Тетродотоксин

Тетродотоксин (ТТХ) является мощным нейротоксином. Его название происходит от Tetraodontiformes, рода, который включает в себя рыбу фугу, дикобраза, обыкновенную луну-рыбу и спинорога; некоторые из этих видов токсичны. Хотя тетродотоксин был обнаружен у этих рыб, а также у некоторых других водных животных (например, у осьминогов с синими кольцами, тритонов с грубой кожей и лунных улиток), он фактически продуцируется некоторыми заражающими или симбиотическими бактериями, такими как Pseudoalteromonas, Pseudomonas и Vibrio и другие виды животных. ¹⁾ Тетродотоксин является блокатором натриевых каналов.

Он препятствует активации потенциалов действия в нейронах, связываясь с потенциалозависимыми натриевыми каналами, в мембранах нервных клеток и блокируя прохождение ионов натрия (ответственных за повышение фазы потенциала действия) в нейрон. Из-за этого эффекта нервная система не может передавать сообщение и, таким образом, в ответ на нервную стимуляцию мышцы не сгибаются. Механизм его действия, избирательное блокирование натриевого канала, был окончательно продемонстрирован в 1964 году Тошио Нарахаси и Джоном У. Муром из Университета Дьюка с использованием метода фиксации напряжения в сахарозном мостике.

Помимо их бактериальных видов с наиболее вероятным исходным биосинтетическим происхождением, тетродотоксин был выделен из широко различающихся видов животных, включая:

• Всех осьминогов и каракатиц в небольших количествах, но, в частности, несколько видов осьминога с синими кольцами, включая Hapalochlaena maculosa (при этом в этом осьминоге вещество называется «макулотоксином»),
• Различные виды рыб фугу, ²⁾
• Определенная коралловая рыба,
• Виды Nassarius gastropods,
• Виды Naticidae (лунные улитки),
• Несколько морских звезд, включая виды Astropecten,
• Несколько видов ксантидных крабов.
• Виды Chaetognatha (стрелки),
• Виды Nemertea (ленточные черви),
• Поликлад, плоский червь,
• Земные планарии рода Bipalium,
• Жабы рода Atelopus,
• Восточный тритон (Notophthalmus viridescens)
• Западные грубокровные тритоны рода Taricha (яд первоначально называли «тарихатоксин»).

В 1964 году Мошер и соавт.доказали идентичность тошатоксина и ТТХ, а доказательства идентичности макулотоксина и ТТХ были опубликованы в Science в 1978 году. Синонимичность этих двух токсинов подтверждается в современных отчетах (например, в Pubchem [12] и в современных учебниках токсикологии), хотя исторические монографии, подвергающие этот факт сомнению, перепечатываются. ³⁾ Токсин по-разному используется метазоями: в качестве защитного биотоксина против хищников или в качестве яда для защитыи нападения у хищников (например, у осьминогов, хетогнат и ленточных червей). Хотя токсин действует как защитный механизм, некоторые хищники, такие как обыкновенная подвязочная змея, развили нечувствительность к TTX, что позволяет им охотиться на токсичных тритонов. Ассоциация TTX с потребленными, заражающими или симбиотическими бактериальными популяциями в пределах разновидностей многоклеточного организма, из которых он выделен, является относительно ясной: присутствие бактерий, продуцирующих TTX, в микробиоме многоклеточного определяется методами культивирования, присутствие токсина – с помощью химического анализа и ассоциация бактерий с продукцией ТТХ – с помощью анализа токсичности сред, в которых выращиваются подозреваемые бактерии. Как заявили Лаго и соавт., «имеются убедительные доказательства того, что поглощение бактерий, продуцирующих ТТХ, является важным элементом токсичности ТТХ у морских многоклеточных, которые имеют этот токсин». Бактерии, продуцирующие ТТХ, включают Actinomyces, Aeromonas, Alteromonas, Bacillus, Pseudomonas и Vibrio; у следующих животных были обнаружены определенные виды бактерий:

• Виды Aeromonas из рыбы-паука, Takifugu obscurus,
• Виды Aeromonas, Pseudomonas и Vibrio из брюхоногих Nassarius conoidalis,
• Виды Alteromonas, Bacillus, Pseudomonas и Vibrio из осьминога с синими кольцами, Hapalochlaena maculosa,
• Vibrio alginolyticus, из вида морских звезд Astropecten polyacanthus,
• Виды Vibrio, включая Vibrio alginolyticus, из рыбы-фугу, Takifugu vermicularis
• Виды Vibrio, включая Vibrio alginolyticus, у стрелковых червей, тип Chaetognatha,
• Виды Vibrio, опять же, у ленточных червей, типа Nemertea.

Ассоциация видов бактерий с продукцией токсина недвусмысленна – Лаго и его коллеги заявляют: «одноклеточные симбиотические бактерии были предложены в качестве возможного источника эукариотического ТТХ с помощью экзогенного пути», и Чау и сотрудники отмечают, что «широко распространенное появление ТТХ в филогенетически различных организмах… предполагает, что симбиотические бактерии играют роль в биосинтезе ТТХ» – хотя корреляция была распространена на большинство, но не на все многоклеточные, в которых был идентифицирован токсин. Напротив, в одном случае был обнаружен сбой. В тканях тритона Taricha granulosa с высоким уровнем токсинов (кожа, яичники, мышцы) не были обнаружены ТТХ-продуцирующие бактерии с использованием методов ПЦР ⁴⁾, хотя было не все понятно с технической стороной исследования. Критически важным для общего аргумента является то, что Takifugu Rubripes Puffers, захваченные и выращенные в лаборатории на контролируемых диетах без TTX, «теряют токсичность с течением времени», в то время как у культивированных, без TTX Niphobles Takifugu, питающихся TTX-содержащими диетами, наблюдались токсические уровни TTX в печени. Следовательно, поскольку виды бактерий, которые продуцируют ТТХ, широко присутствуют в водных отложениях, веские аргументы приводятся относительно потребления ТТХ и / или ТТХ-продуцирующих бактерий с накоплением и возможной последующей колонизацией и продукцией. Тем не менее, без четких биосинтетических путей (еще не обнаруженных у многоклеточных, но показанных для бактерий) все еще непонятно, накапливает ли многоклеточный организм в себе ТТХ просто благодаря микроорганизмам; остается открытым вопрос, могут ли эти количества быть в достаточной степени объяснены употреблением в пищу, употреблением в пищу плюс колонизацией или каким-либо другим механизмом.

Тетродотоксин связывается с так называемым участком 1 быстрого потенциалозависимого натриевого канала. Участок 1 расположен у внеклеточного отверстия пор ионного канала. Привязка любых молекул к этому участку временно отключает функцию ионного канала, тем самым, блокируя прохождение ионов натрия в нервную клетку (что, в конечном итоге, необходимо для нервной проводимости); неосакситоксин и несколько конотоксинов также связывают этот участок. Использование этого токсина в качестве биохимического зонда позволило выявить два различных типа натриевых каналов, управляемых напряжением, присутствующих у людей: чувствительный к тетродотоксину потенциалзависимый натриевый канал (Na + канал TTX-s) и устойчивый к тетродотоксину потенциалзависимый натриевый канал (TTX-r Na + канал). Тетродотоксин связывается с Na + каналами TTX-s с аффинностью связывания 5–15 нМ, в то время как каналы Na + TTX-r связывают TTX с низкой микромолярной аффинностью. Нервные клетки, содержащие Na + каналы TTX-r, расположены преимущественно в сердечной ткани, в то время как нервные клетки, содержащие Na + каналы TTX-s, доминируют в остальных частях тела. ТТХ и его аналоги исторически были важными агентами для использования в качестве химических инструментальных соединений, при характеристике канала и в фундаментальных исследованиях функции канала. ⁵⁾ Распространенность Na + каналов TTX-s в центральной нервной системе делает тетродотоксин ценным агентом для подавления нейронной активности в клеточной культуре.

В 1964 году группа ученых во главе с Робертом Б. Вудвордом выявила структуру тетродотоксина. Структура была подтверждена рентгеновской кристаллографией в 1970 году. Йошито Киши и его коллеги сообщили о первом полном синтезе рацемического тетродотоксина в 1972 году. ⁶⁾ M. Isobe и соавторы и J. Du Bois сообщили об асимметричном полном синтезе тетродотоксина в 2003 году. В двух синтезах 2003 года использовались совершенно разные стратегии: маршрут Исобе основывался на подходе Дильса-Альдера, а работа Дюбуа использовала активацию связи С–Н. С тех пор методы быстро развивались, и было разработано несколько новых стратегий синтеза тетродотоксина. ⁷⁾

ТТХ чрезвычайно токсичен. В паспорте безопасности материала для TTX указана средняя летальная доза (ЛД50) для мышей, равная 334 мкг на кг. Для сравнения, пероральная ЛД50 цианида калия для мышей составляет 8,5 мг на кг. Даже перорально ТТХ является более ядовитым, чем цианид. ТТХ еще более опасен при инъекционном введении; количество, необходимое для достижения смертельной дозы инъекционным путем, составляет всего 8 мкг на кг у мышей. Токсин может попасть в тело жертвы при проглатывании, инъекции или вдыхании или через кожу. ⁸⁾ Отравление, возникающее вследствие потребления рыбы из отряда Tetraodontiformes, является чрезвычайно серьезным. Органы (например, печень) рыбы-фугу могут содержать уровни тетродотоксина, достаточные для того, чтобы вызвать описанный паралич диафрагмы и соответствующую смерть из-за дыхательной недостаточности. Токсичность варьируется в зависимости от вида, а также в разные времена года и в разных географических точках, и мясо многих рыб фугу не может быть опасно токсичным. Механизм токсичности заключается в блокировании быстрых потенциалзависимых натриевых каналов, которые необходимы для нормальной передачи сигналов между телом и мозгом. В результате, TTX вызывает потерю чувствительности и паралич произвольных мышц, включая диафрагму и межреберные мышцы, останавливая дыхание.

Терапевтическое использование рыбы фугу (тетраодон) было упомянуто в первой китайской фармакопее (Pen-T 'so Ching, The Book of Herbs, предположительно, 2838–2698 гг. до н.э. Шеннонгом Бен Чон Цзином, но более вероятна более поздняя дата). Рыбы фугу были классифицированы как имеющие «среднюю» токсичность, но могли оказывать тонизирующее действие при использовании в правильной дозе. Принцип использования - «для остановки судорожных заболеваний». ⁹⁾ В Pen-T 'so Kang Mu (Index Herbacea или The Great Herbal by Li Shih-Chen, 1596) некоторые виды рыб Ho-Tun (нынешнее китайское название тетраодона) также были признаны как токсичные, но при правильно подобранной дозе использовались в качестве тоника. Повышенная токсичность тетраодона была отмечена у рыбы, пойманной в море (а не в реке) после марта. Было признано, что наиболее ядовитыми частями рыбы были печень и яйца, но эту токсичность можно было уменьшить путем вымачивания яиц, отметив, что тетродотоксин слабо растворим в воде и растворим при 1 мг / мл в слабокислых растворах. Немецкий врач Энгельберт Кемпфер в своей «Истории Японии» (переведенной на английский и опубликованной в 1727 году) описал, насколько хорошо были известны токсические эффекты рыбы при суициде, и что Император специально запретил солдатам есть эту рыбу. Есть также данные из других источников, что знания о такой токсичности были широко распространены в Юго-Восточной Азии и Индии. Первые зарегистрированные случаи отравления TTX, поражающие жителей Запада, взяты из журналов капитана Джеймса Кука от 7 сентября 1774 года. В тот день Кук записал, что люди из его команды съели некоторых местных тропических рыб (рыба фугу), а затем скормили остатки свиньям, которых держали на борту. Команда почувствовала онемение и одышку, а на следующее утро все свиньи были найдены мертвыми. Оглядываясь назад, ясно, что люди смогли пережить отравление небольшой дозой тетродотоксина, в то время как свиньи съели те части тела рыбы фугу, которые содержат большую часть токсина, таким образом, смертельно отравились. Токсин был впервые выделен и назван в 1909 году японским ученым доктором Йошизуми Тахара. Это был один из веществ, изученных японским подразделением 731, которое в 1930-х годах исследовало биологическое оружие на людях ¹⁰⁾.

Диагноз отравления рыбой фугу основан на наблюдаемой симптоматике и недавнем рационе питания. Симптомы обычно развиваются в течение 30 минут после приема пищи, но могут быть отсрочены на срок до четырех часов; однако, если доза смертельна, симптомы обычно появляются в течение 17 минут после приема. За парестезией губ и языка следует развитие парестезии в конечностях, слюнотечение, потливость, головная боль, слабость, вялость, нарушение координации движений, тремор, паралич, цианоз, афония, дисфагия и судороги. Желудочно-кишечные симптомы часто проявляются и включают тошноту, рвоту, диарею и боль в животе; смерть обычно наступает в результате дыхательной недостаточности. ¹¹⁾ Нарастает дыхательная недостаточность, нарушается речь, и у жертвы обычно наблюдаются одышка, цианоз, мидриаз и гипотония. Паралич усиливается, и могут возникнуть судороги, умственные нарушения и нарушения ритма сердца. Пострадавший, хотя и полностью парализованный, может быть в сознании, а в некоторых случаях – быть полностью осознанным, незадолго до смерти, которая обычно происходит в течение 4-6 часов (диапазон от ~ 20 минут до ~ 8 часов). Тем не менее, некоторые жертвы впадают в кому. Если пациент выживает в течение 24 часов, выздоровление обычно происходит в течение нескольких дней без каких-либо остаточных эффектов. Терапия является поддерживающей и основана на симптомах, с агрессивным ранним лечением дыхательных путей. В случае попадания яда через рот, лечение может состоять в опорожнении желудка, подаче активированного угля жертве для связывания токсина и принятии стандартных мер жизнеобеспечения, чтобы жертва оставалась в живых до тех пор, пока не прекратится действие яда. Альфа-адренергические агонисты рекомендуются в дополнение к внутривенным жидкостям для борьбы с гипотонией; антихолинэстеразные агенты «были предложены в качестве варианта лечения, но не были должным образом протестированы». ¹²⁾ Противоядие не было разработано и одобрено для использования человеком, но первичный исследовательский отчет (предварительный результат) указывает на то, что USAMRIID разрабатывает моноклональное антитело, специфичное к тетродотоксину, которое было эффективным в одном исследовании для снижения летальности токсина в тестах на мышах. Географическая частотность токсичности Отравления тетродотоксином почти исключительно связаны с потреблением рыбы фугу из вод районов Индо-Тихого океана, но рыба фуга из других регионов употребляется гораздо реже. Несколько зарегистрированных случаев отравления, в том числе со смертельным исходом, были связаны с рыбой из Атлантического океана, Мексиканского залива и Калифорнийского залива. Не было подтвержденных случаев тетродотоксичности у атлантической рыбы фугу Sphoeroides maculatus, но в трех исследованиях экстракты рыб этого вида были высокотоксичными для мышей. Несколько недавних отравлений от этих рыб во Флориде были вызваны сакситоксином, который вызывает паралитическое отравление моллюсками с очень похожими симптомами и признаками. Рог тритона Charonia sauliae также связан с пищевыми отравлениями, и есть свидетельства того, что он содержит производное тетродотоксина. Было зарегистрировано несколько отравлений от неправильно маркированной рыбы фугу и, по крайней мере, одно сообщение о смертельном эпизоде в штате Орегон, когда человек проглотил Taricha granulosa с грубой кожей ¹³⁾. В 2009 году в Окленде, штат Новая Зеландия, произошла серьезная паника после того, как несколько собак погибли на пляжах, съев Pleurobranchaea maculata (серого морского слизня). Детям и владельцам домашних животных советовалось избегать пляжей, и любительская рыбалка также была запрещена на некоторое время. После исчерпывающего анализа было обнаружено, что морские слизни содержали тетродотоксин.

Статистические данные Токийского бюро социального обеспечения и общественного здравоохранения указывают на 20–44 случая отравления фугу в год в период с 1996 по 2006 годы по всей стране, что привело к 34–64 госпитализациям и 0–6 смертельным случаям в год, при среднем уровне смертности 6,8%. Из 23 инцидентов, зарегистрированных в Токио в период между 1993 и 2006 годами, только один имел место в ресторане, а остальные были связаны с рыбаками, которые ели свой улов. С 2006 по 2009 год в Японии было 119 инцидентов с участием 183 человек, но только 7 человек погибли. В Соединенных Штатах было зарегистрировано лишь несколько случаев отравления, и вспышки в странах за пределами Индо-Тихоокеанского региона редки. В Гаити тетродотоксин, как полагают, использовался в препаратах вуду, в так называемых зомби-ядах, где последующий тщательный анализ неоднократно ставил под сомнение ранние исследования по техническим причинам и не позволял идентифицировать токсин ни в одном препарате, ¹⁴⁾ так что обсуждение этого вопроса практически исчезло из первичной литературы с начала 1990-х годов. Као и Ясумото в первой из своих работ в 1986 году пришли к выводу, что «широко распространенное в непрофессиональной прессе утверждение о том, что тетродотоксин является возбудителем в начальном процессе зомбирования, не имеет фактической основы». Генетика не является фактором предрасположенности к отравлению тетродотоксинами. Отравления можно избежать, если не употреблять в пищу виды животных, о которых известно, что они содержат тетродотоксин, главным образом, рыбу фугу; другие тетродотоксичные виды обычно не потребляются людьми.

Отравление тетродотоксином представляет особую проблему для общественного здравоохранения в Японии, где рыба «фугу» - это традиционное лакомство. Рыбу готовят и продают в специальных ресторанах, где обученные и лицензированные повара тщательно удаляют внутренности, чтобы уменьшить опасность отравления. Существует вероятность неправильной идентификации и неправильной маркировки, особенно готовых, замороженных рыбных продуктов. Анализ продуктов питания Биологический анализ на мышах, разработанный для паралитического отравления моллюсками (PSP), может быть использован для мониторинга тетродотоксина у рыбы фугу и является текущим методом выбора. Метод ВЭЖХ с постколоночной реакцией со щелочью и флуоресценцией был разработан для определения тетродотоксина и связанных с ним токсинов. Продукты деградации щелочи могут быть подтверждены как их триметилсилильные производные газовой хроматографией / масс-спектрометрией. Обнаружение в жидкостях организма Тетродотоксин может быть количественно определен в сыворотке, цельной крови или моче для подтверждения диагноза отравления у госпитализированных пациентов или для помощи в судебном расследовании случая смертельной передозировки. Большинство аналитических методов включают масс-спектрометрическое обнаружение после газового или жидкостного хроматографического разделения. Современные терапевтические исследования Тетродотоксин был исследован как возможное средство для лечения боли, связанной с раком. Ранние клинические испытания демонстрируют значительное облегчение боли у некоторых пациентов. В дополнение к упомянутому применению от боли при раке, мутации в одном конкретном TTX-чувствительном Na + канале связаны с некоторыми мигреневыми головными болями, хотя неясно, имеет ли это какое-либо терапевтическое значение для большинства людей с мигренью. ¹⁵⁾ Тетродотоксин клинически использовался для облегчения головной боли, связанной с отменой героина.

В США тетродотоксин фигурирует в списке специальных веществ Министерства здравоохранения и социальных служб (HHS), и для того, чтобы использовать тетродотоксин в своих исследованиях, ученые должны зарегистрироваться в HHS. Тем не менее, обладание веществом весом менее 500 мг освобождено от регулирования.

:Tags