蛇毒中毒素的进化关系

在过去的20多年里，人们对蛇毒蛋白结构进行了大量的研究，积累了丰富的资料，从 现有的资料对各种蛋白质从结构上进行分类，从而推测蛋白质在进化中的关系。目前主要 是根据化学结构和药理学特性对蛇毒中的毒素进行分类，根据结构不同并可以把它们分 成4类。

突触后神经毒素:其中包括长链和短链神经毒素。

膜毒素:其中包括心脏毒素、细胞毒素、直接溶血因子、白唇曼巴蛇型毒素和黑唇 眼镜蛇型毒素。后两类毒素是分别从白唇曼巴蛇和黑唇眼镜蛇蛇毒中分离出的小分子量毒素，与心脏毒素在分子结构上相似，但免疫特性不同。

具有磷脂酶A2结构的毒素。

(1)其他毒素:如响尾蛇胺等。

对蛇毒毒素进化关系的研究经历了曲折的过程，产生了许多有争议的理论和观点，有 些争议至今还没有解决。这一方面是因为从蛋白质结构资料确定它们之间的进化关系有 多种方法，这些方法都有其优缺点，方法不同得出的结论也不完全一样;另一方面,更主要 的是因为目前有关毒素蛋白质一级结构和高级结构的资料还不十分多，这样使某些方法 在统计学方面缺乏坚实的基础。

蛇毒中的毒素比较复杂，而且与其他动物毒素在结构上相差较大。一般认为蛇毒中的 毒素和其他动物毒素之间没有多少相关性，很可能是由蛇自身体内的某种蛋白质前体进 化而来。一种可能的前体就是蛇体内的磷脂酶A2，比较黑唇眼镜蛇蛇 毒中的PLA2和该毒中的心脏毒素V-2(如图3-15-8)的氨基酸顺序，发现有许多相似的

区域。例如58〜118这一区域有2种分子就十分相似，在PLA2中，3位、15位、22位、43 位和 60 位中的半胱氨酸、Tyr12和 Tyr52、Ala4。一Alau、Leu7、Gly18、Gly25、Lys2f^Arg53|5 与心脏毒素分子中相应位置上的氨基酸残基相同。从图3-15-8还可以看出，a-Bungaro- toxin、NoteXin和另一种心脏毒素和PLA2在结构上也十分相似。目前普遍认为蛇毒中的 毒素在结构上与PLA2同源性较大。比较蛋白质同源性所得出的主要结论是心脏毒素与 PLA2的进化关系最近，所以有人提出心脏毒素由PLA2进化而来，而心脏毒素又是其他 毒素的祖先。至于PLA2是如何进化成心脏毒素的，有一种说法可以考虑：

古老的眼镜蛇毒中PLA2以二聚体形式存在，而且对红细胞有直接溶血作用，这种溶 血作用很可能是通过二聚体中的一个亚单位的作用进行的。在进化进程中，这个亚单位的 肽链从氨基端逐步缩短，但仍然具有与PLA2聚合的作用，这可能就是心脏毒素的前体， 以后进一步进化成心脏毒素。有利于这种学说的一个证据是，心脏毒素的作用可以被 PLA2加强；另一个证据是,不论是心脏毒素还是PLA2，都可以以二聚体的形式存在。

蛇毒毒素另一个可能的祖先是牛核糖核酸酶。牛核糖核酸酶的结构与眼镜蛇毒素 (Cobrotoxin)有较小的同源性。从响尾蛇恐怖亚种蛇毒中分离出的响尾

蛇胺与牛核糖核酸酶的同源性较大。如图3-15-9所示，在55〜95这个区域中，响尾蛇胺 有4个半胱氨酸(分子中共有6个半胱氨酸），牛核糖核酸酶也有4个半胱氨酸(分子中共 有5个半胱氨酸），这个区域二种蛋白质的氨基酸顺序十分相似。在30位附近，两种蛋白 质都有相似的顺序Asp-Cys-Arg。

初看起来，响尾蛇胺和眼镜蛇毒素没有什么同源性，但牛核糖核酸酶与眼镜蛇毒素 (Cobratoxin)有某种同源性，后者又和PLA2有同源性，因此以Cobratoxin为中间分子, 牛核糖核酸酶、PLA2和蛇毒毒素三者的结构产生了联系，如图3-15-10所示。从图中可以 看出，丁71>19-0782。、八8卩33-八^34-€7835、07864、€7871和0乂883这些残基在卩1^2、牛核糖核酸 酶和毒素分子中都是比较保守的。  

综合各种主要论点，Strydom等(1979)制出了核糖核酸酶PLA2和各种蛇毒毒素之 间的进化关系图。

从图3-15-11中可以看出，蛇毒毒素起源于共同的祖先蛋白，这种祖先蛋白被称为祖 先磷脂酶-核糖核酸酶，这种蛋白也是现代PLA2和核糖核酸酶的祖先蛋白。祖先蛋白在 进化过程中分为两支，一支分化为沟牙类毒蛇毒素的前体，另一类分化为管牙类毒蛇毒素核糖核酸酶、PLA2和蛇毒毒素之间的进化关系 的前体，按核糖核酸酶路线进化至少分化产生了现代RN酶和响尾蛇胺，按PLA2路线进 化，先分化为PLA2和毒素。与眼镜蛇毒PLA2相比和£/份类蛇毒PLA2与其 他毒素的亲缘关系较远，这两类蛇毒PLA2几乎从沟牙类毒蛇蛇毒PLA2这一祖先独立 进化而来。从图3-15-11中可见，眼镜蛇毒PLA2与毒素，特别是心脏毒素具有共同的祖 先，这一祖先通过缩短肽链长度而演变为心脏毒素，心脏毒素或其他祖先通过获得神经毒 性分化而变成神经毒素。由无神经毒性的毒素演化成神经毒素的过程不十分清楚，但估计 与获得Trp以及活性中心的Arg-Gly有关，也与通过置换获得几个碱性氨基酸有关。一 般认为长链神经毒素首先从心脏毒素中分化出来，进一步短链神经毒素和 型毒素从长链神经毒素中演化出来，短链神经毒素又进一步演化成型毒素。

对毒素分化的关系问题还存在着一些争议，主要表现在以下几个方面：

和型毒素可能由短链神经毒素演化而来,也可能和短链神经毒素没有 关系，二者从各自的祖先蛋白独立进化而来，但后一种情况存在的可能性较小。

型毒素的进化位置也有争议。主要表现在这种毒素的第1和第2个 半胱氨酸之间氨基酸数目与短链神经毒素相应的位置氨基酸数目相等，很难想象两个互 不相干的进化过程会有如此相似的偶合，它们之间的关系可能比图3-15-11中表示的关 系还要近些。

(3)沟牙类毒蛇蛇毒PLA2与管牙类毒蛇蛇毒PLA2的分支点不清楚。及to与 hr0d0n类蛇毒PLA2的顺序与心脏毒素的顺序相差较大，而眼镜蛇毒PLA2与心脏毒素 顺序相差较小。管牙类毒蛇蛇毒的PLA2相对来说没有什么毒性，但圆斑蝰0^'和ra rw- ^脱)蛇毒PLA2有很强的毒性，与黑颈眼镜蛇(从蛇毒PLA2毒性相当。其他 毒性较强的蛇毒PLA2有管牙类毒蛇类蛇毒PLA2W及从响尾蛇恐怖亚种

蛇毒中分离出来的PLA2。现代观点认为，在眼镜蛇毒和海蛇毒中心脏毒素还没有从 PLA2演化出来之前，蝰蛇和响尾蛇就与眼镜蛇和海蛇分开，如果管牙类蛇毒具有高毒性 PLA2的顺序与眼镜蛇毒PLA2相似，那么这种观点就要改变。按照现代观点可以预计管 牙类蛇毒毒性PLA2的活性中心与眼镜蛇毒毒性PLA2不同，甚至毒理作用也可能不同，毒性PLA2是PLA2向突触前神经毒过渡的中间态。