杆菌毒素

杆菌毒素 (BTX)，也称为 杆菌神经毒素 (BoNT)、 杆菌毒素——也以商品名 Botox 为首款 杆菌毒素即用制剂而广为人知——是几种药物的统称非常相似的神经毒性蛋白质。 神经毒素由 梭菌、丁酸梭菌、巴拉氏梭菌和阿根廷梭菌的各种菌株形成和排泄； 它们是外毒素。

这些蛋白质的毒性作用是基于抑制神经细胞刺激的传递，除了自主神经系统紊乱外，还可能导致肌肉无力，包括肺功能停止。 杆菌毒素是迄今为止已知对人类等生物最致命的毒药。 小鼠的 LD50 值为吸入 3 ng/kg 至皮下吸收 4 ng/kg。

杆菌毒素中毒称为 杆菌中毒，是一种可怕的食物中毒，它也可能由 梭菌引起的肠道感染和伤口感染引起。

梭菌普遍存在于土壤和水生沉积物中，并形成抗性内生孢子，破伤风梭菌也是如此，它会产生结构相似的破伤风毒素。 这些对宿主致病的物质给寄生微生物带来了什么样的进化益处是讨论的主题。

细菌和毒素的名称源自拉丁词 botulus“香肠”，正如之前引入的用于香肠中毒临床表现的术语 杆菌中毒一样。

主要引起 中毒的 梭菌以孢子形式存在于各处。 这种细菌需要非酸性、极低氧的条件才能发芽并产生毒素。 这种情况通常存在于罐装香肠和蔬菜以及真空包装食品中； 此外，肉类和香肠的厌氧核心区通常被认为是梭菌生长的极佳基质。

杆菌毒素e是AB类毒素的高分子蛋白复合物，由两部分组成：轻链，实际麻痹性神经毒素（A部分）和重链，一种无毒蛋白质（B部分） ), 它介导与神经细胞的结合和摄取。 这些组分通过二硫键相互连接。 较轻的神经毒性部分是含锌内肽酶。 B部分与神经细胞的突触前膜结合。 摄取到突触小泡后，重链的 N 端通过降低 pH 值形成膜孔。 此外，二硫键被裂解，使神经毒性轻链扩散到胞质溶胶中。

B部分保护神经毒素在口服后在胃的酸性环境中不被蛋白水解降解，使毒素保持生物可利用性并可引起中毒。 然而，复合物在中性组织 pH 值下解离并且不再稳定。 如果长时间加热，蛋白质也会变得不稳定。 因此，在 杆菌毒素的治疗应用中，复杂的蛋白质没有必要的功能，也无助于有效性。 然而，正在讨论批准药物的临床有效性差异（例如扩散能力或传播能力）是否可归因于存在的不同类型的包膜蛋白。

杆菌毒素在血清学上分为A～G型，其中A型和B型入药。 只有 A、B、E 和 F 型对人体有毒。 杆菌毒素e在结构和生化作用上与同样由梭状芽胞杆菌形成的破伤风毒素非常相似。

DNA 测序技术的进步也揭示了个体血清型之间的差异，从而导致亚型的引入。 在氨基酸水平上，此类亚型在一个血清型内的差异可高达 36%。已经表明，血清型的亚型在它们的生物活性方面不同，例如在摄取和底物裂解的动力学、对受体的亲和力或总体活性方面。

杆菌毒素抑制神经细胞向其他细胞传递冲动，尤其是在突触处向肌肉细胞传递，这意味着肌肉收缩变弱或完全失效。 杆菌毒素e是一种蛋白质，首先在细菌中产生为长多肽链，然后被蛋白酶切割并激活。 然后它们由称为轻链和重链的两个蛋白质亚基组成。

毒液的组织特异性取决于重链的结构特征。 这是因为 杆菌毒素与使用乙酰胆碱作为神经递质的神经元的突触前部分结合 - 就像在神经肌肉接头上一样。 重链部分还通过内吞作用介导毒液进入突触前末端。

进入神经细胞内部的轻链是毒素的活性部分。 它具有具有催化活性的结构特征，现在充当锌肽链内切酶。