新發現肉毒桿菌毒素的又一個醫療用途

來源：作者：人氣：-發表時間：2023-12-20 09:32:00【大中小】

摘要：PSI的研究人員發現了一種令人驚訝的方法，可以擴大肉毒桿菌毒素A1(俗稱肉毒桿菌素)作為一種活性物質的醫療用途。

PSI的研究人員發現了一種令人驚訝的方法，可以擴大肉毒桿菌毒素A1(俗稱肉毒桿菌素)作為一種活性物質的醫療用途。他們已經開發出類似抗體的蛋白質，可以加速這種酶對神經信號傳遞的作用。舉例來說，這表明肉毒桿菌毒素可能能夠比以前更快地緩解疼痛。這項研究現已發表在該雜志上Nature Communications。

肉毒桿菌神經毒素A1，更廣為人知的商標是肉毒桿菌，實際上是一種由細菌產生的神經毒素。它作為一種化妝品獲得了廣泛的公眾意識。許多人把它注射到皺紋中，讓他們看起來更年輕。這種物質阻斷了從神經到肌肉的信號傳遞，從而放松肌肉，使面部特征看起來平滑。鮮為人知的是:肉毒桿菌素也經常用于治療藥物中，用于治療可追溯到肌肉痙攣或神經信號錯誤的疾病，包括疼痛、痙攣、膀胱無力、磨牙和錯位，例如眼睛。肉毒桿菌素甚至被用于治療胃癌，以阻斷迷走神經，從而減緩腫瘤的生長。

圖1 DARPin促進肉毒桿菌神經毒素A1作用的更快發作

在任何治療中，以非常有針對性的方式和謹慎的劑量使用這種高效藥物是至關重要的，因為肉毒桿菌毒素是所有天然神經毒素中最有效的，它可能導致臨床上稱為肉毒中毒的危險癱瘓。只要靜脈注射100毫微克左右就足以殺死一個人，因為這種毒素會使呼吸肌和其他肌肉癱瘓。

不同種類的肉毒桿菌

肉毒桿菌神經毒素被分為7個所謂的血清型組，用字母A到G來表示。化妝品中使用的肉毒桿菌毒素來自第一組。確切地說，它被指定為亞型A1。眾所周知，另外三種血清型——B型、E型和F型——也會導致人體肉毒中毒，其中E型和F型的作用速度明顯快于A型和B型，但作用時間短于A型和B型。效果在幾小時后就會起作用，持續幾周，這為疼痛治療和整形外科等領域開辟了重要的選擇。C型和D型對鳥類等一些動物有效;到目前為止，還沒有G型肉毒桿菌中毒的病例。

血清型主要由不同的肉毒桿菌菌株產生。這些微生物是厭氧繁殖的，也就是說，在沒有氧氣的情況下，它們主要存在于土壤、海洋和河流沉積物中。如果它們進入食品并儲存在密封容器中，就像保存產品一樣，就有被毒素污染的風險。食用它會導致肉毒中毒。然而，這種疾病很少發生;在過去的十年里，瑞士每年只有一到兩個病例。

令人驚訝的結果

在一個研究項目中，由PSI生物分子研究實驗室的Richard Kammerer領導的一個團隊想要調查是否有可能影響毒素的作用。為此，我們與蘇黎世大學的生物化學家Andreas Plückthun一起生產了25個所謂的DARPins。

DARPins是人工制造的小蛋白質，其作用與抗體相似。它們用于治療和診斷以及基礎醫學研究。

他們的想法是通過切割特定的蛋白質，找到選擇性地與肉毒桿菌A1血清型的所謂催化區域結合的DARPins，這部分酶負責對神經產生影響。“我們預計DARPins會抑制這一功能。在體外——也就是說，在試管中的單個樣本上——我們已經確定了一種合適的候選藥物，可以限制肉毒桿菌毒素的功能，”Kammerer說。

通過PSI的瑞士光源SLS的研究，研究人員能夠精確地觀察到DARPin和催化結構域的復合物，直到分子水平，并找出DARPin如何阻止裂解。但是，當研究人員與意大利帕多瓦大學生物醫學研究所的一個團隊合作，在細胞培養中測試這種DARPin時，一種完全不同的效果——實際上是相反的——突然變得明顯起來:肉毒桿菌毒素的毒性作用——對神經信號傳遞很重要的蛋白質的切割——比平時更快地起作用。

圖2 DARPin-F5對BoNT/A1和重組LC/A1的酶活性的抑制作用

“起初，我們認為我們做錯了什么，”該研究的第一作者、PSI生物分子研究實驗室的博士后研究員Oneda Leka說。但進一步的實驗證實了這個矛盾的發現:肉毒桿菌酶的毒性不但沒有減弱，反而加速了。

現在，研究人員用真正的肌肉——小鼠的橫膈膜——重復了這個實驗。這些細胞在營養液中可以保存很長時間，是測試神經毒素影響的理想模型。這里的結果也表明，使用DARPin后，毒素的麻痹效果比使用DARPin快兩倍多。

肉毒桿菌療法的新選擇

現在最大的問題是:為什么會這樣?可能的解釋是非常復雜的生物化學。簡單地說，就是DARPins實際上以一種方式破壞毒素的穩定，使它們更快地被運送到神經細胞內部。因此，毒素會更快地起作用。

“出于這個原因，我們認為DARPin可以擴大肉毒桿菌神經毒素的可能用途范圍，”Oneda Leka說。盡管研究人員沒有在本研究的框架內進行任何比較測試，但似乎含有DARPin的肉毒桿菌神經毒素A1比沒有抗體的A1起作用要快得多。與此同時，效果的持續時間比E和f的持續時間要長得多。因此，這種DARPin的添加提供了一種介于血清型A和血清型E和f之間的中間變體。這一結果出人意料，為治療多種疾病開辟了新的可能性。Richard Kammerer說:“在止痛藥中，一種添加劑可以加速一種長效的、非常有效的藥物的效果，這可能是我們感興趣的。”

參考資料

[1] A DARPin promotes faster onset of botulinum neurotoxin A1 action