文章导读蛇毒既是致命武器也是药物宝库。蝰科 (Viperidae) 蛇毒富含蛋白质可引发从局部过敏、皮炎到严重出血、坏死乃至呼吸衰竭等一系列剧烈反应。然而部分毒性活性分子已被成功用于治疗高血压和心力衰竭——著名的抗高血压药物卡托普利其研发灵感便源于巴西矛头蝮 (Bothrops jararaca) 毒液中的缓激肽增强因子。矛头蝮属 (Bothrops) 是拉丁美洲最具多样性的毒蛇类群之一其中巴西矛头蝮与南美蝮蛇 (Bothrops asper) 是当地蛇伤事故的主要肇事者。尽管高通量测序技术已使科学家能够深入解析巴西矛头蝮的毒腺转录组但南美蝮蛇的相关研究仍相对匮乏此前多集中于高丰度毒素大量低丰度蛋白尚属未知。2024年发表在Toxins的这项研究首次对南美蝮蛇毒腺转录组进行从头组装并与巴西矛头蝮展开比较旨在发掘那些可能影响毒性差异却长期被忽视的“小众”蛋白为改进抗蛇毒血清疗法提供新线索。图1. 毒腺转录组分析路线图研究过程与结果为全面捕捉毒腺中表达的基因信息研究者从NCBI 公共数据库获取了两种蛇的毒腺RNA 测序原始数据——南美蝮蛇约1329万条、巴西矛头蝮约1657万条双端测序读段。通过Trinity 软件进行从头组装分别获得54,771条和76,821条重叠群 (contigs)N50 长度 (评估组装连续性的指标) 分别为1453 bp 和1678 bp表明组装质量良好与已发表的其他蝰蛇毒腺转录组相当。随后利用BUSCO 工具以真核生物通用单拷贝直系同源基因集为参照评估转录组完整性南美蝮蛇和巴西矛头蝮的完整基因比例分别达到79.2%和89.4%。虽然使用更特异的蜥形纲 (Sauropsida) 基因集时比例有所下降 (分别为40.2%和50.2%)但这符合特定组织 (毒腺) 转录组的预期特征总体数据质量可靠。图2. 利用BUSCO 工具评估转录组的完整性在蛋白鉴定环节研究者将组装好的转录本与NCBI 非冗余蛋白数据库进行比对发现金属蛋白酶 (SVMP) 和丝氨酸蛋白酶 (SVSP) 是两种毒液中占比最高的毒素这与矛头蝮属已知的毒液特征一致。而C型凝集素 (CTL) 和磷脂酶A2 (PLA2) 的转录本比例在种间存在明显差异可能反映了地理分布、年龄或食性等因素对毒液组成的影响。图3. 南美蝮蛇 (Bothrops asper) 和巴西矛头蝮 (Bothrops jararaca) 毒腺转录组中各类毒素的转录本丰度分布研究的核心亮点在于除了这些已知主要毒素团队还通过精细的生物信息学分析鉴定出一批在蛇毒中此前未被报道或极少被关注的潜在毒性蛋白包括芳基硫酸酯酶 (arylsulfatase)、二氢乳清酸脱氢酶 (dihydroorotate dehydrogenase)、甘油磷酸二酯磷酸二酯酶 (GDPD) 以及过敏原5/抗原5 相关蛋白等。这些蛋白在其他生物 (如细菌、水母、昆虫或蜘蛛) 中已知具有破坏细胞膜、调节离子通道或降解细胞外基质等功能但在矛头蝮蛇毒中尚属首次发现。为进一步验证这些新发现蛋白的结构特征研究者利用Pfam 数据库预测了其保守结构域并通过多序列比对将它们与已知同源蛋白进行比较。例如在比对磷脂酶A2 时发现了与神经毒性蛇种——太攀蛇 (Oxyuranus scutellatus) 不同的活性位点变异推测这可能是矛头蝮属特有的肌毒性亚型。对于鞘磷脂酶D尽管与蜘蛛毒素 (棕隐蛛) 的同源性较低但比对结果显示南美蝮蛇和巴西矛头蝮的转录本中确实包含甘油磷酸二酯磷酸二酯酶样片段这可能源于细菌与毒腺的共生关系——某些细菌已进化出耐受蛇毒的能力并可能在毒液中贡献额外的酶活性。图4. 磷脂酶A2 的多序列比对尤其值得关注的是芳基硫酸酯酶I。研究从南美蝮蛇和巴西矛头蝮的转录本中均找到了与该酶高度匹配的序列其中部分片段与眼镜王蛇 (Ophiophagus hannah) 的芳基硫酸酯酶B 具有显著相似性。已知眼镜王蛇毒中的这种酶能降解结缔组织中的硫酸糖胺聚糖导致组织破坏。由此推测矛头蝮毒液中的芳基硫酸酯酶可能扮演类似角色加剧局部组织损伤。此外研究者还发现了与昆虫抗原5 同源的CRISP 家族蛋白以及带有Ly6/PLAUR 结构域的类三指毒素 (SnTx-3)后者虽在蝰蛇中含量很低却可能对鸟类和爬行动物具有神经毒性。图5. 两种矛头蝮重叠群与眼镜王蛇 (Ophiophagus hannah) 芳基硫酸酯酶I 的比对研究结论本研究首次完成了南美蝮蛇毒腺转录组的从头组装并更新了巴西矛头蝮的转录组数据为全面解析矛头蝮属毒液蛋白谱系提供了新框架。通过跨物种毒素结构域比对挖掘出多种此前未详细描述的低丰度蛋白包括新型磷脂酶A2 亚型、芳基硫酸酯酶、甘油磷酸二酯磷酸二酯酶、过敏原5/抗原5 相关蛋白以及CD59/Ly6 样三指毒素类似物表明即使研究较深的蛇种其毒液中仍潜藏着可能协同或附加作用的功能分子。这一发现对抗蛇毒血清优化具有现实意义现有血清主要中和高丰度毒素对低丰度蛋白覆盖不足这可能解释部分患者治疗后仍出现凝血异常、组织坏死等并发症本研究所鉴定的芳基硫酸酯酶等蛋白或可成为新治疗靶点未来若开发相应特异性抑制剂并与传统血清联用有望提高疗效并减轻后遗症。当然新蛋白的确切功能与毒理尚需体外和动物实验验证后续拟通过三维结构建模和分子对接模拟深入解析其作用机制。总体而言本研究不仅深化了对蝮蛇毒液复杂性的认知也为新型抗蛇毒制剂的研发指明了新方向。文章链接https://www.mdpi.com/2072-6651/16/12/511期刊Toxins期刊主页https://www.mdpi.com/journal/toxins​主编Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。2025 Impact Factor4.02025 CiteScore8.3Time to First Decision18 DaysAcceptance to Publication3.6 Days本文转自MDPI生物与生命科学仅供学习交流