幽靈箭毒蛙這麼毒，為啥沒把自己毒死？

翻譯 | 張若瑜

編輯 | 王妍琳

圖片來源：蕾貝卡·塔文（RebeccaTarvin）/德州大學奧斯汀分校

這隻箭毒蛙攝於2017年8月、厄瓜多南部的阿蘇艾省的一個香蕉種植園裡。

幽靈箭毒蛙（Epipedobatesanthonyi）是約翰·戴利（JohnDaly）在1974年發現的地棘蛙素（epibatidine）的最初來源。事實上，地棘蛙素正是根據這種蛙的屬名命名的。地棘蛙素從來沒在厄瓜多之外的任何地方出現過，它的終極來源應該是一種未知的節肢動物。

別被它們的外觀所迷惑：只有一個頂針大小、渾身都是好看顏色的條紋、看起來一捏就扁的毒蛙，實際上擁有一些我們已知的最烈性的神經毒素。最近在《科學》雜誌發表的一篇文章讓科學家們離解決一個讓人頭疼的問題更近了一步——為什麼這些蛙類自己不會把自己毒死？這個問題的答案對解決疼痛和成癮問題意義重大。

這項由德克薩斯大學奧斯汀分校科學家領導的新研究解決了使用地棘蛙素的這一小類毒蛙中的這個問題。為了防止捕食者吃掉它們，這些蛙使用的毒素能夠結合動物神經系統中的受體，誘發高血壓、癲癇甚至死亡。研究者們發現這種毒蛙不會中毒的原因是因為它們發生的微小的基因突變，在組成受體的2500個氨基酸中，3個發生了變化這就阻止了毒素結合到它們自己的受體上，使它們能夠死裡逃生。不止如此，同樣的突變在這些蛙的進化過程中發生了三遍。

「有毒對動物的生存很有好處，使它們比捕食者更有優勢，」蕾貝卡·塔文說道，她是德克薩斯大學奧斯汀分校的博士後研究員、這篇文章的第一作者之一。「所以為什麼有毒的動物並不多呢？我們的工作表明生物體能不能進化出抵抗它們自己毒性的能力是一個很大的限制。我們發現三種不同蛙類在進化中發生了同樣的變化，這在我看來是很美的事情。」

毒蛙的種類有幾百種，每一種又會使用數十種不同的神經毒素。塔文是整合生物學專業大衛·坎納特拉、哈羅德·扎肯教授研究小組的一員，這個小組致力於研究這些蛙怎麼進化出毒素抗性。

幾十年來，醫學研究者一直都知道地棘蛙素這種毒素，可以作為一種非常有效又不成癮的止痛藥。他們根據這種毒素研究出了幾百種化合物，包括一種已經進行到臨床階段、但因為其他副作用被排除的新葯。

這項新研究展示了特定種類的毒蛙怎麼進化出能保持大腦需要又不會與毒素結合的受體的——讓科學家們了解了地棘蛙素的更多信息，可能有助於研發出更好的止痛藥或者針對尼古丁成癮的藥物。

幽靈箭毒蛙（Epipedobatestricolor）生活在水淺岩石多的小溪里。這隻蛙攝於2017年8月，厄瓜多科多帕希省。

圖片來源：蕾貝卡·塔文（RebeccaTarvin）/德州大學奧斯汀分校

「我們得到的所有關於這些受體和藥物互相作用的信息都幫助我們更好地設計藥物。」塞西莉亞·伯吉斯，德克薩斯大學奧斯汀分校瓦格納酒精和成癮研究中心的助理研究員、這篇文章的另一位第一作者說道。

改變鎖芯

受體是一種存在於細胞膜上的蛋白質，能夠在細胞內外傳遞信息。受體就像一把必須由特定的鑰匙開啟的鎖，當一個有正確形狀的分子與受體結合時，受體會被激活、發出信息。

塔文和她的同事找到的受體參與學習和記憶過程，通常只在正確的「鑰匙」接觸它的時候發出信號。對倒霉的捕食者來說，地棘蛙素也能像萬能鑰匙一樣作用於這個受體，劫持細胞、引發危機。

研究者們發現使用地棘蛙素的毒蛙產生了一個小的基因突變，能夠使毒素不能結合在它們的受體上。換句話說，它們想辦法讓萬能鑰匙失靈了。通過進化，它們也找到了一種讓真正的鑰匙能夠繼續工作的方法。也就是說那把鎖變得更有選擇性了。

幽靈箭毒蛙（Epipedobatestricolor）生活在水淺岩石多的小溪里。這隻蛙攝於2017年8月，厄瓜多科多帕希省。

圖片來源：蕾貝卡·塔文（RebeccaTarvin）/德州大學奧斯汀分校

對抗疾病

毒蛙受體的改變方式為研究對抗人類疾病的藥物提供了新的可能方法。

研究者們發現這個可以在不影響正常功能的情況下產生毒素抗性的突變在受體中的位置很奇怪，它並沒有直接接觸地棘蛙素，只是在很靠近的位置。

「最激動人心的發現的就是，這些氨基酸甚至和毒素沒有直接接觸，就能夠以如此精確的方式調節受體功能，」伯吉斯說道。「遇到無毒的物質，受體依然能夠正常工作，但是一旦碰到地棘蛙素，它們就能及時抵禦。這點對我來說非常有吸引力。」

理解了如此微小的變化怎樣影響受體功能，科學家們就可以利用這些信息開發新葯了。由於同樣的受體在人體內參與疼痛和成癮，這項研究可能會為止痛和幫助戒除煙癮的新葯研究提供一個全新的方向。

回顧進化

研究者們和厄瓜多的合作夥伴一起收集了來自28個蛙類物種的樣本——包括使用地棘蛙素的、使用其他毒素的和無毒的蛙。塔文與她的同事，聖約翰大學的胡安·桑多斯（JuanC. Santos）和斯坦福大學的勞倫·奧康納（LaurenO Connell）對這些物種中編碼特定受體的基因進行了測序。之後她對比了這些序列中的微小不同，建立了代表這些基因演化過程的進化樹。

這是坎納特拉、扎肯、塔文和桑多斯的小組第二次參與研究毒蛙的防毒機制了。2016年1月，這個小組發現了一系列能夠保護另一個亞種的毒蛙不受蟾毒素（batrachotoxin）影響的基因突變。今年9月份發表的這項研究也是基於他們的發現，紐約州立大學奧爾巴尼分校的研究者已經證明，德克薩斯大學奧斯汀分校提出的突變位點之一確實能夠保護毒蛙不受毒素影響。

R.D.Tarvin el al., "Interacting amino acid replacements allow poisonfrogs to evolve epibatidine resistance," Science (2017).science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aan5061

《環球科學》年度專刊《多重宇宙專刊》現已開啟預售！

現在購買，享8.8折優惠。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 環球科學 的精彩文章: