桿菌毒素

桿菌毒素 (BTX)，也稱為 桿菌神經毒素 (BoNT)、 桿菌毒素——也以商品名 Botox 為首款 桿菌毒素即用制劑而廣為人知——是幾種藥物的統稱非常相似的神經毒性蛋白質。 神經毒素由 梭菌、丁酸梭菌、巴拉氏梭菌和阿根廷梭菌的各種菌株形成和排泄； 它們是外毒素。

這些蛋白質的毒性作用是基于抑制神經細胞刺激的傳遞，除了自主神經系統紊亂外，還可能導致肌肉無力，包括肺功能停止。 桿菌毒素是迄今為止已知對人類等生物最致命的毒藥。 小鼠的 LD50 值為吸入 3 ng/kg 至皮下吸收 4 ng/kg。

桿菌毒素中毒稱為 桿菌中毒，是一種可怕的食物中毒，它也可能由 梭菌引起的腸道感染和傷口感染引起。

梭菌普遍存在于土壤和水生沉積物中，并形成抗性內生孢子，破傷風梭菌也是如此，它會產生結構相似的破傷風毒素。 這些對宿主致病的物質給寄生微生物帶來了什么樣的進化益處是討論的主題。

細菌和毒素的名稱源自拉丁詞 botulus“香腸”，正如之前引入的用于香腸中毒臨床表現的術語 桿菌中毒一樣。

主要引起 中毒的 梭菌以孢子形式存在于各處。 這種細菌需要非酸性、極低氧的條件才能發芽并產生毒素。 這種情況通常存在于罐裝香腸和蔬菜以及真空包裝食品中； 此外，肉類和香腸的厭氧核心區通常被認為是梭菌生長的極佳基質。

桿菌毒素e是AB類毒素的高分子蛋白復合物，由兩部分組成：輕鏈，實際麻痹性神經毒素（A部分）和重鏈，一種無毒蛋白質（B部分） ), 它介導與神經細胞的結合和攝取。 這些組分通過二硫鍵相互連接。 較輕的神經毒性部分是含鋅內肽酶。 B部分與神經細胞的突觸前膜結合。 攝取到突觸小泡后，重鏈的 N 端通過降低 pH 值形成膜孔。 此外，二硫鍵被裂解，使神經毒性輕鏈擴散到胞質溶膠中。

B部分保護神經毒素在口服后在胃的酸性環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，復合物在中性組織 pH 值下解離并且不再穩定。 如果長時間加熱，蛋白質也會變得不穩定。 因此，在 桿菌毒素的治療應用中，復雜的蛋白質沒有必要的功能，也無助于有效性。 然而，正在討論批準藥物的臨床有效性差異（例如擴散能力或傳播能力）是否可歸因于存在的不同類型的包膜蛋白。

桿菌毒素在血清學上分為A～G型，其中A型和B型入藥。 只有 A、B、E 和 F 型對人體有毒。 桿菌毒素e在結構和生化作用上與同樣由梭狀芽胞桿菌形成的破傷風毒素非常相似。

DNA 測序技術的進步也揭示了個體血清型之間的差異，從而導致亞型的引入。 在氨基酸水平上，此類亞型在一個血清型內的差異可高達 36%。已經表明，血清型的亞型在它們的生物活性方面不同，例如在攝取和底物裂解的動力學、對受體的親和力或總體活性方面。

桿菌毒素抑制神經細胞向其他細胞傳遞沖動，尤其是在突觸處向肌肉細胞傳遞，這意味著肌肉收縮變弱或完全失效。 桿菌毒素e是一種蛋白質，首先在細菌中產生為長多肽鏈，然后被蛋白酶切割并激活。 然后它們由稱為輕鏈和重鏈的兩個蛋白質亞基組成。

毒液的組織特異性取決于重鏈的結構特征。 這是因為 桿菌毒素與使用乙酰膽堿作為神經遞質的神經元的突觸前部分結合 - 就像在神經肌肉接頭上一樣。 重鏈部分還通過內吞作用介導毒液進入突觸前末端。

進入神經細胞內部的輕鏈是毒素的活性部分。 它具有具有催化活性的結構特征，現在充當鋅肽鏈內切酶。