海洋毒素的化学结构与药物毒性

海洋毒素的化学结构与药物毒性

几十年前，人们对海洋中的毒含量进行了研究，含量很低，结构也很复杂，因此发展缓慢。近年,由于新的分离技术和新的物理分析方法的应用,各种微量毒素成分结构得以测定,因而使得海洋毒素的研究有了飞跃的发展,成为海洋生物活性物质中研究进展最为迅速的领域。不但从中发现许多结构新颖且有特殊生理活性物质,同时根据毒素的结构特点开发出各种微量定量法,对于毒性的监督,防止中毒发生及养殖业发展作出了重大贡献。进一步利用这些微量定量法追查了由于食物链及共生微生物的毒化作用而引起中毒的机理,探明了海洋生态系的毒物动态。因此其研究成果涉及到食品卫生、沿岸渔业、天然产物化学和药理学等领域,引起各界学者的重视。本文对海洋毒素研究的状况,按其化学结构特点,作一简介。1海产鱼毒性成分mtx的分子信息西加毒素(1)(Ciguatoxin,CTX)是自然毒中毒分布最广的一种,每年大约有2～5万人受害,其症状主要是泻痢、呕吐等消化系症状,继而出现血压下降、脉博减缓的循环系统症状,还有知觉异常等神经系统的症状,症状恢复较慢,但死亡者较少见。早在60年代,夏威夷大学教授Scheuer首次从中毒的鱼中分离出这种毒素,并推测分子内有多数醚结合的化合物。由于毒素含量低,毒鱼来源又困难,一直没有搞清其结构。十几年后,日本学者在鱼毒化较严重的法国的玻利亚冈比斯岛发现是由于鱼吃了附着性具毒似翼藻(Gambierdiscustoxicus),即中毒是食物链所致,于是又着手搞到毒性最强的爪哇裸胸鳝(Gymnothoraxjavanicus)870条,取出内脏125kg,终于分离出0.35mgCTX,同时又从天然的G.toxicus中提得CTX的类似物Gambiertoxin(GT4b)(2)0.74mg,于是对不足1mg的样品进行复杂大分子结构测定的工作,直到八十年代末,才将结构搞清。清CTX小白鼠腹腔内投入最小致死量0.35μg/kg,为河豚毒素的30倍还强,推测人经口投入最小致病量约为70ng。(Ctenochatusstriatus)中发现的,与CTX为主要成分肉食鱼的中毒症状不同而引起注意的,分子是带有2个硫酸酯、分子量3434巨大聚醚化合物(3).目前MTX的绝对构造及2位的立体问题尚未阐明。MTX小白鼠腹腔内投入最小致死量50ng/kg,比河豚毒素的200倍还强,是非蛋白性毒素中最强的。特别引人注目的是MTX影响细胞膜的Ca2+的出入,引起药物界极大重视,人们正期待着由MTX来阐明细胞信息传递的新的机理,有机化学家正致力于MTX的合成。在探讨产生CTX的生物时,双从G.toxicus的GⅡ的培养液中分离出一种与CTX相似,醚环梯状连接起大分子化合物,但其分子末端被氧化成一COOH.且有一个孤立环的GambiericacidA、B、C、D(6)(7),最引人注目的是它具有非常强的抗霉菌活性。1976年6月在日本宫城县发生紫贻贝(MytilusedulisLinnaeus)致食物中毒,症状是腹泻,又因是双壳贝引起,称为致泻性贝毒。除日本以外,世界其它各地也有发生,欧州每年有5000人左右中毒,当时认为此种毒素是致癌剂,公共卫生监督部门曾要求停止双壳贝的养殖,严重威胁着双壳贝的养殖业,因而日本学者对其毒素进行系统研究,引起中毒的物质按骨架分为3群共有10种聚醚化合物。1群是由冈田矶海绵RenieraokadaiKadota分离出具细胞毒性物质大田软海绵酸Okadaicacid和轮状鳍藻毒素Dinophysistoxin;因分子结构中含有羧基(Carboxyl),探索利用了荧光微量定量法,追踪出毒化原因是由浮游生物所致,因而严格监视海水中的密度,控制了污染。但YTX的起源尚未确定。海产鱼中毒与涡鞭毛藻有关的例子非常多,人们以小白鼠致死毒性、鱼毒性、溶血性为筛选目标其中从利马原甲藻(Prorocentrumlima)中又分离出一种Okadicacid的同族体7-deoxiOkadic-acid(12)OkadicacidAthylester及二醇酯dioester,对小白鼠致死毒性。在美国的墨西哥湾沿岸,发生由短裸甲藻Ptychodiscusbrevis引起赤潮,使大量鱼和贝类死亡,像蟹及双壳贝吃了这种藻也能引起蓄积中毒,产生主要以麻痹为特征的中毒现象称为神经性贝中毒。由于它的鱼毒性特别强,引起当时好多研究组从事这项工作,先后分离到不同的短裸甲藻毒素BrevetoxinA(GB-1)、BrevetoxinB(GB一2)、BrevetoxinC、GB-3和GB-6这也是一类聚醚类化合物。2群是扇贝毒素Pectenotoxin(PeTX)类具新颖骨架大环内酯聚醚内酯类,具强的肝脏毒性;3群是Yessotoxin醚环像梯子一样连接起一的骨架,并具有硫酸基是它的特征(11)。从皮群海葵(Palythoaspp.)中分离出著名的皮群海葵毒素Palytoxin简称PTX(21),也是一类聚醚类化合物。1985年日本学者又从冲绳结节皮群海葵(Palythoatuberculosa)中分离出4种PTX的同系物,分别为Homopalytoxin、Bishomopalytoxin、neopalytoxin、deoxypalytoxin。PTX(0.15μg/kg)有使血管收缩和使冠状动脉痉挛作用,此外有显著的细胞毒活性。1991年4月,在关岛因真江蓠(GracilariaconfervoidesGreville)近缘种多穴藻属Polycavernosatsudai引起食物中毒,13人中毒,3人死亡。因这种藻在世界各地都有分布,且是广泛食用的海藻,查明中毒原因是非常重要的。在中毒发生后,从P.tsudai中分离出命之为Polycarefnoside的致毒物质(26),分子中也含有醚环及醚接合,还含有三烯烃triene,推定其平面结构如图所示。河豚毒素(Tetrodotoxin,TTX)(27)是人们最熟悉的一种天然毒素,它的结构早在64年就已确定,后又进行了人工合成。河豚鱼肉是日本人喜受的高级佳肴,到现在为止,中毒并未全部灭绝,主要原因就是其毒性有显著的个体差和地域差,因而追究TTX的起源及外因性的影响,从食物链及共生微生物着手研究,首先找到一种高灵敏度、高特异性的分析方法,TTX在含量非常低的时候就能测出,不仅可测鱼中、且鱼的饵料藻中微量毒素也可测,利用此方法查明了河豚毒的起源是由于细菌,并对TTX生物合成及代谢进行探讨,从中又分离出5种天然同族体并确定了结构(28)～(33)。另外还从哥斯达黎加产的Alelopuschiriquiensis中分离出同族化合物Chiriquitoxin(34)。由浮游生物引起双壳贝类毒化,引起麻痹性贝毒也是很早就为人们所知,40年代就确定了原因种。最初分离的毒素是从石房蛤Saxidomusgiganteus得到,命名为石房蛤毒素(Saxitoxin,STX),1975年确定了结构,在相当长的一段时间内,认为麻痹性贝毒的主体就是STX,直到1980年由清水氏确定了麻痹性贝毒是一群,又分离出neosaxitoxingonyautoxin(Ⅰ—Ⅳ)～。1982年又分离出gon.ⅤⅥⅦ(41)～(43),分子中的氨基甲酰基carbamoyl与硫酸结合在一起,这类被水解后失去硫酸基转换成毒性强的STX、neoSTX、gon、Ⅲ。STX对小白鼠LD50为9μg/kg与TTX同样选择性阻止Na+的流入,也可考虑用来作药理工具用。有人报道STX是一种生物碱毒素。现也利用微量荧光定量法,可准确迅速地监视贝毒,用这种方法查出由于贝类的饵料海藻及蟹分离出细菌是麻痹性贝毒产生的原因。水华鱼腥藻(Anabaenaflosaquae)所产生的毒素是一种鱼腥藻毒素anatoxin(44),亦是生物碱类神经毒。巨大鞘丝藻的浅水变种含有一种含氮毒素,它是一种吲哚生物碱,鞘丝藻毒素A(LyngbyatoxinA)(45)。1979年在澳大利亚的Palm岛,人们因饮用贮水池的水而发生肝中毒的事件,经调查是与微囊属(Microcystis)不同的蓝藻Cylindropernopsisraciborskii引起,以前不知这种藻还有毒性,从中分离出含氮化合物Cylindrospermopsin(46)。另外在涡鞭毛藻的筛选过程中,从利马原甲藻(Prorocentrumlima)中分离出一种新颖的含氮的大环内酯Prorocentrolide(47)。1965年日本静冈县沼津市曾发生过由日本东风螺(Babyloniajaponica)引起食物中毒,中毒原因经十年研究,查明是由Neosurugatoxin(48)和Prosurugatoxin(49)引起,并确定了结构。Neosurugatoxin0.2～0.3μg可使小鼠瞳孔完全扩大,显示阿托品10倍的活性,对烟碱受体有特异作用,其活性是现在作为广泛使用的神阻断剂的1000倍,是可望成为特异性优良的生化试剂,但其很容易转换成无毒的骏河毒素Surugatoxin(50),追探其毒化原因是由于螺消化管内棒形菌(Coryneform)产生两个活性成分。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,并很快蔓延全国,使大量鱼死亡。从那时起人们就开始对其毒素进行化学、药理研究,直到1982年由日本的安元氏培养了该种并进行了毒素的精制,获得具极强溶血活性的化合物HemolysinIa、Ib、。该化合物酷似高等植物光合作用中的中间产物,糖连结方式是β连接,带有一分子高度不饱和脂肪酸的酯。有些甲藻中也存在这种类型毒素,1987年安元氏又从卡氏前沟藻Amphidiniumcarteri中也分离出2种溶血性半乳糖甘油酯Ⅰ、Ⅱ(53)、(54)。4紫贻贝的毒化1987年11月在加拿大大西洋沿岸发生一桩奇特的中毒事件,中毒症状是腹痛、拉痢、呕吐且同时记忆丧失,意识障害,重症者处于昏睡状态,2w内3人死亡。这种贝中毒以记忆丧失为显著的特征:因而称为记丧失忆性贝毒。中毒面波及153人,引起社会的重视,立即组织力量进行研究,在很短时间内找出原因,是食用了紫贻贝Mytilusedulis,而这种贝由于摄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),这个化合物最早由日本人从红藻树枝软骨藻(Chondriaarmata)作为驱虫成分提取分离出,值得注意的是它也是中枢神经递质谷氨酸的协同剂。属此类物质还有从海人草Digeniasimplex中提取的Kainicacid(56)。中毒者是因摄取量过多而引起,尸检结果证实,神经细胞破坏主要集中在脑的海马(hippocampus)部位,下丘脑(hypothalamus)及前脑(forebrain)的一部分也被破坏。5性离子类化合物Rinehart研究发现泡沫节球藻毒素是一种环状五肽,节球藻素nodularin(57)是一种肝脏毒素。Botes、Painuly和Watanabe等又从铜绿微囊藻(Mierocyatisaeruginosa)中分离出6种结构相似的环状七肽肚毒素MicrocystinLA、LR、YR、YA、YM、RR(58)～(63)。在热带、亚热带海生的芋螺类中,地纹芋螺Conusgeographus的刺毒曾发生过人中毒死亡的例子。日本学者从其毒腺中提取分离出抑制骨胳肌收缩的物质(Geographutoxin,GTXⅡ)的多肽毒素。GTXI的IC503×10-8mol/L与TTX相同,其作用机理是抑制骨胳肌活动电位的发生从而抑制了骨胳肌的收缩。最近Harada从铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)TAC95及M228中分离出缩醛酸多肽(Depsipeptides)aeruginopeptin、及228A、B、。此外,又从铜绿微囊藻中分离出新的多肽9175A、B、C(68)、(69)、(70)。6ly形貌测定巨大鞘丝藻Lyngbyamajuscula深水变种能产生一种引起皮肤炎症的有毒脂溶性酚类化合物,此毒素为海免毒素Aplysiatoxin(72)和去溴海兔毒素Debromoaplysiatoxin(73)。墨绿颤藻(Oscillatorianigriviricdis)和钙生裂须藻(Schizothrixcalcicola)的混生物中,除含有上述两种毒素外,还含有19-溴海兔毒素19-bromoaplysiatoxin(74),19,21-二溴海兔毒素19,21-dibromoaplysiatoxin(75),颤藻毒素AA)(76),21-溴颤藻素A(21-bromooscillatoxinA)(77),19,21二溴颤藻素A(19,21-dibromo