全世界約有蛇類3300種，我國有210多種，其中毒蛇種類57種，劇毒蛇類10種。

       每年有120萬~550萬例蛇咬傷患者，42.1萬～184.1萬例蛇傷中毒患者，2萬～9.4萬例患者因蛇傷致死。

       中國蛇咬傷發(fā)病率為0.3% ，個(gè)別高發(fā)區(qū)可達(dá)3.3% ，每年被毒蛇咬傷的患者多達(dá)10萬人以上。

       蛇毒具有藥用和科研價(jià)值，某些蛇毒比黃金還貴，例如：眼睛王蛇的蛇毒每克可達(dá)到3785美金，珊瑚蛇毒每克可達(dá)到4000美金。被毒蛇咬傷可能是致命的，毒蛇咬傷的臨床表現(xiàn)從輕微癥狀到病情惡化，如果不及時(shí)采取措施干預(yù)，患者將面臨死亡的威脅。

       01

       蛇毒液來源和藥理學(xué)

       蛇毒是一類包含蛋白質(zhì)、多肽和金屬離子等成份的混合物。毒液成分被表達(dá)和儲存在毒腺，并一直駐留在其中，在生物體需要時(shí)通過注射系統(tǒng)將其輸送到另一個(gè)生物體內(nèi)。這導(dǎo)致了穩(wěn)定折疊的選擇，以保持活性構(gòu)象的肽成分隨時(shí)可用。因此，毒液同源體比它們的軀體同源體更穩(wěn)定。例如，曼巴蛇毒的利鈉肽在大鼠血漿中可以穩(wěn)定幾個(gè)小時(shí)，而腦和心房中的利鈉肽在一小時(shí)內(nèi)就會降解。

       圖1. (A) 藍(lán)環(huán)章魚(B)南部銅頭蛇(C)翼獅魚；(D)印度刺孔蟲(E)眼鏡蛇(F)歐洲黃蜂；(G)白斑水母(H)巨屋蛛(I)巨林蝎；(J)Heloderma suspectum(K)中國紅發(fā)蜈蚣(L)海地溝齒鼩

       02

       毒液應(yīng)用于藥物發(fā)現(xiàn)

       來自不同物種的趨同進(jìn)化（圖1）導(dǎo)致了在一系列物種譜系中毒液成分的不同。對于藥物發(fā)現(xiàn)來說，這意味著有一個(gè)多樣性的化合物庫，可能包含數(shù)百萬種化合物（來自目前已知的約22萬種有毒物種中）。

       達(dá)令唐斯漏斗網(wǎng)蜘蛛的毒液含有超過3000種不同的肽，錐螺有超過1000種毒液肽，鴨嘴獸毒液有來自13個(gè)不同科的83個(gè)多肽。那么，如果毒液在這么多人中造成高死亡率和發(fā)病率，為什么毒液成分會被認(rèn)為是潛在的藥物呢？

       從藥理學(xué)的角度來看這個(gè)問題，接受隨機(jī)劑量的具有藥理活性的復(fù)雜混合物是危險(xiǎn)的。如果能提取出單一純化合物，并給予合適的劑量，也許可以滿足藥物的安全性和有效性。因此，在藥物發(fā)現(xiàn)科學(xué)家的手中，它們的真正潛力正在實(shí)現(xiàn)。

       圖2. 列舉的臨床藥物或上市藥物的毒素及衍生化合物

       03

       從蛇毒液中獲得批準(zhǔn)的藥物

       目前有許多已獲批準(zhǔn)的藥物都起源于毒液成分，從小分子到多肽和蛋白質(zhì)。特別是在肽療法方面，有一些來自已被批準(zhǔn)用于臨床使用的毒液蛋白，來自蛇、錐螺等。

       抗高血壓藥物

       卡托普利（Captopril）是一種血管緊張素原轉(zhuǎn)換酶(ACE)抑制劑，是首 個(gè)成功地從毒液中提取的治療藥物。這是從箭頭坑蝰蛇（Bothrops jararaca）的毒液中分離出來的短的、含有脯氨酸的增強(qiáng)肽；后根據(jù)卡托普利改良得到雷米普利。

       治療心絞痛的藥物

       心絞痛藥物Aggrestat^®(替羅非班)和Integrilin^®(依替非替肽)是通過結(jié)合aIIbb3受體阻斷血小板聚集，從而阻止纖維蛋白原結(jié)合的解整合素。它們是由一種小的富含二硫化物的毒液蛋白echiscarinatus (鋸鱗蝰蛇)和barbourin (大斑蛇)發(fā)展而來的。它們分別模擬了短氨基酸序列Arg-Gly-Asp和Lys-Gly-Asp，這是與受體結(jié)合的關(guān)鍵。

       抗凝血藥物

       來自眼鏡蛇毒液的Exanta™(ximelagatran)是一種抗凝肽，由阿斯利康(Astra Zeneca)開發(fā)，試圖取代華法林。華法林的問題是在治療濃度下有很高的出血風(fēng)險(xiǎn)，且治療窗很窄。Exanta™曾在許多不同的國家使用，但是，2006年由于肝酶水平升高顯示出嚴(yán)重的肝損傷，不得不被撤回。

       Defibrase^®是從另一種巴西長頭蛇的毒素中發(fā)現(xiàn)的，用于治療血栓。

       Reptilase^®是一種類凝血酶的絲氨酸蛋白酶，1958年，reptilase^®被用于患者分解纖維蛋白凝塊以恢復(fù)血流，并減少心臟手術(shù)后出血。

       血凝酶(Botroclot®)，用于預(yù)防出血和治療手術(shù)出血(hemorrhage)，源自Botrops jararaca。

       Alfimeprase是一種從南銅頭蛇毒液中分離出來的纖溶酶，具有非常有效的溶栓活性，但由于未達(dá)到試驗(yàn)終點(diǎn)，在三期臨床中失敗。

       降糖藥物

       GLP-1是食物攝入后從腸道分泌的一種治療性肽，能刺激胰 腺分泌胰島素。在生理狀態(tài)下，GLP-1在血液循環(huán)中僅能存活1～2 min，隨后會被二肽基肽酶IV（DPP-4）分解而失去活性。GLP-1受體激動(dòng)劑是GLP-1結(jié)構(gòu)改造后的產(chǎn)物，既發(fā)揮了GLP-1的藥理功能，又可以防止其被DPP-4水解，從而延長藥物的半衰期。

       艾塞那肽（exendin-4）是從北美洲西北部鈍尾毒晰唾液中分離得到的一種胰高血糖素樣肽-1受體激動(dòng)劑（GLP-1），由39個(gè)氨基酸組成，是首 個(gè)在美國獲準(zhǔn)上市用于治療II型糖尿病的腸促胰島素?cái)M似物，其與GLP-1氨基酸序列具有約53%的同源性，且不易被DPP-4降解，在體內(nèi)的半衰期長達(dá)2-3個(gè)小時(shí)。

       圖3. GLP-1與GLP-1R和腺苷酸環(huán)化酶(AC)激活相關(guān)的信號機(jī)制

       上圖中可以看出，胰 腺β-細(xì)胞上GLP-1與GLP-1Rs結(jié)合引起腺苷酸環(huán)化酶（AC）的激活和環(huán)磷酸腺苷(cAMP)的上調(diào)，并最終使得胰島素分泌，產(chǎn)生降糖效果。

       GLP-1激動(dòng)劑

       幾種大分子的GLP-1激動(dòng)劑結(jié)構(gòu)不同見下圖4，治療II型糖尿病的劑量、給藥方式、半衰期和藥效見表2。

       圖4. GLP-1RAs的結(jié)構(gòu)（紅色代表與內(nèi)源的GLP-1的不同）

       表1. GLP-1激動(dòng)劑可用于治療T2DM（二型糖尿病）

       利拉魯肽是FDA批準(zhǔn)的第二種GLP-1R激動(dòng)劑，也是首 個(gè)上市后用于治療肥胖的GLP-1類似物。利拉魯肽的結(jié)構(gòu)修飾包括以精氨酸取代賴氨酸（34位），26位的賴氨酸殘基接了一個(gè)長鏈的棕櫚?；?圖4)，導(dǎo)致皮下吸收減慢，與白蛋白可逆結(jié)合，可抵抗DPP-4降解。

       Albiglutide是酵母中表達(dá)的另一種GLP-1RA，由GLP-1二聚體與重組人血清白蛋白的N端融合而成。8位的丙氨酸改成甘氨酸，提高了其對DPPIV的穩(wěn)定性，融合重組人白蛋白，可防止腎 臟快速清除，將 Albiglutide的半衰期延長到大約5天，使其適合每周給藥。

       Albenatide仍在2期臨床試驗(yàn)，是具有40個(gè)氨基酸的艾塞那肽類似物，在艾塞那肽的46位氨基酸上，通過化學(xué)連接子連接到馬來酰亞胺修飾的人血清白蛋白上。與albiglutide相比，Albenatide肽更有效，因?yàn)樵谙嗤瑒┝肯轮委?型糖尿病的治療指數(shù)更高。

       Semaglutide在結(jié)構(gòu)上基于利拉魯肽，并有兩個(gè)進(jìn)一步的修飾（8位和26位的改造），這些修飾的效果包括(a)通過脂肪酸殘基更好地與白蛋白結(jié)合，導(dǎo)致腎 臟清除率降低，(b)由于丙氨酸8被取代為Aib，減少了DPPIV的降解。

       Dulaglutide是由兩個(gè)相同的二硫鏈組成。每條鏈包含一個(gè)N端 GLP-1(7−37)模擬序列，取代形式如下：8位丙氨酸改為甘氨酸，22位甘氨酸改為谷氨酸，36位精氨酸改為甘氨酸。這種重組融合蛋白，其GLP-1模擬序列通過一個(gè)小的肽鏈共價(jià)連接到修飾的人類免疫球蛋白重鏈上G4 (IgG4)，這些改造延長了半衰期實(shí)現(xiàn)了一周給藥一次。

       Lixisenatide是含44個(gè)氨基酸的艾塞那肽類似物，在其C端包含6個(gè)賴氨酸殘基，它對人GLP-1R (hGLP-1R)的親和力比內(nèi)源性GLP-1(7−37)高近4倍。

       04

       蛇毒應(yīng)用于抗腫瘤

       蛇毒的幾種組分對于治療腫瘤有顯著的作用。有學(xué)者將已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的抗腫瘤的組分分為4種：

       • 細(xì)胞毒素

       • 解離素

       • 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的組分

       • 蛇毒因子及酶等

       蛇毒組分在體內(nèi)和體外都對腫瘤的生長有抑制作用，均有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的效果。蛇毒在抗腫瘤方面的應(yīng)用前景非常廣闊，但蛇毒抗腫瘤的技術(shù)目前仍處于臨床前（見表3）。

       表2. 蛇毒抗腫瘤的主要組分及其作用的總結(jié)

       早在唐開元29年的《本草拾遺》一書中對蛇毒就有記載。書中描述了蛇毒的功效為“主破血，止血痢”。古人通過經(jīng)驗(yàn)和大膽的嘗試，發(fā)現(xiàn)蛇毒是止血良藥。

       從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的角度上解釋，蛇毒中的某類蛋白酶具有凝血的功能，能夠激活人的凝血系統(tǒng)。事實(shí)上，蛇毒的功能很多，止血作用只是其中之一。上文對蛇的毒液用于藥物開發(fā)進(jìn)行了介紹。且隨著對肽化學(xué)的進(jìn)一步了解，新的毒液系統(tǒng)和已知毒液中新的成分和作用將會不斷的發(fā)現(xiàn)。

       查爾斯·達(dá)爾文(Charles Darwin)曾說過，“自然界中有無數(shù)種最美麗、最奇妙的形式，過去和現(xiàn)在都在進(jìn)化。”

       萬物相生相克，解毒良藥很可能就蘊(yùn)含在大自然中……

       專欄作者

       星星狐

       藥物化學(xué)背景，曾從事靶點(diǎn)調(diào)研、專利分析與突破、改良新藥、創(chuàng)新藥分子設(shè)計(jì)方面的工作；熱愛醫(yī)藥行業(yè)，愿與各位同行互相學(xué)習(xí)、進(jìn)步，見證創(chuàng)新藥最好的時(shí)代。

       參考文獻(xiàn)：

       1，袁梓萌等；抗蛇毒血清在臨床中的應(yīng)用概況；蛇志；2021 年第 33 卷第 3 期；

       2，Steven A.Trim etal; Utilisation of compounds from venoms in drug discovery; Prog Med Chem. 2021;60:1-66. doi: 10.1016/bs.pmch.2021.01.001;

       3，Peter M. Moyle etal; Glucagon-Like Peptide-1 Receptor Agonists and Strategies To Improve Their Efficiency; Mol. Pharmaceutics 2019, 16, 2278−2295;

       4，高莉等；蛇毒抗腫瘤活性成分的研究進(jìn)展；河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)；第45卷/第5期/2021年9月；