蛇毒中含有水解羧酯鍵的酶類,水解的底物為磷脂、乙酰膽堿和芳香乙酸酯。這類酶 包括3種:即磷脂酶、乙酰膽堿酯酶和芳香酯酶。蛇毒中的精氨酸酯酶雖然也能水解人工 合成的精氨酸或賴氨酸酯,但它更主要的是水解自然界中的蛋白質肽鍵,所以屬于蛋白酶 類。這里討論的酶類只作用于酯類底物,不能對任何肽鍵起作用。在這類酶中,乙酰膽堿 酯酶和磷脂酶的生物學功能較重要,已得到充分的研究。有些蛇毒有很強的芳香酯酶活 性,它們能水解對-硝基苯乙酯、a-或P-萘乙酸酯和吲哚乙酯。現在還不知道這種活性是由 獨立的酶產生的還是已知的羧酸酯酶的副作用,更不知道這種酶的生物學意義是什么。用 日本蝮蛇 蛇毒與底物對-硝基苯乙酯、吲哚乙酯反應,沒有發現有水解 產物對-硝基苯酚和吲哚酚;相反,這些酯如果與眼鏡蛇舟山亞種 蛇毒和 銀環蛇 蛇毒作用則會很快被水解。已知這些眼鏡蛇毒有很強的 膽堿酯酶活性,水解上述底物可能是由這種酶的作用。事實上,Mclean等(1971)報道,很 多屬于眼鏡蛇科的蛇毒都能水解吲哚乙酯、萘乙酯和萘丁酯,這些蛇毒來自:眼鏡蛇 、黑頸眼鏡蛇 、黑唇眼鏡蛇 、金黃眼鏡蛇 、埃及眼鏡蛇 、眼鏡王蛇 、金環蛇 曼巴蛇黑曼巴蛇和白唇曼巴蛇(D. aw盡現在還知道東部菱斑響尾蛇
蛇毒能水解甲基吲哚乙酯,這種底物是測定血清中膽堿酯酶活性的底物,但這種 蛇毒沒有表現出膽堿酯酶活性。這說明眼鏡蛇毒中存在一種未知酯酶,它不同于膽堿酯 酶,要想搞清這種酶的本質,還要做進一步的分離工作。
一、磷脂酶A2
(—)概述
磷脂酶是指能夠水解磷酸甘油酯的酶。自然界中有5種磷脂酶,即磷脂酶A2、磷脂酶
A,、磷脂酶B、磷脂酶C和磷脂酶D。蛇毒中主要含磷脂酶A2(PLA2),有極少數蛇毒含磷 脂酶B,其他幾種磷脂酶主要在動物組織和細菌中。圖3-11-4說明了這幾種磷脂酶對底 物水解的作用部位。
在磷脂酶中,PLA2研究得較多,它可能是蛇毒中研究最多的一種酶,它的底物為Sn- 3-磷酸甘油酯 第2位上的酯鍵。這種酶廣泛存在于蛇毒、蜂毒、蝎毒和動物組織中,四科蛇 毒中均含有豐富的PLA2。由于這種酶使紅細胞破裂引起溶血,所以也把它稱為“溶血 素”,也有人把PLA2稱為溶血卵磷脂酶。
Ludeeke首先發現蛇毒通過酶可以對卵磷脂作用產生一種溶血性化合物,后來 Delezenne等人證明當眼鏡蛇毒作用于馬血清或卵黃時形成一種溶血物質。現在知道 PLA2可以直接作用于紅細胞膜的磷脂,破壞紅細胞膜的結構而引起直接溶血作用;也可 以作用于血清或添加的卵磷脂產生溶血卵磷脂,后者作用于紅細胞而產生間接溶血。盡管 四科蛇毒中都含有豐富的PLA2,但各種蛇毒中酶的含量稍有不同,響尾蛇(C.
蛇毒僅僅顯示弱的PLA2活性。表3-11-11例舉了我國10種主要毒蛇蛇毒 PLA2的活性比較。
表3-11-11我國10種蛇毒磷脂酶八2活力的比較
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蛇 毒 |
釋放脂 肪酸, Cjumol/mg) |
溶血活性CHU50/^g *ml) |
蛇 毒 |
釋放脂 肪酸. (^raol/mg) |
溶血活性〃 (HU50/ftg *1111) |
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Najanaja atra |
9. 62 |
11 |
Micracephal ophis |
5.10 |
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kalyspallas |
8. 68 |
2800 |
gracilis |
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V, acutus |
7. 56 |
* * # |
Ophiophagus hannah |
3.82 |
140 |
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Bnugarus fasctatus |
7,56 |
280 |
B. multicinctus |
1.96 |
280 |
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Viper a russelli |
7.03 |
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T, mucrosquamatus |
1.85 |
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Siamensis |
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T. stejnegeri |
0. 97 |
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(二)分離和純化
蛇毒中PLA2的含量較大,而且對熱、酸、堿和變性劑穩定,這樣使它們很容易被純 化分離PLA2常用的方法是先對粗毒進行凝膠過濾,然后進行離子交換層析,后一步可 以重復進行。需要注意的是,在離子交換層析后對PLA2進行冷凍干燥應該注意不要引起 的聚集,因為冷凍干燥過程中往往使體系中離子強度增大,而離子強度大是引起 PLA2聚集的重要因素。除上述一般方法外,下面一些方法也有被采用:①Wells等(1975) 用異丙醇和NdCl3沉淀法從東部菱斑響尾蛇 如蛇毒中純化出了 PLA2。②用PLA2的底物類似物為配基進行親和層析。這種配基可以與蛇毒中結合有Ca2+的PLA2結合。洗脫液多采用EDTA,除去Ca2+后的PLA2與配基 的親合力減小,可以從配基上解離出來。也有人用30%的有機溶液或6mol/L尿素作為洗 脫液。③用PheiiylSephar0SeCL-4B進行疏水層析,以除去心臟毒素中的微量PLA2。④ 以抗PLA2的抗體作配基對PLA2進行親和層析。
迄今為止已經有大量的蛇毒PLAZ被純化出來。Tu等(1977)列出了 1975年以前從 蛇毒中純化出的PLA2。近幾年,每年都有大量報道分離、純化PLA2的文章,在這里著重 討論我國學者對PLA,的分離純化工作。
陳遠聰等(1981)從浙江蝮蛇毒中分離出3種PLA2,按其等電點劃分,可分為酸性、中 性和堿性PLA2。按其毒性劃分,毒性較大的是中性PLA2,已鑒定為突觸前神經毒素—— 蝮蛇毒素(Agkistrodotoxin),毒性較低的是堿性PLA2,酸性PLA2幾乎沒有毒性。武祥福 等(1984)比較了 3種PLA2的特性,包括分子量、氨基酸組成、N末端、等電點、熱穩定性、 酶活性、毒性和溶血活性等.結果表明,它們有相似的分子量和熱穩定性,但在其他方面卻 有顯著的差別。在酶活性方面,酸性酶活性較高,堿性酶活性最低;對大白鼠紅細胞的溶血 作用堿性酶最強,中性酶次之,酸性酶幾乎不溶血。因此推測PLAZ的溶血效應與PLA2 分子的電荷有關。張景康等(1981)已經制出了 Agkistrodotoxin的晶體。涂光儔等 (1983)報道從福建產圓斑蝰蛇毒中分離純化了一個等電點為7. 6的毒性PLA£,并測定了 它的部分理化性質、氨基酸組成及N-端22個氨基酸殘基的排列順序。李躍生等(1985)從 福建產圓斑蝰蛇毒中分離純化出另一種PLA2。該PLA2*子量為13 800,等電點10. 4,比 活力為35/xnioI/miri . mg。以卵磷脂為底物,酶的最適pH為8. 0,最適溫度為65°C。小鼠 靜脈注射的LD5。為0. 5士0. 12mg/kg。此酶具有明顯的抗凝性和溶血作用。該毒性PLA2 分子由18種氨基酸的123個殘基組成,分子中富含半胱氨酸(14)、天冬氨酸(14)和甘氨 酸(12),但只含1個甲硫氨酸,其N末端為絲氨酸殘基。與涂光儔分離的PLA2相比,2種 同工酶的分子量和氨基酸殘基數目十分相近,氨基酸組成也很相似,但天冬氨酸和脯氨酸 殘基的數量有一些差異。廣西眼鏡王蛇 蛇毒含有豐富的PLA2,舒 雨雁等(1989)從該毒中分離出一種PLA2,比活性較原毒提髙3. 6倍,分子量為13 000, 由122個氨基酸殘基組成,等電點為8. 9,具有良好的熱穩定性。從堿性PLA2對紅細胞影 響的電鏡觀察可見,對人的紅細胞膜有明顯的作用,而對山羊紅細胞作用不明顯,該 PLA2無論對人還是對山羊、兔和豚鼠紅細胞電泳速度都有明顯的遲緩作用。Chen等 (1989)最近從尖吻蝮 蛇毒中分離出一種酸性PLA2,用凝膠過濾測 定的分子量為16 900,SDS凝膠電泳測定的分子量為16 400,等電點為4. 9,該酶N端的10個氨基酸順序與從響尾蛇科其他來源的PLA2相似。該酶能抑制由ADP、膠原蛋白和 花生四烯酸鈉誘導的血小板聚集,當PLA2濃度在10/xg/ml?lOOjug/ml時,血小板聚集 徹底被抑制。如果用洗滌的血小板為材料,PLA2在20Mg/ml濃度也不能抑制聚集。阿斯 匹林是環氧酶的抑制劑,可以抑制PLA2對血小板的作用,PLA2可能是通過水解出花生 四烯酸合成血栓素A2來抑制血小板的聚集作用的。用圓二色性、熒光、紫外光吸收等手 段研究了浙江產蝮蛇毒堿性PLA2的溶液構象,實驗結果顯示此酶的主鏈構象和其他種 屬來源的同類酶相似,骨架構象具良好的抗熱性,在酸性環境中產生的構象變化為可逆 的。激活劑Ca2+和酶的結合不影響色氨酸殘基的環境,抑制劑,Zn2+則與此相反。溶液pH 值影響酶活性的方式與上述試劑不同。
在蛇毒PLA2純化過程中一個明顯的現象是一種蛇毒中含有2個或2個以上的 PLA2洗脫峰。這種現象有如下幾種解釋:①由于存在同工酶引起;②一種PLA2通過自身 聚合成為多種分子量大小的PLA2混合物,其分子量多在9 000?40 000范圍內;③ PLA2與其他蛇毒組分結合使PLA2復雜化;④由于PLA2中的酰胺鍵被水解引起電荷的 改變。①和②兩種情況普遍存在,只有少數例外,如CrWa/w 蛇毒中的PLA2就不會
出現①和②兩種情況。已經發現的 第③種情況見于下列蛇的蛇毒中的PLA2:泰攀蛇 (Oxyuranus scutellatus)、異澳蛇(Parademansia microlepidota)、矛頭複(Bothrops a^>er)、巴勒斯坦蝰蛇 、沙蝰 、恐怖響尾蛇 . km。
第④種情況的結果使PLA2在電泳過程中遷移速 度發生變化,但氨基酸組成沒有改變。肽鏈可以因為被水解而斷裂,但一般地說仍然被二 硫鍵聯結在一起。東部萎斑響尾蛇蛇毒含有兩種形式的PLA2,分 別稱之為a型和p型PLA2,這兩種PLA2僅是一個氨基酸之差,即一種PLA2分子中的谷 氨酰胺在另一種PLA2中被谷氨酸取代。盡管對于這種差別的確切原因還不清楚,但一般 認為與PLA2被脫去氨基有關。巴勒斯坦蝰蛇 蛇毒中的PLA2如與粗毒 一起保溫,其酶分子中竣基會變得比原來多。從C. 蛇毒中分離出的PLA2具有兩種不同的N端,其分子量為30 000。這種現象可能因為該PLA2以不對稱的 二聚體形式存在所致,與東部菱斑響尾蛇 和西部菱斑響尾蛇 蛇毒中PLA2形成的對稱二聚體相似。亞洲眼鏡蛇 是由許多亞種組成,有些 在分類上還不十分確定。例如過去所說的眼鏡蛇外里海亞種 現在認
為應歸于外里海眼鏡蛇 。由于亞種繁多,而且相互混在一起,這樣使蛇毒的組 成因來源不同而相差很大,PLA2同工酶含量也較多。例如眼鏡蛇 蛇毒
中就至少發現9種r^ll種PLA2同工酶,眼鏡蛇外里海亞種 蛇毒中 發現存在7種同工酶。Durkin等(1981)對不同類蛇毒中PLA2含量和同工酶數量進行了 研究,包括18種眼鏡蛇毒,3種曼巴屬蛇毒,5種蝰蛇毒,16種響尾蛇毒和 3種海蛇毒。總的來說眼鏡蛇毒PLA2活性高,同工酶多,蝰蛇毒PLA2活性和同工酶種類 中等,曼巴屬蛇毒和響尾蛇毒PLA2的活性很低或沒有PLA2活性,海蛇毒PLA2活性也 較低。
近些年來,不人報道蛇毒中的PLA2以活性二聚體形式存在,如東部菱班響尾蛇 (C. 蛇毒中含有a型和P型PLA2,均由兩個相同亞基組成,僅二聚體酶才有
活性。Shen等也提出該蛇蛇毒的PLA2只有二聚體是酶的活性形式。空間結構的研究也 證明西部菱斑響尾蛇 的PLA2以二聚體形式存在。食魚複
蛇毒有兩種不同的PLA^Ei和E2,其中仏以二聚體形式存在,二聚體有活 性,其解離后的單體無活性。路英華等(1980對E的理化性質和反應動力學進行了進一 步的研究。Jayanthi等(1989)從圓斑蝰 蛇毒中分離出一種堿性PLA2(VRVPL-V),單體PLA2的分子量為10 000,具有致死、抗凝和水腫作用。該酶在PH4. 8 條件下可以聚集成不同分子量的聚合體,隨著溫度的升高聚合程度也增大,聚合物的分子 量也增大。在96°C條件下生成的聚合物分子量為53 100,這種聚合物PLA2活性增大兩 倍,而神經毒性消失。聚合態的PLA2抗凝活性增加,但水腫作用降低。Theodro等 (1985)用熒光素異硫氰酸鹽為標志物證明從印度眼鏡蛇蛇毒中分離出 的PLA2在測定活性的條件下也以聚合物的形式存在。這方面的例子還有很多。




