形态如外星生物流淌着蓝色的血液,却有着意想不到的医学价值

鲎是一种古老而已让人感觉陌生的生物,鲎的祖先出现在地质历史时期古生代的泥盆纪,当时恐龙尚未崛起,原始鱼类刚刚问世,随着时间的推移,与它同时代的动物或者进化、或者灭绝,而惟独只有鲎从4 亿多年前问世至今仍保留其原始而古老的相貌,所以鲎有“活化石”之称。

最早的鲎化石见于奥陶纪(5.05亿~4.38亿年前),形态与现代鲎相似的鲎化石出现于侏罗纪(2.08亿~1.44亿年前)。

鲎与三叶虫很像但并不是一个物种,鲎又称马蹄蟹,但不是蟹,而与蝎、蜘蛛以及已灭绝的三叶虫有亲缘关系。

鲎属于肢口纲(Merostomata)剑尾目(Xiphosura)的海生节肢动物,鲎形似蟹,身体呈青褐色或暗褐色,包被硬质甲壳,有四只眼睛,其中两只是复眼 [1] ,头胸甲前端有0.5毫米的两只小眼睛,对紫外光最敏感,只用来感知亮度,头胸甲两侧有一对大复眼。虽然鲎可以背朝下拍动鳃片以推进身体游泳,但通常将身体弯成弓形,钻入泥中,然后用尾剑和最後一对步足推动身体前进。

鲎的最大特征是拥有蓝色的血液,这种血液不仅外观奇特而且因为其含有多种独特成分对于人来有极高的研究和利用价值。

关于鲎血的研究最早是在1956年,马赛诸赛海洋生物实验室的Bang发现给鲎注入革兰氏阳性细菌后引起鲎血凝集反应。随后Bang和血液病学专家对此进行了深入研究发现引起这种反应的成分位于鲎血的变形细胞中,并用鲎血细胞变形细胞的溶解物建立了一种检测内毒素的敏感方法,可检测出0.5ng/ml的内毒素。

20世纪70年代美国提取变形细胞溶解物制成鲎试剂,创建了检测微量内毒素的检测技术。

鲎试剂是国际上至今为止检测内毒素最好的方法,它简单﹑快速﹑灵敏,可以准确、快速的检测人体内部组织是否因细菌感染而致病,因而被欧美药典及我国药典定为法定内毒素检查法,并已被世界各国所采用。鲎试剂可以检测出每克食品中低于1ng(1克=1000000000ng)的内毒素含量,在制药领域,鲎试剂可以用于药品的质量控制、临床的辅助诊断、药物疗效验证、医疗器械检测及生产过程中质量的监控。

除了可以制成鲎试剂,鲎血还有很多价值。2011年4月7日世界卫生组织发出了“抗生素耐药性:今天不采取行动,明天就无药可用” 的呼吁。研究开发安全无药物残留、无耐药性的抗菌试剂成了一项重要而迫切的科学问题。抗菌肽自1972年发现以来,以全新的抗菌机理和卓越的效果一直被认为是开发抗菌药物的新方向。抗菌肽不仅可以直接杀灭侵入体内的病原微生物,还在宿主固有免疫应答的不同阶段表现出多种有益作用,抗菌肽有望成为未来抗生素的替代品。

通过对鲎血细胞的酸提取液经过层析分离得到鲎素。作为一种抗菌肽,鲎素具有很好的抗菌作用,实验表明鲎素在较低浓度就可以抑制革兰氏阴性菌(大肠杆菌、绿脓杆菌)和革兰氏阳性菌(枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌)的生长,其中以葡萄球菌对鲎素的反应最为敏感,其最小致死量为10微克/毫克。

鲎素具有极强的抗菌活性,它是鲎血细胞用以抵抗入侵微生物的自我防御系统的主要组分,带正电荷的鲎素可与细菌细胞膜上的脂质互相作用,破坏细胞膜的通透性,使细胞内的钾离子外流,杀死细菌。经过鲎素处理的细菌,细胞内无机磷和大分子泄露严重,细胞壁膜和菌体遭到不同程度的破坏。鲎素可与细菌基因组DNA和质粒DNA结合,高浓度的鲎素可使DNA发生断裂,进而使质粒DNA的复制和转录功能受到抑制。

除此之外鲎素还能有效的抑制癌细胞的增殖活动,具有与癌细胞诱导分化物相似的抗肿瘤效果。实验表明经鲎素处理人胃癌BGC823细胞的生长抑制率达到62.67%,细胞分裂指数下降40.91%。人肝癌SMMC-7721细胞的生长抑制率为55.57%,细胞分裂指数抑制率达43.68%。鲎素还具有与正丁酸钠等诱导分化物相似的改变人胃癌细胞形态与超微结构恶性表型特征的作用,和与诱导分化物协同加成的诱导分化效果。更令人惊喜的是对美洲鲎素的部分氨基酸进行定点突变得到的多肽T22,能抑制HIV在体外的基因复制,从而阻断HIV对细胞的裂解作用。

近年来,由于鲎资源在应用价值的逐步发现,利用日益广泛 ,再加上海洋污染等原因,鲎的数量明显下降,目前我国鲎资源已面临枯竭的危险。随着对鲎资源认识的日益深入,对鲎资源的保护工作也在展开 。我国成立了遂溪自然保护区、平潭岛特别保护区等,不断加大中国鲎的保护力度,禁止任何单位和个人捕捉、驯养繁殖、经营利用、收购、出售中国鲎及其产品,以此来加强对中国鲎的保护。

在技术方面通过基因工程学方法构建鲎素的组成型酵母表达菌株,以葡萄糖为诱导剂可分泌表达高活性的重组鲎素。实现了鲎素的规模化人工制备,对鲎的繁衍实现了进一步保护。