Nat:利用比较糖蛋白质组学鉴定出导致蓖麻毒素毒性 糖蛋白

邓文龙

Nature：利用比较糖蛋白质组学鉴定出导致蓖麻毒素毒性的新玩家

2017-09-23 21:49

图片来自Nature, doi:10.1038/nature24015。

2017年9月23日/生物谷BIOON/---虽然在基因组学、代谢组学、蛋白质和脂类研究方面取得了重大进展，但糖基化在蛋白质组水平中仍未得到广泛的探索。对复杂的糖蛋白质组（glycoproteome）进行分析的技术是有限的。糖蛋白不仅在糖基的数量和位置上存在差别，而且也在每种聚糖（glycan）的组成和结构上存在差别。糖蛋白质组学（glycoproteomics）是“生命科学的重要前沿之一”。

为了克服这个领域存在的技术限制，在一项新的研究中，奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）主任Josef Penninger博士及其团队开发出质谱法和算法，最终能够对复杂的糖结构进行综合识别，并且将它们绘制到相应糖蛋白的正确位点上。他们新开发的比较糖蛋白质组学（comparative glycoproteomics）平台于2017年9月20月在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Comparative glycoproteomics of stem cells identifies new players in ricin toxicity”。论文第一作者为IMBA研究员Jasmin Taubenschmid博士和IMBA蛋白质组研究员Johannes Stadlmann。他们的方法被称作为SugarQb（Sugar Quantitative Biology），能够获得对生物系统中的蛋白糖基化和聚糖修饰的全局性认识。他们将这种平台应用于两项概念验证研究---对胚胎干细胞糖蛋白质组进行分析和鉴定出蓖麻毒素（ricin）毒性产生所必需的糖蛋白---中。

利用这种新的SugarQb方法，这些研究人员首次绘制出小鼠和人胚胎干细胞糖蛋白质组草图。他们的研究结果几乎将所有已知的糖蛋白的数量增加了一倍。他们也揭示出多种新的糖基化蛋白，这些糖基化蛋白包括进化上保守的糖修饰，以及小鼠和人干细胞多能性因子中的物种特异性糖修饰。他们发现的很多这样的糖基化蛋白位于细胞膜上，而且参与细胞间信号转导、细胞相互作用和胚胎发育。

蓖麻毒素是一种剧毒的植物毒素和生物武器。蓖麻毒素的走私引发了人们对它可能被恐怖分子和恐怖组织使用的担忧。目前还没有针对蓖麻毒素的解毒剂，因此众多团体（如制药公司，军队）都有兴趣开发治疗或阻止蓖麻毒素毒性作用的方法。Penninger团队刚发现存在岩藻糖基化（fucosylation）缺陷的突变细胞对蓖麻毒素产生抵抗性。岩藻糖基化是一种添加岩藻糖的糖基化过程。然而，促进蓖麻毒素毒性产生的岩藻糖基化靶标是未知的。

如今，Taubenschmid和Stadlmann利用SugarQb方法能够获得这些蓖麻毒素抵抗性细胞的糖蛋白质组：在这些突变细胞中发生改变的糖蛋白可能在它们的抵抗性中发挥着作用。确实，Penninger团队发现6种新的协调着蓖麻毒素毒性的糖蛋白。正如存在岩藻糖基化缺陷的细胞那样，这些糖蛋白中的任何一种的缺乏都会让人细胞产生蓖麻毒素抵抗性。他们的发现提示着这些新的糖蛋白的岩藻糖基化是蓖麻毒素敏感性所必需的，而且为药物开发提供很多新的治疗靶标。

SugarQb方法可以免费提供给所有的科学家们。Stadlmann说，“我们希望我们的平台将让世界各地的研究团队通过识别糖结构和它们在相应蛋白上的位置来开拓这个未知的领域。” Penninger补充道，“糖基化在包括癌症在内的许多疾病中发挥着重要的作用。SugarQb方法将让科学家们揭示新的生物学机制和疾病治疗策略。它可能也被临床医师用来确定异常的糖蛋白质组特征为疾病的生物标志物和追踪对治疗作出的反应。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Johannes Stadlmann, Jasmin Taubenschmid, Daniel Wenzel et al. Comparative glycoproteomics of stem cells identifies new players in ricin toxicity. Nature, Published online 20 September 2017, doi:10.1038/nature24015

http://www.nature.com/nature/jou ... oxtrotcallback=true

http://news.bioon.com/article/6710460.html



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邓文龙

蓖麻毒素能不能毒杀美国总统奥巴马？  植物凝血素

馒头老妖 发表于  2014-03-07 20:20

2013年4月，美国白宫和参议院都被几封信搞得风声鹤唳，参议院的邮件服务处甚至暂停接受新的纸质邮件，是因为在这些分别写给奥巴马总统、参议员罗杰.威克和一位大法官的信封里，发现了一种白色粉末。经过化验分析，发现这并不是一个无害的恶作剧，也不是曾经有人用过的炭疽孢子（参见：《炭疽：“9•11”后仍在延续的黑历史？》），而是另一种可怕的致命毒素：蓖麻毒素。

当然，因为有特工人员的预先检查，这几封“毒信”并未造成严重的后果。4月28日，FBI公布了已经抓获寄信嫌疑人的消息。
毒信嫌疑人詹姆斯·埃弗雷特·杜奇克(James Everett Dutshcke)。

嫌疑人名叫詹姆斯·埃弗雷特·杜奇克(James Everett Dutshcke)，现年41岁，住在密西西比州的图珀洛（Tupelo, MS）。据调查，他曾在网上大量购买蓖麻子（也就是提取蓖麻毒素的原料），随后的秘密搜证中，在他工作室外的垃圾箱里发现了重要物证：在一个一次性防尘口罩上检出了蓖麻毒素的成分，而口罩上还有他的DNA。经过搜查，在他家中发现的打印机也与信上的字体细节相同。于是，他很快被捕，并在5月2日被法庭决定交付陪审团审理，检方指控他“企图使用生物武器”（Attempting to use a biological weapon）。

2014年1月17日，该案在密西西比州的牛津地区法院审理。根据与检方达成的认罪协议，杜齐克被判处了25年徒刑，为自己的愚蠢举动付出了沉重的代价。这个蓖麻毒素（Ricin）究竟有多大“破坏力”，能够惹出如此之大的麻烦呢？

蓖麻毒素从何而来？

蓖麻（Ricinus communis），是一种大戟科的草本植物，广泛分布在世界各地并规模化种植。蓖麻毒素就是从蓖麻的种子蓖麻子中提取出来的。不过，蓖麻子中的蓖麻毒素含量很低，所以毒性有限，成人要吃下8粒以上才会出现中毒现象。而一般在用蓖麻子榨取蓖麻油的过程中，高温会使得蓖麻毒素被破坏，榨油剩余的枯饼可以用作肥料，但也常发生牲畜因误食而中毒的事情。当然，只有刻意的通过柱层析等化学方法进行分离，才能获得纯的蓖麻毒素。
蓖麻豆。

蓖麻毒素（Ricin），是一种蛋白质，也是一种植物凝血素。它主要作用于人体细胞中的核糖体并使其失活，让细胞无法根据RNA来合成所需要的蛋白质，从而导致细胞的基本生理活动都无法正常进行，带来一系列的中毒反应。

中毒之后，病人往往会出现呕吐、持续的腹泻、发烧、心动过速、血压降低、惊厥等症状，如果治疗不及时或摄入量过大，则蓖麻毒素中毒的患者将在3～5天之后死亡；而如果治疗得当，绝大多数的患者还是能够治愈的，但也可能留下脏器损害的后遗症。总体而言，与氰化物、砷等毒物相比，蓖麻毒素的起效和致死都是较缓慢的。

然而，这并不意味着它的危害比较小。如果是采用注射或吸入的方式，则蓖麻毒素的半数致死量（LD50）是22微克/千克，也就是说仅需要不到2毫克就能毒死一个成年人，而通常被认为毒性极大的氰化钾与砒霜，大都需要摄入50毫克左右才能达到类似效果。也就是说，1克蓖麻毒素至少可以毒死400多名成人。如此剧烈的毒性，实在是令人不寒而栗，更糟糕的是，人类目前尚无针对蓖麻毒素的特效解毒药物。它就像是个扭了脚的死神，虽然行动稍有迟缓，但镰刀依然锋利，面目更加狰狞。

更多:

http://www.guokr.com/article/438086/

邓文龙

有毒凝集素——种子里的诅咒

易楚
2 年前

有一类蛋白质，会和特定的碳水化合物片段结合在一起（是结合，而不是“含有”，否则就是“糖蛋白”了），从而能把含有这些片段的碳水化合物、糖蛋白或糖脂（即含有糖分子片段的脂肪分子）集合在一起，它们被称为“凝集素”（lectin）。因为它们的这种能力，生命体会利用一些凝集素来识别、锁定某些碳水化合物、蛋白质和细胞（表面有特定的糖蛋白）；但这种能力也会给某些生命体带来它们并不想要的化学效果。

几乎所有的生命体中（因此也是所有的食物中）都含有凝集素，其中大部分都不是我们现在要关心的——而另外一些，既无法被我们完全消化，又能在肠道的上皮细胞上捣乱，从而会造成肠道高渗透性……就成了对人类来说的“有毒”凝集素。

当然，所谓“有毒”往往不是让你立即有什么不适感（否则你就会立即停止摄入相关的食物了），而只是会偷偷摸摸、年复一年地损你……这才是可怕的。

有毒凝集素，大概可分为两类：谷蛋白（prolamin）和植物凝血素（agglutinin）。

谷蛋白

谷蛋白是草和豆科植物在其种子（谷子和豆子）中用来储存氨基酸（为了后代在发芽时使用）的蛋白质，其中脯氨酸和谷氨酰胺的含量极高。它们是谷物中蛋白质的主体（约占一半），比如小麦中的麸蛋白（也就是面粉中能成“筋”的主要部分，其中有麦胶蛋白gliadin和麦谷蛋白glutenin，这是目前最受人们关注的，因为我们吃的小麦制品最多，而且经过人工优育和基因工程，小麦中的麸蛋白含量越来越多——能让面包和面条更好吃的“高筋面粉”……）、大米中的大米蛋白（orzenin）、玉米中的玉米蛋白（zein）、燕麦中的燕麦蛋白（avenin）、大麦中的大麦蛋白（hordein）、高粱中的高粱蛋白（kafirin）……虽然种类繁多，但是它们的氨基酸组成和序列，都非常相似。
因为我们体内的消化酶不擅长分解脯氨酸含量高的蛋白质，再加上植物的种子本身也有抑制蛋白酶的化合物（它们不想被动物消化掉，而想随粪便排出到土地里……），所以大量的谷蛋白往往不会在肠道内完全解体。而这些谷蛋白片段有可能穿过“国界”（肠上皮细胞），导致肠道高渗透性，引起免疫反应。

它们都会怎么穿过国界呢？

欺骗海关打开栅栏。海关在前哨布置了一些特别的观察员（肠上皮细胞膜上的3型趋化因子接受体，简称CXCR3……），观察国界外是否有一些特定的营养物质，需要通过海关之间的空隙入境；如果有，就让海关临时打开栅栏。而有些谷蛋白片段（比如麦胶蛋白片段）则会混淆这些观察员的视听（与CXCR3适配），使海关发出大量的“开门信号”（连蛋白）……

通过海关的装运车偷渡。大部分完全解体的营养，都能通过特别的海关通道自行通过国境，但是对于一些没有完全解体的蛋白质片段，既然送上门来了，海关也不会坐视不管，于是会使用专门的装运车（溶酶体）从外面运到海关内（胞吞作用），装运车内还有专门的拆解人员（溶酶体酸性水解酶，这是一群见什么都拆的破坏分子……）可以把蛋白质片段进一步拆解为基本零件，再送到国境内（胞吐作用）。

但是很多人肠上皮细胞的溶酶体，不能完全拆解某些谷蛋白（尤其是麦胶蛋白）——那些拆解人员不熟悉这些奇怪的东西，于是装运车里开始产生大量的烟尘（活性氧），这些烟尘会影响海关的运转，甚至会使其停工（细胞凋亡）。

更有些人，因为特定的基因构成，进入其体内溶酶体的谷蛋白还会损害溶酶体（顺便提下，奶制品中的酪蛋白也会干这种事情）——而如果装运车坏掉，里面的暴力破坏分子跑出来，海关部门就要跟着遭殃了……这也会导致肠上皮细胞受损甚至死亡。

另外，为了分解谷蛋白中脯氨酸比较多的片段，海关还会大量启用一类专业的工程人员——组织型谷氨酰胺转移酶（tTG）。但是谷蛋白是如此难以分解，工程人员们经常跟它们纠缠在一起难分难舍（复合物），而这个组合体会被警察们（适应性免疫系统，B细胞）用来采集罪证，训练警犬（抗体）。这些警犬可能会认准谷蛋白中的某个区域，从而有可能会据此误认人体内的某些正常蛋白质；也可能就从此认准了那些工程人员（tTG抗体）……而组织型谷氨酰胺转移酶在人体内广泛存在，尤其是在需要组织修复的地方，比如受损的肠上皮组织中……修建中的海关部门由此成了警察们的重点攻击对象，这更加剧了肠道高渗透性……这些认准了自己人的警犬，也从此让全身的每一个细胞都可能被陷害……

通过海关的警犬专车偷渡。前线的军警们也不会只在国界内待着，看着在国界另一边（肠道内）嚣张着的各色不法分子，他们也会主动出击（免疫排斥）——派出警犬们（IgA抗体）。警犬通过海关内的专车到达国界另一边（跨细胞转运），咬住一些病毒、细菌或者化合物，拖回到专车上，再通过海关带回到国界内（逆跨细胞转运）。这样，不仅能在一定程度上，保护海关部门不受外面不法分子的过多滋扰，还能带给国界内的军警们“罪证样本”，以训练出更有针对性的警犬。

然而有些警犬还会咬上某些谷蛋白的片段，并将其完整拖回到国界内……当警察根据这些片段训练专门的警犬时，就有可能训练出会误认自己人的“自身抗体”，进而导致慢性炎症。另外，警犬和谷蛋白片段的组合，还会形成一种难分难舍的复合物，后者会和转铁蛋白接受体（肠上皮细胞的细胞膜上负责吸收铁元素的通道）适配起来，从而导致铁元素吸收不良——人体缺铁。

影响肠道微生物群平衡。谷蛋白还会抑制某些消化酶的活性，比如乳糖酶、蔗糖酶、二肽基肽酶4（DPP-4，分解蛋白质的一种酶），由此导致大量的营养（比如乳糖、蔗糖和某些蛋白质）来不及消化，成了某些肠道微生物（细菌、古菌、各种单细胞真核生物等）的盛宴——微生物（尤其是某几种）过度增生。

这也就是为什么，吃谷物时我们总是有很多大便（主要是各种微生物的尸体，当然也有谷物中无法消化和发酵的纤维）要排，而且往往都带着难以忍受的臭气（微生物的代谢废气）。当过度增生的微生物慢慢扩散到胃里时，也会影响胃的消化（导致胃酸分泌异常，然后就是所谓的“烧心”“反酸”），而这些微生物的代谢废气就成了……口臭……的原因之一。

最重要的是：肠道微生物群之前是能自我制衡的（各种微生物达到合适的比例，相互牵制），但现在某些品种的过度增生，大大打破了这种平衡，它们就成了一支什么都干得出来的、危险的杂牌大军——这给“国界”带来极大的压力，尤其海关部门会频频受到各种侵扰——又是肠道高渗透性……

并不是说，在每一个人体内，谷蛋白都会以这四种方式同时、同等地引发肠道高渗透性，由于摄入的谷蛋白种类、每个人的基因和肠道微生物群的不同，有些方式会占主导。当然也有些人，活了一辈子也没有什么明显的感觉……虽然他们的肠道和整个身体仍然算不上健康。

植物凝血素

顾名思义，这类蛋白质能“凝血”，也就是把血红细胞凝集在一起。这类蛋白质更是有毒的，其中的佼佼者是蓖麻籽里的蓖麻毒素（ricin，一毫克就足以致命了）……它们是植物保护自己的种子少受真菌和昆虫骚扰的天然机制。想起来，很多豆子生吃都是有毒的了吧？比如四季豆、芸豆、蚕豆……把它们浸泡并煮熟后，好一些，但只是把明显的问题变成了不明显的问题，把急性的变成了慢性的……
人类在几千年的农业文明中，逐渐选择、培育出越来越“不易生虫”的作物品种，尤其在最近几十年中，又用基因工程把那些有强力抗虫效果的凝血素（主要是小麦胚芽凝血素，WGA，虽然大豆凝血素也很毒，但还差了点……）的DNA转移到各种农作物里去了……

多数植物凝血素在高温（烹饪）和高酸（胃酸）下非常稳定，也不易在被人体内的蛋白酶分解——因此，它们几乎能完好无损地通过我们的消化系统！然后……凝血素会与肠上皮细胞外的“糖被层”（海关布置在外的铁丝网）中的某些特定的“糖”（N-乙酰氨基葡萄糖和N-乙酰神经氨糖酸，即“唾液酸”）结合，从而和含有这些“糖”的糖蛋白适配；比如小麦胚芽凝血素，就会迷惑海关的一种观察员（与“上皮生长因子接受体”适配），从而登上海关的装运车……同时这种被凝血素迷惑的观察员，还会让海关打开它们之间的栅栏……

比如在吃完花生后，很快就能在血液中检测到……花生凝血素，而在吃完芸豆后，你的血液中也会很快出现以“芸豆”命名的化合物了……它们穿透肠道上皮细胞的效率如此之高，甚至被医学界研究用来增加某些药物的吸收效率……

通过装运车偷渡过来的凝血素，即使只有一点点，也会让国境里的军警们大动干戈。仍然拿小麦胚芽凝血素举例（这是研究最多的……），它们能用各种方式与免疫系统“互动”：刺激白细胞大开“吃戒”，促进某些类别的警察大量上岗，怂恿训练更多警犬，还有激荡起大量的烟尘……这是一场人人思危的乱世。

大豆凝血素也不甘示弱，它们刺激免疫系统的能力得到医学界公认，甚至被用来研发疫苗……另外值得提下，有这等待遇的还有——番茄凝血素。是的，除了豆科植物，茄科植物中也有捣乱的植物凝血素——这是我们遇到的，要避开茄科植物（茄子、番茄、圣女果、土豆、辣椒、青椒、彩椒、灯笼果、枸杞、曼陀罗……）的第一个原因。

另外，已经确认，有些凝血素也能影响肠道微生物群平衡，比如芸豆里的凝血素就能促进大肠杆菌过度增生……吃豆子还会让人大放臭屁对吧？

如果你觉得光是谷蛋白和植物凝血素还不够……谷物和豆类里还有其他值得我们警惕的化合物……我们以后慢慢看……

总之，那些不是我们的食物。

我们不是食种动物

植物用种子来繁衍后代，在和各种动物、真菌共同进化了亿万年之后，它们发展了各种机制，使其种子尽可能地不被吃掉——用各种防御机制，比如毒素、硬壳（坚果），而每一种防御机制都对应着某些特定的动物，能抵抗或者突破它，比如某些虫子、老鼠和鸟是天生可以吃某些种子的——但无论如何，我们人类不是这些动物。
也有些植物采取“和解”的方法，提供果实，使动物在得到满足的同时，将其种子丢到别处，或者让它们完好地通过其肠胃，随其粪便排到土壤里——因此植物的果实往往相对无害些，我们也可以吃。（吃桃子就行了，别吃桃仁……）

即使把植物的种子磨碎了，做熟了，仍然不能让我们变成鸟……

那些明显剧毒的，比如蓖麻籽，谁都知道要避开，反而没有什么问题。但剩下的那些所谓“主食”，那些一脸无辜的谷物和豆子们……等我们的身体出问题时，谁也绝想不到它们会有什么问题；如果有人胆敢说它们的什么坏话，我们就会不屑一顾，认为是荒唐的污蔑，甚至会怒气冲天，厉言相对……

所以，真小人好躲，伪君子难防……

（不过，也确实不能就这样污蔑种子们……是我们非要用“智慧”砸开、磨碎、煮熟它们的……）

人为财死，鸟为食亡。好吧，现代人善于傲娇地宣称自己是“吃货”，好像人也可以堂堂皇皇地“为食亡”了；那么至少，“为人食亡”，别“为鸟食亡”吧。

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易楚  终生学习，原始饮食 :

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