反毒为药--河鲀毒素的麻醉效用

　　河鲀鱼（曾作河豚鱼）肉质极其鲜美，宋代著名诗人苏东坡在品尝了河鲀鱼后，曾写下"竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知。蒌蒿满地芦芽短，正是河豚欲上时"的千古绝唱。河鲀鱼一旦被触碰，身体就立即鼓成一个球状，十分可爱。然而，这样一种外表呆萌且肉质鲜美的鱼，却同时是自然界有名的"绝命毒师"。这是由于河鲀鱼体内含有一种剧毒的生物碱类神经毒素--河鲀毒素（TTX）。河鲀毒素经腹腔和皮下注射，对小鼠的半致死量（LD₅₀）分别为10.7 ng/g 和12.5 ng/g【1】。人类摄入1 mg左右的河鲀毒素便可致命。河鲀毒素的化学性质非常稳定，不会被一般烹调手段破坏。因此民间素有"拼死吃河豚"的说法。

　　药物研发需要使药物与治疗靶点的精准结合。钠离子通道是局部麻醉及疼痛治疗的关键作用靶点。临床上常用的局部麻醉药可有效阻止钠离子进入细胞，但它们的靶点特异性不强，还同时作用于钾离子通道、钙离子通道及烟碱型乙酰胆碱受体等【2】。因此，常用的局部麻醉药会引起一系列由轻到重的副作用，严重时可诱发心律失常甚至心跳呼吸骤停【2】。此外，常用局部麻醉药的麻醉时间较短，一般不超过10 h【3】。因此，研发麻醉作用时间长且安全性高的局部麻醉新药具有十分重要的临床意义。河鲀毒素是具有高度特异性的钠离子通道阻断剂，其局部麻醉效果远大于常用局部麻醉药【3】。更重要的是，河鲀毒素无心脏抑制、中枢神经系统毒性及遗传毒性等副作用【3】。这凸显了河鲀毒素重要的药用价值及非常诱人的医疗应用前景。近年来已有许多把河鲀毒素用于麻醉、癌痛治疗、戒毒及神经病理性疼痛治疗等的相关报道【4】。

急性局部麻醉药中毒的机制和症状

　　然而，河鲀毒素在临床上的使用和推广受到很大地限制，原因是它的全身毒性作用让普通人"闻风丧胆"，让新药开发者及医疗工作者"望而却步"。但"毒和药不分家"，经过科学家巧妙的改造和包装，河鲀毒素完全可以被"驯服"，成为造福人类的良药！近年，研究者不断寻求河鲀毒素局部麻醉应用中可联合应用的辅助药物、设法对河鲀毒素进行化学修饰、设计河鲀毒素缓释及控释给药系统以控制河鲀毒素的全身毒性，已取得许多可喜的实验结果。

辅助药物来"助攻"

　　肾上腺素、苯肾上腺素、可乐定和右美托咪定等α肾上腺素受体激动剂联合使用河鲀毒素是比较经典的局部麻醉配方【5】。联合使用肾上腺素可使注射河鲀毒素部位周围的血管收缩，延缓血管吸收河鲀毒素，降低其全身毒性作用，同时也保持局部较高的河鲀毒素浓度，利于河鲀毒素渗透神经表面，提高麻醉效果【5】。化学渗透促进剂是指能可逆改变生物屏障效应以促进药物透过生物屏障的分子，诸如表面活性剂、醇类、脂肪酸和酯类等。研究表明，联合使用数种不同的化学渗透促进剂可有效提高河鲀毒素的麻醉成功率及麻醉时长【5】。此外，通过药用多聚物对河鲀毒素进行化学修饰可产生良好的河鲀毒素缓释效果。研究表明，将河鲀毒素与生物相容、可生物降解的聚合物结合后注射到大鼠坐骨神经处可产生长达3天的感觉神经阻滞效果，而且该缓释系统具有良好的安全性【5】。

安全的"外壳"来包装

　　微粒给药系统是给药系统研发领域的新热点，具有明显的药物缓释作用，并可降低药物副作用，提高药物的生物利用度【6】。脂质体和纳米粒是其中两种粒径小于1 μm的微粒给药系统，用它们封装河鲀毒素可以降低河鲀毒素的全身毒性作用，显著提高河鲀毒素的安全性【5】。此外，利用微粒给药系统还可显著延长河鲀毒素局部麻醉作用的时间，满足术后镇痛、慢性疼痛等长时间麻醉需求【5】。

远程触发给药系统让患者"痛随心止"

　　尽管微粒给药系统的缓释作用可以提供长时间的局部麻醉，却由不得患者自主调控。临床中，每个患者可能有不断变化的镇痛需求，如活动时需较大镇痛强度，而休息时则只需较小镇痛强度。患者感受不同程度的疼痛时需选择不同的镇痛强度、持续时间和频率等。因此，开发患者能灵活控制的、满足实时镇痛需求的麻醉给药系统尤为重要。河鲀毒素远程触发给药系统则可实现患者自主控制的按需麻醉，它通过超声、光、电和磁场等安全的外部触发能源来控制药物的释放。

　　近红外光比紫外光和可见光穿透组织的能力更强，这种穿透能力足以到达人类的许多神经表面【7】。而且，容易根据实际需求灵活改变近红外光的波长、辐照强度和照射时间。研究者利用光化学效应原理，采用近红外光激光器作为外部触发能源，设计了河鲀毒素远程触发给药系统。这种给药系统的关键要素是把一种光敏剂八丁氧基酞菁钯嵌入到河鲀毒素脂质体，八丁氧基酞菁钯被近红外光照射时会产生活性氧簇，使得脂质体的不饱和磷脂被过氧化，脂质双分子层内部的亲水性增强而疏水作用减弱，稳定性下降，最终导致河鲀毒素的释放【7】。此外，运用光热效应原理，研究者用脂质体封装河鲀毒素和右美托咪定，并在脂质体膜上嵌入金纳米棒。经近红外光照射，金纳米棒因表面等离子体共振现象而升温，当温度升高到脂质体的相变温度时，金纳米棒邻近的脂质双分子层发生相变，脂质体从有序的凝胶相转变为无序的液晶相，进而促进河鲀毒素和右托咪定的释放【8】。将这两类河鲀毒素远程触发给药系统注射到大鼠坐骨神经，除了可以产生长时间的初始阻滞效果外，还可以反复通过近红外光触发河鲀毒素释放，引起额外多次的神经阻滞效果达几天之久[8]。更重要的是，这两类给药系统无注射局部副作用及全身毒性作用【8】。类似地，采用临床常用的超声照射镶嵌声敏剂原卟啉IX的河鲀毒素脂质体实现了与上述两类河鲀毒素远程触发给药系统相似的麻醉效果【9】。

看未来

　　目前，治疗癌痛及化疗所导致神经病理性疼痛的河鲀毒素临床级制剂已在美国和加拿大完成II期和III期临床试验【5】，期盼不久有更多的以河鲀毒素为基础的药物获批上市。"驯服"河鲀毒素的高毒性是河鲀毒素能否进一步被开发用作临床药物的关键因素之一，笔者认为民众可以对河鲀毒素被开发用作局部麻醉药持乐观态度。这是由于河鲀毒素的全身毒性作用与动物体重有关，可以预期，目前取得的河鲀毒素局部麻醉研究成果一旦应用到人类，所产生的麻醉时间可能更长，治疗指数有望得到提高【3】。

河鲀毒素局部麻醉应用中的辅助药物、缓释系统及控释系统模式图

　　医药开发史上不乏一些"反毒为药"的经典例子，比如肉毒杆菌所分泌的肉毒素，最先以最剧毒物著称，但由于肉毒素可抑制胆碱能神经末梢释放乙酰胆碱，导致肌肉松弛型麻痹，医学界用其治疗斜视、眼睑痉挛及颈肌张力障碍等，而美容界则用其消除皱纹。又如原始土著人用箭毒狩猎或者作战。箭毒是一组有毒生物碱，是临床肌松药如筒箭毒碱、泮库溴铵的药物基础，可竞争性地结合乙酰胆碱受体，松弛肌肉。这些例子说明，经过学界的共同努力后，相信再强的剧毒也可以被"驯服"成为造福人类的良药。将河鲀毒素应用到临床可降低局部麻醉风险、改善术后患者的康复体验和提高慢性疼痛患者生活质量（详情请点击阅读原文）。

　　参考文献：

　　[1] Abal P, Louzao M C, Antelo A, et al. Acute oral toxicity of tetrodotoxin in mice: determination of lethal dose 50 (LD50) and no observed adverse effect level (NOAEL). Toxins (Basel), 2017, 9(3):75

　　[2] Sekimoto K, Tobe M, Saito S. Local anesthetic toxicity: acute and chronic management. Acute Med Surg, 2017, 4(2): 152-160

　　[3] Zhao C, Liu A, Santamaria C M, et al. Polymer-tetrodotoxin conjugates to induce prolonged duration local anesthesia with minimal toxicity. Nat Commun, 2019, 10(1): 2566

　　[4] Lago J, Rodriguez L P, Blanco L, et al. Tetrodotoxin, an extremely potent marine neurotoxin: distribution, toxicity, origin and therapeutical uses. Mar Drugs, 2015, 13(10): 6384-6406

　　[5] Melnikova D, Khotimchenko Y, Magarlamov T. Addressing the issue of tetrodotoxin targeting. Marine Drugs, 2018, 16(10): 352

　　[6] Jastrzembski B G, Shah A S. Microparticle drug delivery in ophthalmology. Int Ophthalmol Clin, 2017, 57(4): 129-136

　　[7] Rwei A Y, Lee J J, Zhan C, et al. Repeatable and adjustable on-demand sciatic nerve block with phototriggerable liposomes. Proc Natl Acad Sci USA, 2015, 112(51): 15719-15724

　　[8] Zhan C, Wang W, McAlvin J B, et al. Phototriggered local anesthesia. Nano Lett, 2016, 16(1): 177-181

　　[9] Rwei A Y, Paris J L, Wang B, et al. Ultrasound-triggered local anaesthesia. Nat Biomed Eng, 2017, 1: 644-653

　　作者简介：

　　李惠冬：华南师范大学生命科学学院生理学硕士研究生。主要研究方向为啮齿类动物恐惧记忆的神经机制。

（作者：李惠冬 储智勇 钱晓明 龙程）

（本文来源于公众号： 生物化学与生物物理进展）