海洋毒素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與藥物毒性

海洋毒素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與藥物毒性

幾十年前，人們對海洋中的毒含量進行了研究，含量很低，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，因此發(fā)展緩慢。近年,由于新的分離技術(shù)和新的物理分析方法的應(yīng)用,各種微量毒素成分結(jié)構(gòu)得以測定,因而使得海洋毒素的研究有了飛躍的發(fā)展,成為海洋生物活性物質(zhì)中研究進展最為迅速的領(lǐng)域。不但從中發(fā)現(xiàn)許多結(jié)構(gòu)新穎且有特殊生理活性物質(zhì),同時根據(jù)毒素的結(jié)構(gòu)特點開發(fā)出各種微量定量法,對于毒性的監(jiān)督,防止中毒發(fā)生及養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展作出了重大貢獻。進一步利用這些微量定量法追查了由于食物鏈及共生微生物的毒化作用而引起中毒的機理,探明了海洋生態(tài)系的毒物動態(tài)。因此其研究成果涉及到食品衛(wèi)生、沿岸漁業(yè)、天然產(chǎn)物化學(xué)和藥理學(xué)等領(lǐng)域,引起各界學(xué)者的重視。本文對海洋毒素研究的狀況,按其化學(xué)結(jié)構(gòu)特點,作一簡介。1海產(chǎn)魚毒性成分mtx的分子信息西加毒素(1)(Ciguatoxin,CTX)是自然毒中毒分布最廣的一種,每年大約有2～5萬人受害,其癥狀主要是瀉痢、嘔吐等消化系癥狀,繼而出現(xiàn)血壓下降、脈博減緩的循環(huán)系統(tǒng)癥狀,還有知覺異常等神經(jīng)系統(tǒng)的癥狀,癥狀恢復(fù)較慢,但死亡者較少見。早在60年代,夏威夷大學(xué)教授Scheuer首次從中毒的魚中分離出這種毒素,并推測分子內(nèi)有多數(shù)醚結(jié)合的化合物。由于毒素含量低,毒魚來源又困難,一直沒有搞清其結(jié)構(gòu)。十幾年后,日本學(xué)者在魚毒化較嚴重的法國的玻利亞岡比斯島發(fā)現(xiàn)是由于魚吃了附著性具毒似翼藻(Gambierdiscustoxicus),即中毒是食物鏈所致,于是又著手搞到毒性最強的爪哇裸胸鱔(Gymnothoraxjavanicus)870條,取出內(nèi)臟125kg,終于分離出0.35mgCTX,同時又從天然的G.toxicus中提得CTX的類似物Gambiertoxin(GT4b)(2)0.74mg,于是對不足1mg的樣品進行復(fù)雜大分子結(jié)構(gòu)測定的工作,直到八十年代末,才將結(jié)構(gòu)搞清。清CTX小白鼠腹腔內(nèi)投入最小致死量0.35μg/kg,為河豚毒素的30倍還強,推測人經(jīng)口投入最小致病量約為70ng。(Ctenochatusstriatus)中發(fā)現(xiàn)的,與CTX為主要成分肉食魚的中毒癥狀不同而引起注意的,分子是帶有2個硫酸酯、分子量3434巨大聚醚化合物(3).目前MTX的絕對構(gòu)造及2位的立體問題尚未闡明。MTX小白鼠腹腔內(nèi)投入最小致死量50ng/kg,比河豚毒素的200倍還強,是非蛋白性毒素中最強的。特別引人注目的是MTX影響細胞膜的Ca2+的出入,引起藥物界極大重視,人們正期待著由MTX來闡明細胞信息傳遞的新的機理,有機化學(xué)家正致力于MTX的合成。在探討產(chǎn)生CTX的生物時,雙從G.toxicus的GⅡ的培養(yǎng)液中分離出一種與CTX相似,醚環(huán)梯狀連接起大分子化合物,但其分子末端被氧化成一COOH.且有一個孤立環(huán)的GambiericacidA、B、C、D(6)(7),最引人注目的是它具有非常強的抗霉菌活性。1976年6月在日本宮城縣發(fā)生紫貽貝(MytilusedulisLinnaeus)致食物中毒,癥狀是腹瀉,又因是雙殼貝引起,稱為致瀉性貝毒。除日本以外,世界其它各地也有發(fā)生,歐州每年有5000人左右中毒,當(dāng)時認為此種毒素是致癌劑,公共衛(wèi)生監(jiān)督部門曾要求停止雙殼貝的養(yǎng)殖,嚴重威脅著雙殼貝的養(yǎng)殖業(yè),因而日本學(xué)者對其毒素進行系統(tǒng)研究,引起中毒的物質(zhì)按骨架分為3群共有10種聚醚化合物。1群是由岡田磯海綿RenieraokadaiKadota分離出具細胞毒性物質(zhì)大田軟海綿酸Okadaicacid和輪狀鰭藻毒素Dinophysistoxin;因分子結(jié)構(gòu)中含有羧基(Carboxyl),探索利用了熒光微量定量法,追蹤出毒化原因是由浮游生物所致,因而嚴格監(jiān)視海水中的密度,控制了污染。但YTX的起源尚未確定。海產(chǎn)魚中毒與渦鞭毛藻有關(guān)的例子非常多,人們以小白鼠致死毒性、魚毒性、溶血性為篩選目標(biāo)其中從利馬原甲藻(Prorocentrumlima)中又分離出一種Okadicacid的同族體7-deoxiOkadic-acid(12)OkadicacidAthylester及二醇酯dioester,對小白鼠致死毒性。在美國的墨西哥灣沿岸,發(fā)生由短裸甲藻Ptychodiscusbrevis引起赤潮,使大量魚和貝類死亡,像蟹及雙殼貝吃了這種藻也能引起蓄積中毒,產(chǎn)生主要以麻痹為特征的中毒現(xiàn)象稱為神經(jīng)性貝中毒。由于它的魚毒性特別強,引起當(dāng)時好多研究組從事這項工作,先后分離到不同的短裸甲藻毒素BrevetoxinA(GB-1)、BrevetoxinB(GB一2)、BrevetoxinC、GB-3和GB-6這也是一類聚醚類化合物。2群是扇貝毒素Pectenotoxin(PeTX)類具新穎骨架大環(huán)內(nèi)酯聚醚內(nèi)酯類,具強的肝臟毒性;3群是Yessotoxin醚環(huán)像梯子一樣連接起一的骨架,并具有硫酸基是它的特征(11)。從皮群海葵(Palythoaspp.)中分離出著名的皮群?？舅豍alytoxin簡稱PTX(21),也是一類聚醚類化合物。1985年日本學(xué)者又從沖繩結(jié)節(jié)皮群海葵(Palythoatuberculosa)中分離出4種PTX的同系物,分別為Homopalytoxin、Bishomopalytoxin、neopalytoxin、deoxypalytoxin。PTX(0.15μg/kg)有使血管收縮和使冠狀動脈痙攣作用,此外有顯著的細胞毒活性。1991年4月,在關(guān)島因真江蘺(GracilariaconfervoidesGreville)近緣種多穴藻屬Polycavernosatsudai引起食物中毒,13人中毒,3人死亡。因這種藻在世界各地都有分布,且是廣泛食用的海藻,查明中毒原因是非常重要的。在中毒發(fā)生后,從P.tsudai中分離出命之為Polycarefnoside的致毒物質(zhì)(26),分子中也含有醚環(huán)及醚接合,還含有三烯烴triene,推定其平面結(jié)構(gòu)如圖所示。河豚毒素(Tetrodotoxin,TTX)(27)是人們最熟悉的一種天然毒素,它的結(jié)構(gòu)早在64年就已確定,后又進行了人工合成。河豚魚肉是日本人喜受的高級佳肴,到現(xiàn)在為止,中毒并未全部滅絕,主要原因就是其毒性有顯著的個體差和地域差,因而追究TTX的起源及外因性的影響,從食物鏈及共生微生物著手研究,首先找到一種高靈敏度、高特異性的分析方法,TTX在含量非常低的時候就能測出,不僅可測魚中、且魚的餌料藻中微量毒素也可測,利用此方法查明了河豚毒的起源是由于細菌,并對TTX生物合成及代謝進行探討,從中又分離出5種天然同族體并確定了結(jié)構(gòu)(28)～(33)。另外還從哥斯達黎加產(chǎn)的Alelopuschiriquiensis中分離出同族化合物Chiriquitoxin(34)。由浮游生物引起雙殼貝類毒化,引起麻痹性貝毒也是很早就為人們所知,40年代就確定了原因種。最初分離的毒素是從石房蛤Saxidomusgiganteus得到,命名為石房蛤毒素(Saxitoxin,STX),1975年確定了結(jié)構(gòu),在相當(dāng)長的一段時間內(nèi),認為麻痹性貝毒的主體就是STX,直到1980年由清水氏確定了麻痹性貝毒是一群,又分離出neosaxitoxingonyautoxin(Ⅰ—Ⅳ)～。1982年又分離出gon.ⅤⅥⅦ(41)～(43),分子中的氨基甲酰基carbamoyl與硫酸結(jié)合在一起,這類被水解后失去硫酸基轉(zhuǎn)換成毒性強的STX、neoSTX、gon、Ⅲ。STX對小白鼠LD50為9μg/kg與TTX同樣選擇性阻止Na+的流入,也可考慮用來作藥理工具用。有人報道STX是一種生物堿毒素。現(xiàn)也利用微量熒光定量法,可準確迅速地監(jiān)視貝毒,用這種方法查出由于貝類的餌料海藻及蟹分離出細菌是麻痹性貝毒產(chǎn)生的原因。水華魚腥藻(Anabaenaflosaquae)所產(chǎn)生的毒素是一種魚腥藻毒素anatoxin(44),亦是生物堿類神經(jīng)毒。巨大鞘絲藻的淺水變種含有一種含氮毒素,它是一種吲哚生物堿,鞘絲藻毒素A(LyngbyatoxinA)(45)。1979年在澳大利亞的Palm島,人們因飲用貯水池的水而發(fā)生肝中毒的事件,經(jīng)調(diào)查是與微囊屬(Microcystis)不同的藍藻Cylindropernopsisraciborskii引起,以前不知這種藻還有毒性,從中分離出含氮化合物Cylindrospermopsin(46)。另外在渦鞭毛藻的篩選過程中,從利馬原甲藻(Prorocentrumlima)中分離出一種新穎的含氮的大環(huán)內(nèi)酯Prorocentrolide(47)。1965年日本靜岡縣沼津市曾發(fā)生過由日本東風(fēng)螺(Babyloniajaponica)引起食物中毒,中毒原因經(jīng)十年研究,查明是由Neosurugatoxin(48)和Prosurugatoxin(49)引起,并確定了結(jié)構(gòu)。Neosurugatoxin0.2～0.3μg可使小鼠瞳孔完全擴大,顯示阿托品10倍的活性,對煙堿受體有特異作用,其活性是現(xiàn)在作為廣泛使用的神阻斷劑的1000倍,是可望成為特異性優(yōu)良的生化試劑,但其很容易轉(zhuǎn)換成無毒的駿河毒素Surugatoxin(50),追探其毒化原因是由于螺消化管內(nèi)棒形菌(Coryneform)產(chǎn)生兩個活性成分。3化合物的溶血性小定鞭金藻(Prymnesiumparvum)1947年曾在以色列引起赤潮,并很快蔓延全國,使大量魚死亡。從那時起人們就開始對其毒素進行化學(xué)、藥理研究,直到1982年由日本的安元氏培養(yǎng)了該種并進行了毒素的精制,獲得具極強溶血活性的化合物HemolysinIa、Ib、。該化合物酷似高等植物光合作用中的中間產(chǎn)物,糖連結(jié)方式是β連接,帶有一分子高度不飽和脂肪酸的酯。有些甲藻中也存在這種類型毒素,1987年安元氏又從卡氏前溝藻Amphidiniumcarteri中也分離出2種溶血性半乳糖甘油酯Ⅰ、Ⅱ(53)、(54)。4紫貽貝的毒化1987年11月在加拿大大西洋沿岸發(fā)生一樁奇特的中毒事件,中毒癥狀是腹痛、拉痢、嘔吐且同時記憶喪失,意識障害,重癥者處于昏睡狀態(tài),2w內(nèi)3人死亡。這種貝中毒以記憶喪失為顯著的特征:因而稱為記喪失憶性貝毒。中毒面波及153人,引起社會的重視,立即組織力量進行研究,在很短時間內(nèi)找出原因,是食用了紫貽貝Mytilusedulis,而這種貝由于攝食形成赤潮的多系型尖刺菱形藻(Nitzchiapungensformamultiserie被毒化,硅藻中有毒成分是domoicacid(55),這個化合物最早由日本人從紅藻樹枝軟骨藻(Chondriaarmata)作為驅(qū)蟲成分提取分離出,值得注意的是它也是中樞神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的協(xié)同劑。屬此類物質(zhì)還有從海人草Digeniasimplex中提取的Kainicacid(56)。中毒者是因攝取量過多而引起,尸檢結(jié)果證實,神經(jīng)細胞破壞主要集中在腦的海馬(hippocampus)部位,下丘腦(hypothalamus)及前腦(forebrain)的一部分也被破壞。5性離子類化合物Rinehart研究發(fā)現(xiàn)泡沫節(jié)球藻毒素是一種環(huán)狀五肽,節(jié)球藻素nodularin(57)是一種肝臟毒素。Botes、Painuly和Watanabe等又從銅綠微囊藻(Mierocyatisaeruginosa)中分離出6種結(jié)構(gòu)相似的環(huán)狀七肽肚毒素MicrocystinLA、LR、YR、YA、YM、RR(58)～(63)。在熱帶、亞熱帶海生的芋螺類中,地紋芋螺Conusgeographus的刺毒曾發(fā)生過人中毒死亡的例子。日本學(xué)者從其毒腺中提取分離出抑制骨胳肌收縮的物質(zhì)(Geographutoxin,GTXⅡ)的多肽毒素。GTXI的IC503×10-8mol/L與TTX相同,其作用機理是抑制骨胳肌活動電位的發(fā)生從而抑制了骨胳肌的收縮。最近Harada從銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)TAC95及M228中分離出縮醛酸多肽(Depsipeptides)aeruginopeptin、及228A、B、。此外,又從銅綠微囊藻中分離出新的多肽9175A、B、C(68)、(69)、(70)。6ly形貌測定巨大鞘絲藻Lyngbyamajuscula深水變種能產(chǎn)生一種引起皮膚炎癥的有毒脂溶性酚類化合物,此毒素為海免毒素Aplysiatoxin(72)和去溴海兔毒素Debromoaplysiatoxin(73)。墨綠顫藻(Oscillatorianigriviricdis)和鈣生裂須藻(Schizothrixcalcicola)的混生物中,除含有上述兩種毒素外,還含有19-溴海兔毒素19-bromoaplysiatoxin(74),19,21-二溴海兔毒素19,21-dibromoaplysiatoxin(75),顫藻毒素AA)(76),21-溴顫藻素A(21-bromooscillatoxinA)(77),19,21二溴顫藻素A(19,21-dibromo