クロトキシン
ガラガラヘビ毒の主な毒性化合物

クロトキシン（CTX ）は、南米に生息するガラガラヘビ（Crotalus durissus terrificus）の毒に含まれる主要な毒性化合物です。クロトキシンは、酸性で無毒性かつ非酵素性のサブユニット（CA）と、塩基性で弱毒性のホスホリパーゼA2タンパク質（CB）からなるヘテロ二量体β神経毒です。この神経毒は、シナプス前およびシナプス後の両方でアセチルコリンシグナル伝達を阻害することにより、麻痺を引き起こします。

歴史

クロトキシンは1938年、サンパウロのブタンタン研究所化学部の研究者によって特定されました。この化合物は、クロタルス・デ・テリフィカス（Crotalus d. terrificus）の毒液から初めて精製されました。研究者たちは、毒液の60%が神経毒性物質で構成されていることを発見し、後にクロトキシンと呼ばれるようになりました。[1]

クロトキシンは結晶化された最初のタンパク質毒素である（タンパク質結晶化）。この発見に関する最初の論文では、この毒素が毒性成分と凝固成分という2つの要素によって作用することが示された。[1] その後、クロトキシンタンパク質は均質ではなく、2つのサブユニットから構成されていることが発見された。クロトキシンの毒性作用は、主にCBのホスホリパーゼA2作用によって決定される。CAサブユニットは非酵素性かつ無毒性であるが、血液凝固機能（凝固）を有し、現在クロタポチンとして知られている。[2] [3] 1966年から今日に至るまで、クロトキシンの薬理学的応用に関する研究が行われている。[4] [5]

構造と反応性

クロトキシンの構造は、CAとCBという2つの成分が1:1の分子比で結合して構成されています。CAは無毒で非酵素的な酸性タンパク質であり、CBは毒性成分であるホスホリパーゼA2タンパク質です。両成分は非共有結合性のヘテロ二量体複合体（タンパク質二量体）を形成します。CAとCBのアイソフォーム（タンパク質アイソフォーム）は、少なくとも16種類の異なるCTX複合体を形成できることが分かっています。 [3]

CAサブユニット

CAタンパク質は、ジスルフィド結合した3つのポリペプチド鎖（α、β、γ）から構成されています。α鎖とβ鎖は、末端にループを持つαヘリックス（アルファヘリックス）を形成します。γ鎖は不規則なループを形成します。構成タンパク質CAは、このヘテロ二量体複合体中に存在し、ホスホリパーゼA2が非特異的結合部位に結合するのを防ぎます。[3]

CBサブユニット

CBサブユニットはホスホリパーゼA2タンパク質である。CBサブユニットのC末端（C末端）はCAのαヘリックスと相互作用するため、両サブユニット間の相互作用に重要である。CAサブユニットはホスホリパーゼA2の酵素表面の一部をブロックし、活性化を不可能にする。これは、ホスホリパーゼA2が細胞膜から脂質/水界面に吸着できないことを意味する。CBサブユニット上の残基のうち、酵素表面に関与しCAサブユニットによってブロックされる残基は、フェニルアラニンアミノ酸であるF24とF119である。しかし、これらの残基は活性部位の一部ではないことが判明した。[6]

CAとCBの界面は3つのトリプトファンアミノ酸によって形成され、クロトキシン複合体の安定性に重要な役割を果たしている。[3]

反応性

CAサブユニットとCBサブユニットの異なるアイソフォームは、クロトキシン複合体を形成し、ホスホリパーゼA2活性が高く中程度の毒性を持つものと、酵素活性が低く毒性が高いものの2つのクラスに分類されます。アイソフォームはクロトキシン複合体の安定性にも影響を与えます。毒性の低い複合体は安定性が低く、毒性の高い複合体は安定性が高くなります。そのため、毒性の高いクロトキシン複合体は、毒性の低い複合体よりも解離が遅くなります。毒性と酵素活性の関係は、両サブユニットの相乗作用（シナジー）の結果です。そのため、CAサブユニットはCBサブユニットの毒性を高め、酵素活性と抗凝固活性を低下させます。[7] [8] [9]

作用機序

クロトキシンの主な作用機序は、シナプス前作用とシナプス後作用の2つである。[10] [11]

シナプス前

シナプス前アセチルコリン分泌抑制は、CBサブユニットのホスホリパーゼA2活性によって引き起こされます。ホスホリパーゼA2（PLA2）によるシナプス前アセチルコリン抑制の正確なメカニズムは不明です。シナプス前効果はCBサブユニットによって引き起こされますが、CAサブユニットの存在によって増強されます。[12]

仮説

ホスホリパーゼ A2 (PLA2) 活性の薬理学的効果を説明しようとする仮説やモデルがいくつかあります。

PLA2が膜のエキソサイトーシス活性部位の特異的結合部位で加水分解を介して膜リン脂質に損傷を与えるという仮説がある。これは、小胞の再吸収を阻害し、アセチルコリン貯蔵量を減少させる可能性がある。[13]もう1つの仮説は、受容体やタンパク質との特異的結合によって細胞内酵素依存性および非依存性反応が生じるというものである。PLA2活性による膜損傷により、PLA2は細胞内に侵入し、アゴニスト性またはアンタゴニスト性のタンパク質および受容体に特異的に結合し、非酵素的に薬理作用を誘導する。細胞内PLA2は酵素活性を維持し、膜リン脂質を加水分解する可能性がある。これは、膜および膜タンパク質への損傷、あるいは加水分解によって放出されるリゾリン脂質および脂肪酸によって薬理作用を誘導する可能性がある。[14]最後の仮説は、影響を受けた細胞におけるCa2+濃度の変化を誘導することに基づいている。 Ca2+濃度の大きな変化は、小胞融合やミトコンドリア膜電位など、多くのプロセスに影響を及ぼす。これらのプロセスはいずれもアセチルコリンの恒常性維持に重要である。[15]

シナプス後

クロトキシンの作用機序の2番目の部分はシナプス後作用である。シナプス後ニコチン性アセチルコリン受容体は、クロトキシンのヘテロ二量体によって阻害される。この阻害は、ニコチン性アセチルコリン受容体の不活性型が酵素複合体によって安定化されることによって達成される。シナプス前アセチルコリン阻害と相まって、このシナプス後作用は、影響を受けた筋肉の麻痺につながる可能性がある。[11]

毒性

クロトキシンは、CBの毒性がCAによって相乗的に増強されるため、致命的な神経毒性作用がある。[16] [17] 多くの人が急性腎不全または急性呼吸不全で死亡する。後者は、呼吸器系の筋麻痺の結果である。[18]クロトキシン濃度が低いと、アセチルコリン受容体が不完全に遮断され、完全に可逆的な麻痺を引き起こす。高用量では、神経筋障害がより重篤になる。また、特に高用量では、他のコリン作動性症状もよく見られる。クロトキシンの筋肉内注射は、さらに筋毒性作用を示す。[19]天然クロトキシンの静脈内LD50（半数致死量）は、マウスで0.096 μg/gである。[20]マウスに毎日増加するクロトキシンの投与量を与えると、毒素に対する耐性が生じる可能性があることが報告されている。最終的にはLD50の35倍までの用量に耐えることができ、中毒には至りません。[21]ヒト患者を対象とした前臨床研究でも、患者が長期間クロトキシンに曝露された場合、毒性の兆候が減少または消失することが示されています。[19]

処理

ブラジルでは、毎年約2,000件のヘビ咬傷がクロタルス・デュリサス（Crotalus durissus）によるものです。クロタルス・デュリサスに毒された人に対する唯一の治療法は、静脈注射で投与する専用抗毒素です。この抗毒素の登場により、致死率は73%から1.5%に低下しました。抗毒素の投与量は、毒の程度に応じて10～20アンプルと様々ですが、投与量の有効性は臨床的に検証されていません。[18]

有効性

C. durissus毒に含まれるクロトキシンは強力な神経毒であり、腎毒性および筋毒性も引き起こします。毒性作用に加え、クロトキシンはヒトおよび動物モデルにおいて抗炎症作用、免疫調節作用、抗HIV作用、抗腫瘍作用も示しています。[4] クロトキシンの毒性作用に対する耐性が体内で獲得されるという事実と合わせて、これらの作用は医薬品としての利用が期待されています。[19] [22]

医薬品への応用

クロトキシンは神経筋遮断薬（神経筋遮断薬）として作用するため、クロトキシンが筋緊張障害の治療薬として機能するかどうかを調査する研究がすでにいくつか実施されています。[23] ある研究では、クロトキシンを注射した後、斜視の患者グループの眼の配置が改善されたことが示されています。同じ研究では、眼瞼痙攣の患者にも効果がある可能性があることも示されています。[23]低濃度のクロトキシンでは、筋ジストニアの患者は正常な機能を示します。そのため、ボツリヌス毒素の良い代替品として提案されています。[24]臨床研究では、クロトキシン複合体と単離されたCBが抗原特性を持ち、抗体産生を刺激できることが示されています。いくつかの研究では、クロトキシンが免疫関連疾患や癌などの他の病状に関連する症状を改善することが示されています。[25]しかし、現在、NCI（米国国立癌研究所）が支援する癌治療のためのクロトキシンを研究する臨床試験はありません。[26]

参考文献

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