Medicine Case Reports. 2016-10-21, 20: 4–6. PMC 5099280 . PMID 27843763. doi:10.1016/j.rmcr.2016.10.014.
- ^ Wiles JS, Vick JA, Christensen MK. Toxicological evaluation of palytoxin in several animal species. Toxicon. August 1974, 12 (4): 427–33. PMID 4155146. doi:10.1016/0041-0101(74)90011-7.
