테트로도톡신의 독성학

1982년 미국의 식물학자 웨이드 데이비스(Wade Davis)는 영혼을 소생시키는 아이티 부두교의 대가들이 복어에서 추출한 독소 분말을 약에 사용했다는 사실을 발견했습니다. 이 과정에서 중독된 사람들의 뇌는 완전히 손상되었습니다. 의식이 있는 경우 24시간 동안 생존할 수 있다면 합병증 없이 빠르게 정상으로 돌아올 것입니다. 사람들에게 '죽음에서 사람을 부활시키는' 능력이 있다고 믿게 만드는 것이 소위 '부활술'이다. 실제로 테트로도톡신의 특수한 구조로 인해 신경축삭의 나트륨 이온 채널 입구에 마개처럼 굳어 나트륨 이온이 세포막을 통과해 신경 자극을 전달하는 것을 방해해 신경 자극을 차단하기 때문이다. 체계. 테트로도톡신은 뇌의 혈액 세포 장벽을 통과할 수 없기 때문에 피해자는 무력한 의식 상태에 놓이게 됩니다. 몇 시간 또는 며칠 후 테트로도톡신이 마침내 나트륨 채널을 열면 대부분의 희생자는 사망합니다.

복어 독소이온 스펙트럼 지도 참고자료.

TTX는 대표적인 나트륨 이온 채널 차단제로서 근육과 신경세포의 세포막 표면에 있는 나트륨 이온 채널 수용체에 선택적으로 결합해 전압 의존성 나트륨 이온 채널을 차단함으로써 동물전위를 억제한다. 뉴런과 근육 사이의 흥분 전도로 인해 관련된 생리적 기능 장애가 발생하고 주로 근육과 신경의 마비가 발생합니다. 구조-활성 관계는 TTX의 활성 그룹이 위치 1, 2, 3의 구아니딘 아미노 그룹이고 C-4, C-9 및 C-10 위치의 인근 하이드록실 그룹이 양성자화되어 있음을 보여줍니다. 생리학적 pH에서 형성되는 전기양성 영역은 나트륨 이온 채널 수용체 단백질의 전기음성 카르보닐기와 상호작용하여 이온이 채널로 들어가는 것을 차단합니다. 나트륨 이온 수용체에는 6개 이상의 특정 표적 분자 결합 부위가 있으며, TTX는 나트륨 채널 수용체 부위 I에 결합합니다. TTX 수용체는 흥분성 세포막 외부, 나트륨 채널의 외부 개구부 근처에 위치합니다. TTX는 수용체 부위에 결합하여 나트륨 이온이 채널의 외부 개구부에 접근하는 것을 방지합니다. 연구에 따르면 TTX는 특히 나트륨 채널에 작용하며 칼륨 및 칼슘 채널, 신경근 시냅스 및 콜린 핑거 효소에 직접적인 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 또한 독소는 혈액뇌관문을 통해 중추신경계로 유입되어 중추신경계에 상당한 억제 효과를 발휘할 수 있습니다. 일반적으로 TTX의 호흡기 및 심혈관 효과 억제는 중추 및 말초 기관에 대한 동시 효과의 결과입니다.

테트로도톡신의 주요 독성학적 효과는 신경과 근육 전달을 차단하는 것입니다. 테트로도톡신은 위장관에 직접 작용하여 국소적인 자극 증상을 일으키는 것 외에도 체내에 흡수된 후 신경 말단과 신경 중추를 빠르게 마비시킬 수 있으며, 독의 양이 증가하면 수의근의 운동 신경을 마비시킬 수 있습니다. 독은 미주신경에 영향을 미쳐 호흡에 영향을 미치고 맥박이 느려지며 심한 경우 체온과 혈압이 떨어지며 결국 혈관운동신경과 호흡신경 중추가 마비되어 급사하게 된다. TTX는 선택적으로 흥분성 막의 전압을 억제하고 Na 채널의 개방을 방해하여 신경 자극의 발생 및 전도를 방지하고 신경근 흥분성의 상실을 유발할 수 있습니다. 그 이후로 대부분의 연구 작업은 흥분성 조직에서 Na 채널을 차단하는 TTX에 중점을 두었습니다. 복어는 TTX에 저항력이 있고 면역성이 있습니다. 이 영역에서 방향족 아미노산에서 비방향족 아미노산으로의 아미노산 치환이 있는 경우 TTX 결합에 대한 민감도에 큰 영향을 미칩니다. 테트로도톡신에 면역성이 없는 유기체에서는 나트륨 채널의 α-소단위에 테트로도톡신 수용체가 있으며, 테트로도톡신은 α-소단위의 게이트 기공 근처의 아미노산 잔기와 결합하여 나트륨 이온이 세포로 들어가는 것을 방지합니다. . 내부에서는 테트로도톡신 중독을 유발합니다. 복어의 세포 구조는 다른 유기체의 구조와 다릅니다. 복어에는 테트로도톡신과 결합할 수 있는 다른 단백질이 있어 복어가 체내 테트로도톡신에 면역이 됩니다. Fugu rubripes, Tetraodon nigroviridis 및 zebrafish의 유전자 서열 지도를 비교하면 Fugu rubripes 및 Tetraodon nigroviridis의 골격근의 Nav1.4 채널에 돌연변이가 있는 것으로 나타났습니다. 이는 복어에게 다음과 같은 능력을 부여하는 긍정적인 결과입니다. 복어 독소에 저항하십시오. 붉은지느러미 복어와 표범점 복어의 돌연변이는 유사합니다. 둘 다 Nav1.4 채널의 위치 401에 치환이 있으며, 이는 접힘 정도가 더 높은 불포화 아미노산으로 대체됩니다. 복어에 들어 있는 이러한 아미노산은 복어 독소와 결합하지 않으므로 복어의 나트륨 채널에 영향을 미칠 수 없습니다.

표범 복어의 골격근에서 Nav1.4 채널 발현을 조절하는 cDNA를 클로닝함으로써 Nav1.4 채널 영역의 I401 위치에 불포화 아미노산인 아스파라긴이 존재한다는 것을 발견했습니다. 유전공학을 통해 테트로도톡신에 민감한 생쥐의 골격근 Nav1.4 채널에 불포화 아미노산을 이식했습니다. 이식된 불포화 아미노산의 접힘 정도가 높을수록 생쥐의 테트로도톡신에 저항하는 능력이 강해졌습니다. 불포화 아미노산의 접힘 정도가 치환 부위의 아미노산 접힘 정도의 2500배가 되면 IC50(50Na 채널이 차단되었을 때의 테트로도톡신 농도)이 47 μmol/L로 증가합니다.

테트로도톡신에 대한 일부 유기체의 저항성은 독특한 나트륨 이온 채널 구조와 관련이 있습니다. 연구 결과, 3×10^-6M 테트로도톡신은 Arothron hispidus를 포함한 7종의 복어 근육의 활동 전위에 영향을 미치지 않은 반면, 3×10^-7M 테트로도톡신은 3종의 복어의 근육 활동 전위를 차단하는 것으로 나타났습니다. 복어가 포함되지 않은 다른 물고기의 독소 활동 전위. 테트로도톡신의 결합 부위는 나트륨 이온 채널 내 고도로 보존된 기공 형성 영역(P-루프)에 위치합니다. 테트로도톡신에 민감한 나트륨 이온 채널(TTX-sensitiveNa 채널)은 TTX에 대한 친화력이 높은 방향족 화합물을 가지고 있습니다. 이 지역의 성적인 아미노산. 이 영역에서 방향족 아미노산에서 비방향족 아미노산으로의 아미노산 치환이 있는 경우 TTX 결합에 대한 민감도에 큰 영향을 미치므로 나트륨 이온 채널이 TTX 저항성 Na 채널이 됩니다. Fugu pardalis 골격근의 Nav1.4 채널의 cDNA 유전자 서열 지도 연구를 통해 채널 도메인 I의 기공 형성 부위 401번 위치에 비방향족 아미노산인 아스파라긴이 함유되어 있음이 밝혀졌습니다. 이 부위의 아미노산 치환은 고농도의 TTX에 대한 복어의 내성과 관련이 있을 수 있습니다. 포식과 방어의 장기적인 진화 과정에서 북미 서부의 일부 가터스 뱀도 테트로도톡신에 대한 특정 내성을 개발했으며, 다른 지역의 가터스 뱀의 테트로도톡신에 대한 내성도 크게 다릅니다. 이 가터스 뱀의 Nav1.4 채널을 분석한 결과 방향족 아미노산이 401번 위치에 보존되어 있지만 도메인 IV의 기공 형성 영역에서 여러 아미노산 치환이 발생한 것으로 나타났습니다. Willow Creek 지역에 있는 가터스 뱀의 Nav1.4 채널의 도메인 IV에는 3개의 아미노산 치환이 포함되어 있습니다. 이 지역의 가터스 뱀의 TTX에 대한 내성은 Benton 지역의 TTX보다 2배 더 높습니다. 1개의 아미노산 치환만을 포함합니다. 복어와 가터뱀에서만 테트로도톡신에 대한 내성이 골격근과 뉴런의 나트륨 이온 채널의 아미노산 치환과 관련이 있다는 것이 밝혀졌습니다. 두 종의 주요 차이점 중 하나는 거의 모든 복어가 TTX에 어느 정도 내성을 갖고 있으며 동일한 내성 메커니즘을 공유하지만 일부 가터스 뱀만 TTX에 내성이 있다는 것입니다. 내인설

내인설을 주창하는 학자들은 복어 등 생물체에 함유된 자포와 독샘에 있는 단백질 독소가 내인성 독소의 근원이라고 믿고 있다. 그들은 복어가 섭취한 음식을 독소로 전환시키는 특정 기능이나 미생물을 체내에 가지고 있다고 추측합니다. 그러나 이 진술을 확인할 수 있는 증거가 더 이상 없었기 때문에 내인 이론은 널리 인정되지 않았습니다. 많은 연구자들은 많은 해양 박테리아가 테트로도톡신을 생성할 수 있다고 믿고 있습니다. 불가사리와 같이 복어의 먹이가 되는 일부 동물도 테트로도톡신을 함유하고 있지만, 인공적으로 사육된 복어에는 테트로도톡신이 없으므로 복어 자체에는 TTX를 생성하는 능력이 없습니다. 그러나 나중에 테트로도톡신이 박테리아에 의해 생산된다는 견해는 반박되었다. 1995년 Kmatsumura는 Vibrio alginolyiicus에서 추출한 테트로도톡신이 테트로도톡신에 대한 단일클론항체와 반응하지 않는다는 사실을 발견하고 생물학적 동정 방법에는 단점이 있다고 생각하였다. "TTX는 박테리아에 의해 생성된다"는 견해를 이해하십시오. 테트로도톡신 생성 원인이 내인성임을 확인하기 위해 검도에서는 1998년 인공수정 및 배아 배양을 위해 복어의 성숙 난세포를 추출한 결과, 배양 과정에서 배아 내 테트로도톡신 함량이 지속적으로 증가한다는 사실을 발견했습니다.

이는 증가된 독소가 배아의 산물임을 시사합니다. 이를 통해 복어의 TTX가 박테리아에서 직접 유래된 것이 아니라 복어 자체의 박테리아와 동일한 산물임을 알 수 있습니다. 복어와 같은 동물이 스스로 독소를 분비하는 능력이 있는지, 그리고 복어 독소가 신체의 다양한 기관 내로 어떻게 전달되는지에 대해서는 더 많은 연구가 필요합니다.

또한 복어 이외의 종에 테트로도톡신이 분포하고 복어 내 세균이 테트로도톡신을 분비할 수 있는 현상이 있다고 해서 복어 자체가 테트로도톡신을 생산하지 못한다는 의미는 아니다. Matsumura는 Vibrio alginolyticus가 생성한 테트로도톡신이 테트로도톡신에 대한 단일클론 항체와 반응하지 않는다는 사실을 발견했습니다. 이는 박테리아가 생성한 테트로도톡신이 복어의 테트로도톡신과 모두 동일하지는 않음을 나타냅니다. 그러나 박테리아가 생산한 테트로도톡신은 생쥐도 죽일 수 있어 테트로도톡신의 파생물일 수 있음을 나타냅니다. 그러나 내인성 가설 역시 일부 사실을 설명할 수 없다. 복합사료를 공급하는 조건에서만 인공 양식된 복어의 테트로도톡신 수치는 전혀 없거나 매우 낮습니다. 이 사실은 내인성 가설로는 설명하기 어렵습니다. Matsui 등은 복어에 TTX를 저장할 수 있는 메커니즘이 있다고 믿습니다. 그러나 복어가 테트로도톡신만 저장할 수 있다면 배아 발생 과정에서 테트로도톡신 함량이 증가하는 현상도 설명하기 어렵다. 따라서 복어에 있는 테트로도톡신은 복어에 있는 세균과 동일한 산물일 가능성이 높습니다. 체내의 세균은 테트로도톡신의 유도체를 생성하고, 복어는 이 유도체를 복어 자신의 것으로 전환시킵니다. 테트로도톡신. 복어 배아의 발달 과정에서 테트로도톡신의 함량이 증가했습니다. 수정 전 박테리아 박테리아에 의해 생성된 테트로도톡신 유도체가 수정 후 배아 발달 과정에서 점차적으로 복어의 배아에 축적되는 능력을 갖게 되었을 수도 있습니다. 이 파생물을 자체 테트로도톡신으로 전환합니다. 따라서 테트로도톡신 수준은 배아 발달 동안 계속 증가합니다.

외인론

Mosher 등이 캘리포니아 도롱뇽(Tarichatorosa)에서 테트로도톡신을 분리하기 전에는 항상 복어에서 생성되는 것으로 생각되어 왔다. 새우에서 테트로도톡신은 호랑이 물고기, 개구리, 투구게, 불가사리, 네메르테아류, 화살벌레, 환형동물, 석회조류 등에서 분리되어 사람들은 테트로도톡신이 널리 분포되어 있다고 믿게 되었습니다. 1986년 Noguchi 등은 Atergatisfloridus의 장에서 테트로도톡신 생성균을 분리했다고 최초로 보고했습니다. 1987년에는 Noguchi 등도 복어의 장에서 테트로도톡신 생성균을 분리했습니다. 이후 다양한 동물의 신체나 표면, 해양 퇴적물, 담수 퇴적물에서도 테트로도톡신과 그 파생물을 생산하는 다양한 미생물이 분리되는 현상이 발견되면서 사람들은 테트로도톡신의 외부 기원에 대한 가설을 더욱 믿게 되었습니다. '외인론'을 최초로 제안한 학자는 일본의 복어, 시미즈, 마쓰이이다. 인공 양식한 무독성 복어와 인공적으로 수확한 복어에게 TTX가 함유된 미끼를 먹인 결과 이들 무독성 복어가 중독되었습니다. 독소의 기원은 외인성일 수 있다고 추측됩니다. 이 가설은 복어의 테트로도톡신이 환경의 테트로도톡신이나 테트로도톡신을 생성하는 박테리아에서 유래한다는 것을 시사합니다.

Noguchi 등은 1990년부터 2003년까지 일본에서 해저 10m 이상의 가두리에서 양식된 붉은 지느러미 복어의 테트로도톡신 독성을 조사하기 위해 마우스와 액체 크로마토그래피 질량 분석 기술을 사용했습니다. 어류, 근육 또는 생식선에서 검출된(검출감도 lt; 0.1MU/g) 이는 인공복합사료를 공급한 붉은지느러미 복어가 독성이 없음을 의미하며, 이는 무독성 붉은지느러미 복어를 효과적으로 양식할 수 있음을 나타냅니다. 해저 퇴적물로부터 멀리 떨어져 있습니다. Hwang 등은 인공 양식된 붉은 지느러미 복어의 독성에 종종 다른 수질이 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. 타이베이현 사육기지 양식 참다랑어 복어의 난소는 1월부터 3월까지 독성이 있고, 간에는 1월부터 3월까지 약독이 있습니다.

장쑤성 이싱에서 인공 배양한 복어의 모든 장기와 조직은 무독성이었습니다. 복합사료를 먹이고 복어를 민물환경에서 사육함으로써 1~3세 치어는 무독성 또는 저독성을 가집니다. Hua Yuanyu 등은 고성능 액체 크로마토그래피와 형광 분광 광도계를 결합한 방법을 사용하여 순수 인공 사육 및 상업용 어류로 재배된 복어를 무작위로 샘플링하고 테스트한 결과 복어 독소의 평균 함량은 2μg/g 미만으로 기본적으로 무독성입니다.

Nagashima 등은 복어의 독소가 먹이 사슬을 통해 풍부하다고 제안했습니다. 얇은 복어 간 조각은 다른 생선 간 조각보다 복어 독소를 흡수하는 능력이 더 강합니다. 인위적으로 양식한 복어에는 테트로도톡신이 포함되어 있지 않다는 사실도 실험을 통해 입증되었으나, 독이 있는 복어의 간을 사료에 첨가하면 양식된 복어에 테트로도톡신이 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. 대부분의 학자들은 복어의 테트로도톡신이 먹이 사슬과 미생물의 이중 영향의 결과라고 믿습니다.

복어 독소의 기원에 대해 가장 많이 연구된 것은 동양복어입니다. 일반적으로 바다로 이동하여 테트로도톡신을 생성할 가능성은 다음과 같다고 생각됩니다. (1) 복어는 바다로 이동한 후 해수 환경에서 스스로 TTX를 생성합니다. (2) 해수 내 일부 유기체에는 TTX와 TTX가 포함되어 있습니다. 복어에 의해 중독됩니다. 삼키면 체내에 흡수, 저장, 농축됩니다. (3) 많은 해양생물의 대사산물에는 TTX가 포함되어 있습니다. 연구 관점에서 볼 때 복어 자체가 테트로도톡신을 생성할 가능성은 거의 없습니다. 왜냐하면 복어 외에도 복어가 즐겨 먹는 바다 생물에는 TTX가 많이 포함되어 있기 때문입니다. 또한, 민물에 서식하며 바다로 이동하지 않은 복어에서는 TTX가 검출되지 않는데, 이는 복어 자체가 독소를 생성하지 않는다는 사실을 보여주는 것이기도 합니다. 그러나 일정 기간 동안 TTX가 포함된 사료를 먹인 후 TTX가 체내에서 다시 감지될 수 있습니다. 따라서 TTX는 먹이사슬을 통해 복어에 축적될 가능성이 높습니다. 더욱이, 복어가 즐겨 먹는 유기체의 표면에는 바다의 많은 독성 박테리아가 부착되어 복어의 몸에 들어간 후 상호 유익한 관계를 형성하며, 복어는 피부 분비선의 노출을 통해 TTX를 방출할 수 있습니다. 천적으로부터 보호하세요.

노구치 등은 게 중독을 일으키는 마비성 패류 중독의 기전을 추적하는 과정에서 석회조류와 독이 있는 게 내장에서 독소 생성균을 분리해낸 것으로 확인됐다. 슈도모나스p. 균의 배양액에서 얻은 2가지 독소를 FLD-HPLC법, 적외선분광법, 질량분석법으로 분석한 결과 TTX와 탈수 TTX로 확인되었다. 이를 마우스의 복강에 각각 추가로 주입한 결과, TTX와 탈수-TTX에 해당하는 치사율을 나타내어 TTX가 세균 대사산물임을 확인하였다. Thuesen 등은 4종의 Chaetognatha로부터 34종의 해양 박테리아를 분리했습니다. 이들의 배양물과 세포외 생성물은 모두 Na 채널을 차단할 수 있습니다. 또한, 조직배양법, 액체크로마토그래피 및 기타 방법을 통해 생성물이 TTX인 것으로 확인되었다. TTX를 생산하는 박테리아가 다양하다는 것을 알 수 있다. Wu Shaoju 등은 복어의 여러 기관에서 박테리아를 분리 및 선별하여 36종에서 TTX를 분비할 수 있는 박테리아 20종을 선별했으며, 또한 난소와 간에서 TTX 함량이 높고 균주의 수와 독성이 있음을 발견했습니다. 복어에 함유된 TTX도 다른 조직에 비해 높은 것으로 나타나 복어에 함유된 TTX가 복어의 세균 증식과 밀접한 관련이 있음을 보여줍니다.

테트로도톡신의 '체외 기원' 가설은 모든 TTX 생산 유기체가 체내의 TTX 분비 미생물과 밀접하게 관련되어 있으며 이후 다양한 TTX 운반 유기체로부터 추출되었다고 가정합니다. TTX를 생산할 수 있는 박테리아. 또한, TTX의 축적 메커니즘은 먹이 사슬을 통해 얻을 수 있을 뿐만 아니라 자체 장내 박테리아에 의해 생산될 수도 있는데, 이는 바다의 일부 유기체도 복어와 동일한 먹이를 먹지만 체내에는 TTX가 포함되어 있지 않기 때문입니다. 복어의 몸에는 TTX를 저장할 수 있는 메커니즘이 있는 것으로 추정됩니다. 대부분의 연구자들은 복어의 TTX가 먹이 사슬과 미생물의 이중 영향의 결과라고 믿습니다.

복어의 TTX 함량은 개인마다 다를 뿐만 아니라 신체의 다양한 조직에서 TTX 함량에도 큰 차이가 있습니다.

일반적으로 그 함량은 난소와 간에서 가장 많고, 그 다음이 고환이며, 피부와 근육에서는 미량이거나 전혀 존재하지 않습니다. Yuji 등은 복어의 간 조직을 TTX가 포함된 배양액에서 배양한 결과 TTX를 흡수할 수 있음을 발견하여 복어의 간에서는 TTX를 분비할 수 없지만 체외에서는 TTX를 흡수한다는 사실을 입증했습니다. 이는 복어의 TTX가 외인성임을 더욱 증명합니다.

다른 이론

복어가 테트로도톡신을 축적하는 메커니즘을 면역학적 관점에서 설명하는 학자들도 있다. 테트로도톡신을 사용하여 생물학적 면역 실험을 수행하고, 동일한 농도의 테트로도톡신을 사용하여 독성 복어, 무독성 복어 및 마우스에 미세 주입하여 독성 실험을 수행합니다. 그 결과, 독복어는 테트로도톡신에 대한 면역내성이 가장 강한 것으로 나타났으며, 무독성 복어의 면역내성은 생쥐보다 강한 것으로 나타났다. 이를 통해 독복어는 테트로도톡신에 대한 특별한 면역관용 조절 메커니즘을 가지고 있는 것으로 추론된다. 일부 학자들은 분자생물학의 관점에서도 이를 입증했습니다. Yotsu-Yamashita M 등의 연구에서는 복어에 테트로도톡신과 결합하여 복합체를 형성할 수 있는 단백질이 있다고 믿고 있습니다. Matsui 등도 복어에서 테트로도톡신과 단백질 사이의 복합체를 추출했습니다. Jeen 등은 복어의 간에서 mRNA를 추출하고 이를 역전사하여 cDNA를 얻었으며, cDNA 말단 증폭을 통해 cDNA에 있는 fibrinogen 유전자(flp)의 함량이 복어의 독성 수준과 선형적으로 연관되어 있음을 발견했습니다. 독소. 이를 통해 복어의 테트로도톡신은 단백질과 결합된 복합체 형태로 존재하며, 테트로도톡신의 함량은 유전자에 의해 조절된다는 것을 유추할 수 있다. 사람들은 복어가 테트로도톡신을 축적하는 메커니즘을 여러 각도에서 입증했지만 통일된 견해는 형성되지 않았습니다. 그러나 양식 복어는 독성이 덜해 복어 시장 개방에 이론적 근거를 제공한다.